RU150255U1 - LONG-DIMENSIONAL PORTRAIT RECOGNITION DEVICE USING BINARY QUANTIZATION - Google Patents

Abstract

Устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования, содержащее последовательно соединенные блок автоматической стабилизации порога обнаружения, амплитудный детектор, первый пороговый элемент, с выхода которого сигнал поступает на вход ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, регистр сдвига, на информационный вход которого поступает сигнал с выхода ключа, индикатор, отличающееся тем, что, с целью распознавания объектов с заданными вероятностями в устройство дополнительно включены два устройства сравнения, два формирователя эталонных сигналов и второй пороговый элемент, причем на входы устройств сравнения поступают сигналы эталонов радиолокационных дальномерных портретов с двух формирователей эталонных сигналов, и сигналы с выхода регистра сдвига, с выходов устройств сравнения сигналы передаются на первый и второй входы второго порогового элемента, на третий и четвертый входы которого поступают тактовые импульсы и подаются пороговые напряжения, величина которых определяется в соответствии с заданными вероятностями распознавания.A device for recognizing objects by a rangefinder portrait using binary quantization, containing a series-connected block of automatic stabilization of the detection threshold, an amplitude detector, a first threshold element, from the output of which the signal is fed to the key input, the second input of which is connected to the output of the clock pulse generator, shift register, the information input of which the signal is received from the key output, an indicator, characterized in that, in order to recognize objects with given probabilities in the triad additionally includes two comparison devices, two shapers of reference signals and a second threshold element, and the signals of the standards of radar ranging portraits from two shapers of reference signals are fed to the inputs of the comparison devices, and the signals from the output of the shift register, the signals from the outputs of the comparison devices are transmitted to the first and second the inputs of the second threshold element, the third and fourth inputs of which receive clock pulses and threshold voltage is applied, the value of which is determined in according to the given recognition probabilities.

Description

Полезная модель относится к устройствам автоматизированного распознавания воздушных, надводных и наземных целей, объектов с навигационным оборудованием (например, аварийные буи) и мешающих объектов, не являющихся объектами локации. Устройство предназначено для обеспечения распознавания воздушных, надводных и наземных целей, элементов навигационного оборудования и мешающих объектов с заданной вероятностью правильного распознавания при использовании радиолокационных дальномерных портретов (РЛДП) (распределение интенсивности отраженного сигнала от объекта вдоль линии визирования, соответствующее дискретному элементу разрешения РЛС по дальности) объектов локации, формируемых радиолокационными станциями (РЛС) с высокой разрешающей способностью по дальности (порядка 1,0-0,15 м).The utility model relates to automated recognition devices for air, surface and ground targets, objects with navigation equipment (for example, emergency buoys) and interfering objects that are not objects of location. The device is designed to provide recognition of air, surface and ground targets, elements of navigation equipment and interfering objects with a given probability of correct recognition when using radar range-finding portraits (RLDP) (intensity distribution of the reflected signal from the object along the line of sight, corresponding to a discrete radar resolution element in range) location objects formed by radars with high resolution in range (in row 1.0-0.15 m).

Предполагаемая полезная модель может найти применение для решения задач обеспечения навигационной безопасности судовождения.The proposed utility model may find application for solving the problems of ensuring navigational safety of navigation.

В настоящее время реализация задач эффективного управления судном требует не только уверенного обнаружения объектов локации в водной акватории, но и их распознавания с высокой достоверностью.Currently, the implementation of the tasks of effective ship management requires not only the reliable detection of location objects in the water area, but also their recognition with high reliability.

Известны методы распознавания надводных объектов по спектральным, амплитудным, поляризационным признакам. Однако, как правило, спектральные и амплитудные признаки подвергаются значительным флуктуациям, существенно зависят от дальности до объектов распознавания, что приводит к снижению достоверности распознавания. Применение поляризационных методов распознавания требует существенного усложнения конструкции РЛС. При этом распознаваемые объекты могут существенно различаться по габаритным размерам (крупнотоннажные судна, яхты, топляк).Known methods for recognizing surface objects by spectral, amplitude, polarization signs. However, as a rule, spectral and amplitude signs undergo significant fluctuations, significantly depend on the distance to the recognition objects, which leads to a decrease in the recognition reliability. The use of polarization recognition methods requires a significant complication of the design of the radar. At the same time, recognizable objects can vary significantly in overall dimensions (large vessels, yachts, fuel boat).

