Вычислительные алгоритмы и методы сверхразрешения для задач подводной картографии

Секция вычислительной техники

количества числовых характеристик не приводит к дальнейшему повышению достоверности идентификации.

Практическим следствием предложенного подхода к идентификации изображений является как увеличение быстродействия обработки одного изображения, так и относительная помехоустойчивость точности идентификации. Кроме того, могут быть идентифицированы изображения, имеющие различный масштаб, а также ориентацию.

УДК 681.325.5

В.Е. Золотовский, С.В. Третьяков

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ СВЕРХРАЗРЕШЕНИЯ ДЛЯ ЗАДАЧ ПОДВОДНОЙ КАРТОГРАФИИ

Основными задачами, решаемыми при проведении работ по картографированию морского дна, являются обнаружение объектов с заданными линейными размерами, определение их координат с заданной точностью и привязка обнаруженных объектов к карте.

Наибольшие трудности встречаются при решении двух первых задач, поскольку при использовании традиционных методов обработки сигналов, полученных от приемной антенны, точность измерения координат целиком определяется разрешающей способностью антенны. Для современных антенн эта величина составляет, как правило, не менее 1°, при этом на глубине 100м можно обнаружить объекты с линейными размерами не менее 1.7м. Но из практических потребностей глубина места картографирования может составлять, например, и 500м, и 1000м. На таких глубинах можно обнаружить объекты с размерами не менее 8.7м и 17.5м, соответственно. Вместе с тем известно, что, например, железомарганцевые конкреции имеют размер не превосходящий 0.5м, и, используя традиционные методы обработки сигналов, отчетливо различить скопления конкреций будет затруднительно даже на минимальных глубинах.

Бурное развитие спектральной теории обработки сигналов, произошедшее в последние десятилетия, привело к разработке новых методов, применение которых позволяет в стандартном элементе разрешения традиционной акустической антенны зафиксировать отраженные сигналы от двух и более независимых источников, с последующим определением векторов направлений на источник. Точность, с которой может быть оценена направленность такого вектора при соблюдении ряда условий, достигает Г, что дает эффект, называемый «сверхразрешением».

С целью выбора наилучшего из существующих методов по выходной точности оценки, был произведен анализ методов сверхразрешения по критериям вычислительной сложности, затрат памяти, устойчивости к шумовому воздействию, минимизации влияния внешних и внутренних погрешностей и т.д. Наиболее оптимальным из рассмотренных оказался метод собственных векторов. Поскольку метод характеризуется большой вычислительной сложностью, были исследованы возможности распараллеливания алгоритма и использования вычислений с переменной разрядностью. В результате был получен параллельный алгоритм метода собственных векторов, допускающий реализацию на произвольном числе

Известия ТРТУ

Специальный выпуск

процессоров. В качестве вариантов построения спецвычислителя для реализации предложенного алгоритма были рассмотрены структуры на процессорах ТМБ320С54 и на отечественных - 1582ВЖЗ-0034 (И-006ТФ). Расчеты показали, что такие системы способны определять координаты объектов в количестве не менее 50 с точностью Г в масштабе реального времени,