ИНТЕГРИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ОПОЗНАВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 2012 года по МПК G01S13/52 

Предлагаемое изобретение относится к технике радиолокации, радиосвязи, радионавигации и радиоуправления и может быть использовано в радиоэлектронных системах для выработки признака государственной принадлежности воздушных объектов (целей).

Известно интегрированное устройство (система) опознавания [1], содержащее набор (блок) информационных каналов: канал координатно-связного опознавания; канал радиолокационного опознавания; канал на основе информации, получаемой по радиолокационным изображениям; каналы радиолокационного и оптико-электронного распознавания; канал радиотехнической разведки; канал тактического опознавания. Выход каждого из информационных каналов подключен к соответствующему входу процессора обработки данных, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. На основе поступающей информации о цели, для которой необходимо определить ее принадлежность к «своим» или «чужим» объектам, каждый информационный канал выделяет и оценивает соответствующие признаки. Эти признаки поступают в процессор обработки данных, который в соответствии с реализованным в нем алгоритмом выносит окончательное решение о принадлежности цели к одному из двух классов - «свой» или «чужой».

К недостаткам данного устройства можно отнести то, что не используются возможности информационных каналов по выработке частных решений в различных алфавитах.

По техническому решению наиболее близким к предлагаемому изобретению является интегрированное устройство (система) опознавания [2], которое и выбрано в качестве прототипа.

Устройство содержит пять информационных каналов (подсистем): прямого опознавания, косвенного опознавания, радиолокационного распознавания, оптико-электронного распознавания и радиотехнического распознавания, а также быстродействующую цифровую вычислительную систему (БЦВС).

Устройство работает следующим образом. На основе поступающей информации о цели, для которой необходимо определить ее принадлежность к «своим» или «чужим» объектам, каждый информационный канал в соответствии с заложенными в нем принципами формирует частное решение о принадлежности цели к определенному типу (классу) в своем собственном алфавите. Частные решения информационных каналов поступают в БЦВС, которая в соответствии с реализованным в ней алгоритмом выносит окончательное решение о принадлежности цели к одному из двух классов - «свой» или «чужой».

Недостатками прототипа является ограниченное число информационных каналов, а также отсутствие учета достоверности вырабатываемых ими частных решений, что снижает достоверность принятого на их основе общего решения.

Целью изобретения является повышение достоверности опознавания воздушных объектов (целей) путем устранения указанных недостатков.

Каждый информационный канал имеет свой алфавит частных решений, характеризуемый их количеством Q_t (объемом алфавита) и совокупностью {qt}={1; 2;…, q_t;…, Q_t} номеров типов (классов) объектов. Например, алфавит t-го информационного канала содержит четыре типа (Q_t=4) объектов:

«воздушный шар» (q_t=1);

«вертолет» (q_t=2);

«самолет» (q_t=3);

«крылатая ракета» (q_t=4).

Алфавит общих решений, принимаемых БЦВС, включает в себя два класса объектов:

«Свой» (m=1);

«Чужой» (m=2).

Задачей информационного канала является принятие частного решения q_t* о номере типа наблюдаемого объекта. Например, t-ым информационным каналом принято частное решение о принадлежности объекта типу «самолет», то есть q_t*=3. Одновременно в канале оценивается апостериорная вероятность P(q_t*) принятого решения, однако в прототипе она никак не используется. Кроме того, имеется возможность на основе информации целеуказания от внешних источников получить априорные вероятности P(q_t/m) того, что t-ым информационным каналом объект класса m будет отнесен к типу с номером q_t. Использование этой дополнительной информации позволяет учесть достоверность уже принятого в канале решения путем расчета вероятностей

где условные вероятности предлагается рассчитывать через известные апостериорные вероятности P(q_t ^*) по формулам

В вероятностях содержится полезная информация, на основе которой по частному решению q_t ^* каждого информационного канала можно принять решение о принадлежности объекта классу m из алфавита общих решений. Использование этой информации в БЦВС, куда поступают все частные решения по объекту, принадлежащему классу m в алфавите общих решений;

m - номер класса объектов в алфавите общих решений ;

- принятое t-ым информационным каналом частное решение об отнесении объекта к типу (классу) с номером ;

q_t - номер типа (класса) объекта в алфавите частных решений t-го информационного канала

Q_t - количество типов (классов) объектов в алфавите частных решений t-го информационного канала (объем алфавита);

P(q_t/m) - априорная вероятность отнесения объекта t-ым информационным каналом к типу (классу) с номером при условии, что объект принадлежит классу с номером m в алфавите общих решений;

- вероятность принятия t-ым информационным каналом частного решения об отнесении объекта к типу (классу) с номером , при условии, что объект принадлежит типу (классу) с номером q_t;

М - количество классов объектов в алфавите общих решений (M=2 при опознавании «Свой», «Чужой»);

N - количество информационных каналов.

Входящие в (3) априорные вероятности P(q_t/m) формируются дополнительными источниками информации на основе предварительных сведений о составе наблюдаемой группы объектов и распределении их по типам и классам. В прототипе эти вероятности вместе с частными решениями информационных каналов используются в БЦВС для принятия окончательного решения о классе m наблюдаемого объекта.

Вероятности являются условными вероятностями принятия правильных или ошибочных частных решений и рассчитываются по формулам (4).

Повышение достоверности опознавания на основе мягких решений происходит за счет того, что вероятности находятся с учетом конкретных условий принятия частных решений в каждом информационном канале. С этой целью информационные каналы выдают не только частные решения (как в прототипе) - с выходов решения, но и соответствующие им апостериорные вероятности - со вторых дополнительных выходов. Кроме того, для расчета вероятностей (4) с первых дополнительных выходов информационных каналов выдаются совокупности {q_t}={1; 2;…, q_t,…;Q_t} номеров типов (классов) объектов в алфавите частных решений соответствующих каналов, а с третьих дополнительных выходов - объемы соответствующих алфавитов.