Из уровня техники известно, что при большой полосе частот зондирующих сигналов со сплошным спектром (широкополосные сигналы), а в ряде случаев и с дискретным спектром (многочастотные сигналы), удается раздельно наблюдать элементы целей вдоль линии визирования и наблюдать их РЛДП. При полосах частот зондирующих сигналов ΔF=30…3000 МГц можно обеспечить согласованную разрешающую способность по дальности порядка 1,0-0,15 м, что позволяет получать РЛДП надводных, воздушных, космических и других целей различной протяженности. При этом в ряде случаев в качестве информативного признака распознавания может служить размер цели. Он измеряется по некоторому уровню от максимума РЛДП либо по максимуму корреляционной функции с эталонными сигналами прямоугольной формы различной протяженности [1].It is known from the prior art that with a large frequency band of probing signals with a continuous spectrum (broadband signals), and in some cases with a discrete spectrum (multi-frequency signals), it is possible to separately observe target elements along the line of sight and observe their radar laser radiation. With the frequency bands of the probing signals ΔF = 30 ... 3000 MHz, it is possible to provide a coordinated resolving power over a range of about 1.0-0.15 m, which makes it possible to obtain RLDPs of surface, air, space and other targets of various lengths. Moreover, in some cases, the size of the target can serve as an informative sign of recognition. It is measured at a certain level from the maximum of the RLDP or the maximum of the correlation function with square-wave reference signals of various lengths [1].

Известен алгоритм распознавания целей по РЛДП без уточнения его технической реализации. В предлагаемом алгоритме задача распознавания целей по РЛДП решается путем сравнения полученного портрета с эталонами, характеризующими РЛДП рассматриваемых типов целей. В процессе обработки принятых радиолокационных сигналов определяется степень (коэффициент) корреляции между РЛДП распознаваемой цели и РЛДП эталонов, а решение о принадлежности цели к одному из эталонов принимается по максимальному значению этого коэффициента. Алгоритм распознавания в этом случае сводится к решению задачи фильтрации РЛДП распознаваемой цели с помощью, так называемого корреляционного фильтра, в качестве импульсной характеристики которого выступает выбранный эталонный портрет. Совокупность (последовательность) полученных результатов фильтрации (свертки) сравнивают между собой, и в качестве решения выбирают цель (эталон), коэффициент корреляции с РЛДП которой принимает максимальное значение [2].A known algorithm for target recognition by RLDP without specifying its technical implementation. In the proposed algorithm, the problem of target recognition by RLDP is solved by comparing the obtained portrait with standards characterizing the RLDP of the considered types of targets. In the process of processing the received radar signals, the degree (coefficient) of correlation between the RLDP of the recognized target and the RLDP of the standards is determined, and the decision on whether the target belongs to one of the standards is made by the maximum value of this coefficient. The recognition algorithm in this case is reduced to solving the problem of filtering the RLDP of a recognized target with the help of the so-called correlation filter, whose selected reference portrait acts as the impulse response. The set (sequence) of the obtained filtration (convolution) results is compared with each other, and the goal (standard) is selected as the solution, the correlation coefficient with RLDP of which takes the maximum value [2].

Данный алгоритм имеет ряд недостатков: не проработанность технического решения, сложность аппаратного определения коэффициента корреляции, изменчивость значений функции корреляции ввиду того, что на них накладывается временная нестабильность сигналов, при этом не обеспечивается достаточная достоверность распознавания малоразмерных надводных целей.This algorithm has several disadvantages: the lack of sophisticated technical solution, the complexity of the hardware determination of the correlation coefficient, the variability of the values of the correlation function due to the fact that they are superimposed on temporary instability of the signals, while the recognition of small surface targets is not sufficiently reliable.

