Первичная обработка гидроакустических сигналов на основе итеративного моделирования помехо-сигнальной обстановки

• Автор: Сотников, Антон Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 221 с. : ил.

Оглавление

Список условных обозначений и сокращений

Введение.

Глава 1. Актуальные проблемы первичной обработки ГАС

1.1. Существующие методы обработки пространственновременных сигналов.

1.1.1. Базовые положения.

1.1.2. Классическое ФХН

1.1.3. Оптимальные спектральные методы пространственной обработки

1.1.4. Параметрические методы пространственной обработки.

1.1.5. Недостатки оптимальных методов

1.1.6. Обработка широкополосных сигналов. Алгоритмы

Фроста и ГриффитсаДжима
1.2. Пассивная гидролокация в среде с многолучевым распространением
1.2.1. Обоснование необходимости учета и параметризации среды
1.2.2. Традиционные методы оценки координат источника в пассивном режиме.
1.2.3. Особенности распространения звука в мелком море
1.3. Проблемы реализации первичной обработки ГАС в гидролокационных комплексах.
1.3.1. Реализация различных этапов вычислений в современных ГАК
1.3.2. Современная техническая база пространственной оптимальной обработки в частотной области
1.3.3. Особенности аппаратной реализации первичной обработки ГАС во временной области.
1.3.4. Оценка перспектив реализации широкополосной адаптивной обработки ГАС на программируемых
логических БИС
1.4. Выводы
Глава 2. Применение итеративного моделирования помехосигнальной
обстановки для первичной обработки ГАС.
2.1. Принципы адаптивного моделирования для определения неизвестных параметров.
2.2. Процедура первичной обработки ГАС с помощью итеративного моделирования
2.3. Исследование эффективности итеративного моделирования в задаче определения пространственных и спектральных характеристик источников звука.
2.4. Сравнение обнаружительной способности итеративного моделирования и других методов пространственновременной обработки ГАС в случае нескольких коррелированных источников звука.
2.5. Выводы по проведенным программным экспериментам
Глава 3. Расширение возможностей итеративного моделирования в
рамках первичной обработки при использовании модели окружающей среды.
3.1. Постановка требований к модели для первичной обработки данных в стесненной водной среде.
3.2. Расчет влияния отраженных сигналов
3.3. Возможности повышения эффективности при оценке дальности цели в стесненной водной среде с помощью моделирования многолучевого распространения в горизонтальной плоскости.
3.4. Программный эксперимент по комплексному исследованию эффективности первичной обработки ГАС с помощью итеративного моделирования. Выводы
Глава 4. Способы повышения эффективности реализации программноаппаратного модуля первичной обработки Г АС.
4.1. Электронный модуль обработки многоканального сигнала Сибирского Солнечного Радиотелескопа.
4.1.1. Реализация спектрального анализа широкополосного сигнала в реальном времени на основе акустооптической ячейки.
4.1.2. Использование ПЛИС для схемотехнической реализации сбора и предварительной обработки многоканальных данных.
4.2. Оценка возможности реализации первичной обработки ГАС многоэлементной антенны на современной программируемой логике.
4.2.1. Постановка задачи создания системы сбора и обработки широкополосных ГАС
4.2.2. Структура модуля сбора и обработки данных на основе ix II фирмы
4.2.3. Функциональные блоки и процедура вычислений при расчете выхода ФХН и адаптации весов по методу НСКООФХН Фроста.
4.2.4. Сравнительный анализ реализации блока первичной обработки на и СП, перспективыиспользования
А для создания мобильных систем гидролокаци и.
Заключение.
Список цитируемой литературы


В соответствии со сложившейся традицией аппаратура обработки гидроакустической информации может быть разделена на следующие этапы предварительная обработка сигналов усиление, АЦП, аналоговая фильтрация и т. ГАК такое деление вообще отсутствует. Тем не менее, указанные этапы обработки имеют функционально завершенную структуру, что дает основание каждую из них рассматривать самостоятельно. Подобное разделение имеет смысл, поскольку для сложных гидролокационных систем обработка всегда представляет собой комплексный процесс, у которого на разных стадиях решаются разные задачи. Соответственно различаются и характер алгоритмов, объем вычислений, разрядность операндов, количество потоков обработки и т. Система первичной или пространственновременной обработки сигналов, подключенная к выходам каналов системы предварительной обработки, производится с целью выделения полезного сигнала на фоне направленных помех и шума, при этом решает задачи максимизации ОСШ 3, порогового обнаружения полезных сигналов и определения координат их источников с последующей выдачей информации в системы вторичной обработки. Пространственновременную обработку можно разделить на две процедуры пространственную обработку, на основе которой делаются выводы о наличии источников и определение их пространственных координат, и частотновременную обработку, где по восстановленному пространственной обработкой сигналу от цели с помощью спектрального анализа определяется звуковой портрет цели, что является необходимым для его последующей классификации. Задача увеличения ОСШ может быть решена на основе использования различий спектральных, пространственных и временных характеристик сигналов и помех. Следует отметить, что существует два альтернативных способа решения задач первичной обработки во временной и в частотой области 1. Эта обработка может производиться как на основании априорных знаний например, о спектральных свойствах или местоположении источников помехи и полезного сигнала или без них в зависимости от конкретного приложения. Как правило, заранее неизвестен факт наличия целей, их количество и характеристики, поэтому одной из основных проблем, решаемых в рамках первичной обработки, является обнаружение целей в окружающей среде. Постановка задачи обнаружения сигнала в пассивной локации существенным образом отличается от постановки аналогичной задачи в активной локации. Причиной этого является различие в априорных сведениях о помехах. В активной локации такие сведения можно получить путем измерения в интервалах между посылками зондирующего сигнала корреляционной матрицы помех на приемной антенне. Обычно расположение цели заранее неизвестно, и его обнаружение сводится к процедуре проверки гипотез о наличии источника последовательно во всех точках пространства. Для пассивной локации в зоне обзора может находиться несколько источников излучения. При обнаружении каждого источника излучение остальных воспринимается как помеха. При изменении выбранного направления излучатель, который ранее воспринимался как источник полезного сигнала, становится источником помехи 4. Поскольку основной проблемой для пассивной системы является различение полезного сигнала цели на фоне шума, при этом направление прихода полезного сигнала может быть неизвестно и сам полезный сигнал может быть в некотором смысле неизвестным 5, то первичная обработка в системах пассивной гидролокации представляет собой наиболее важный этап, определяющий эффективность всей обработки в целом. Классическое ФХН. Выделение волны, приходящей с определенного направления или формирование характеристики направленности является одной из базовых операций первичной обработки и является необходимой в тех случаях, когда спектральные диапазоны полезного сигнала и помехи перекрываются, и для их разделения нельзя использовать частотную фильтрацию. Задача выделения полезного сигнала решается с помощью пространственной фильтрации за счет комбинированной обработки временной и пространственной информации выборки волнового поля, полученной на массиве сознательно распределенных в пространстве акустических датчиков гидрофонов 6. Подобная обработка становится возможной в случае применения многоэлементной антенны.