В [4] в качестве алгоритма объединения частных решений, реализованного в БЦВС, предложено использовать алгоритм обобщенного голосования [5]. Выбор этого алгоритма обусловлен тем, что он является оптимальным (по различным критериям в зависимости от порога), а используемая в нем решающая статистика - это функция правдоподобия частных решений.

Оптимальное по критерию Неймана-Пирсона общее решение формируется в БЦВС на основе функции правдоподобия

и решающего правила

где отношение правдоподобия l определяется выражением

а порог h выбирается по заданной вероятности неправильного опознавания «чужого» объекта (m=2) как «своего» (m^*= 1).

В качестве примера рассмотрим процесс формирования общего решения устройством в составе пяти (N=5) информационных каналов при следующих исходных данных:

1) количество классов объектов в основном алфавите М=2;

2) алфавиты частных решений первых двух информационных каналов совпадают с алфавитом общих решений, то есть Q₁=Q₂=М=2;

3) алфавиты остальных каналов не совпадают между собой, но имеют одинаковый объем, то есть Q₃=Q₄=Q₅=5.

Рассмотрим первый информационный канал (t=1; Q₁=M=2).

Пусть в этом канале сформирована следующая совокупность апостериорных вероятностей отнесения наблюдаемого объекта к типам с номерами

{P(q₁}={Р(1); Р(2)}={0,7; 0,3}.

Тогда в соответствии с (2)

и на основании (1) в первом канале будет принято частное решение

Матрица - столбец условных вероятностей (4) принимает вид

.

Допустим, что на основе информации целеуказания, полученной от внешних источников, сформирована матрица априорных вероятностей

Тогда в соответствии с (3) по правилу перемножения матриц получим

Аналогично формируются матрицы и в остальных четырех каналах. Результаты расчетов сведем в таблицу 1.

Подставив значения . из таблицы 1 в формулу (7), получим

Тогда в соответствии с решающим правилом (6) при h=1 будет принято общее решение m^*=2, то есть наблюдаемый объект «Чужой».

Если же общее решение принимается на основе частных решений и априорных вероятностей P(q_t/m), как в прототипе, то при расчете отношения правдоподобия в матрицах берутся столбцы q_t, соответствующие уже принятым частным решениям (в таблице 1 эти столбцы обведены прямоугольником).

В этом случае

и будет принято общее решение m*=1 о принадлежности наблюдаемого объекта классу «Свой». Следовательно, отсутствие учета достоверности частных решений в прототипе привело к принятию противоположного общего решения, что свидетельствует об его низкой достоверности.

Источники информации

1. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И Меркулова. - М.: Радиотехника, 2006, с.644-650.

2. Жиронкин С.Б., Аврамов А.В., Быстраков С.Г. Построение интегрированных систем опознавания на основе координатно-связного метода. - Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 1997, №5, с.71-74.

3. Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988.

4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб: БХВ-Петербург, 2005.

5. Петровский И.И., Прибыльский А.В., Троян А.А., Чувелев B.C. Логические интегральные схемы КР 1533,1554. Справочник. В двух частях. - М.: ТОО «БИНОМ», 1993.

6. Цифровые устройства на интегральных микросхемах. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1991 - (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1159).

7. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник / под. ред. С.В.Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989.

Изобретение относится к технике радиолокации, радиосвязи, радионавигации и радиоуправления и может быть использовано в радиоэлектронных системах для выработки признака государственной принадлежности воздушных объектов (целей). Достигаемый технический результат изобретения - повышение достоверности опознавания воздушных объектов. Сущность изобретения состоит в том, что заявленное устройство содержит определенным образом соединенные между собой - блок информационных каналов, быстродействующую цифровую вычислительную систему, дополнительно введенные N-канальные блоки - блок сравнения, два блока вычитания, два блока ключей, блок деления, блок схем ИЛИ и блок умножения матриц, что позволяет учесть достоверность частных решений, принимаемых информационными каналами, и, соответственно, обеспечивает повышение достоверности общего решения. 1 табл., 1 ил.

Интегрированное устройство опознавания воздушных целей, содержащее N-канальный блок информационных каналов и быстродействующую цифровую вычислительную систему (БЦВС), выход которой является выходом устройства, а выход решения каждого информационного канала подключен к ее соответствующему входу, отличающееся тем, что в него дополнительно введены следующие N-канальные блоки: блок сравнения, два блока вычитания, два блока ключей, блок деления, блок схем ИЛИ и блок умножения матриц, выходы которого соединены с дополнительными входами БЦВС, первые входы являются входами внешних источников устройства, а вторые входы подключены к выходам блока схем ИЛИ, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго блоков ключей, управляющие входы которых подключены соответственно к первым и вторым выходам блока сравнения, первые и вторые входы которого соединены соответственно с выходами решения и первыми дополнительными выходами блока информационных каналов, вторые дополнительные выходы которого подключены к информационным входам первого блока ключей и входам вычитаемого первого блока вычитания, входы уменьшаемого которого являются входами сигнала единичного уровня устройства и объединены со входами вычитаемого второго блока вычитания, входы уменьшаемого которого соединены с третьими дополнительными выходами блока информационных каналов, а выходы первого и второго блоков вычитания подключены соответственно ко входам делимого и делителя блока деления, выходы которого соединены с информационными входами второго блока ключей.