При этом ближайший аналог рассматриваемой полезной модели не выявлен.Moreover, the closest analogue of the utility model under consideration has not been identified.

Задачей предполагаемой полезной модели является создание устройства автоматизированного распознавания морских и речных судов различного тоннажа, элементов навигационного оборудования и мешающих объектов с повышенным уровнем достоверности распознавания за счет использования дальномерных портретов с их двоичным квантованием, формируемых с помощью РЛС с высокой разрешающей способностью по дальности.The objective of the proposed utility model is the creation of an automated recognition device for sea and river vessels of various tonnage, elements of navigation equipment and interfering objects with a high level of recognition reliability due to the use of rangefinder portraits with their binary quantization, formed using radars with high resolution in range.

Технический результат при использовании настоящей полезной модели заключается в повышении достоверности распознавания малоразмерных надводных целей.The technical result when using this utility model is to increase the reliability of recognition of small surface targets.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата предусматривает, что предлагаемое в качестве полезной модели устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования содержит последовательно соединенные блок автоматической стабилизации порога обнаружения, амплитудный детектор, первый пороговый элемент, с выхода которого сигнал поступает на вход ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, регистр сдвига, на информационный вход которого поступает сигнал с выхода ключа, индикатор. Особенностью данного устройства является то, что оно с целью распознавания объектов с заданными вероятностями дополнительно содержит два устройства сравнения, два формирователя эталонных сигналов и второй пороговый элемент, причем на входы устройств сравнения поступают сигналы эталонов радиолокационных дальномерных портретов с двух формирователей эталонных сигналов, и сигналы с выхода регистра сдвига, с выходов устройств сравнения сигналы передаются на первый и второй входы второго порогового элемента, на третий и четвертый входы которого поступают тактовые импульсы и подаются пороговые напряжения, величина которых определяется в соответствии с заданными вероятностями распознавания.The task with the achievement of the above technical result provides that the device for recognizing objects by a rangefinder portrait using binary quantization, proposed as a utility model, contains a series-connected unit for automatic stabilization of the detection threshold, an amplitude detector, and the first threshold element from which the signal is input to the key input the second input of which is connected to the output of the clock generator, a shift register, to the information input otorrhea receives a signal output from the key indicator. A feature of this device is that, for the purpose of recognizing objects with given probabilities, it additionally contains two comparison devices, two shapers of reference signals and a second threshold element, and the signals of the standards of radar ranging portraits from two shapers of reference signals are fed to the inputs of the comparison devices the shift register output, from the outputs of the comparison devices, the signals are transmitted to the first and second inputs of the second threshold element, to the third and fourth inputs to clock pulses arrive and threshold voltages are applied, the value of which is determined in accordance with the given recognition probabilities.

Сущность полезной модели поясняется структурной схемой устройства распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования, приведенной на фиг. 1, состав которой включает:The essence of the utility model is illustrated by the structural diagram of a device for recognizing objects by a rangefinder portrait using binary quantization shown in FIG. 1, the composition of which includes:

1 - блок автоматической стабилизации порога обнаружения;1 - block automatic stabilization of the detection threshold;

2 - амплитудный детектор;2 - amplitude detector;

3 - первый пороговый элемент;3 - the first threshold element;

4 - генератор тактовых импульсов;4 - clock generator;

5 - ключ;5 - key;

6 - регистр сдвига;6 - shift register;

7 - формирователь эталонных сигналов;7 - shaper of reference signals;

8 - устройство сравнения;8 is a comparison device;

9 - второй пороговый элемент;9 - the second threshold element;

10 - индикатор.10 - indicator.

Устройство для случая распознавания двух классов функционирует следующим образом.The device for the case of recognition of two classes operates as follows.

На вход блока (1) автоматической стабилизации порога обнаружения поступает аддитивная смесь сигнала и шума с выхода приемника. Амплитудный детектор (2) выделяет огибающую отраженного сигнала |f/(t)|². С помощью порогового элемента (3), генератора (4) тактовых импульсов и ключа (5) осуществляется аналого-цифровое преобразование сигнала по двум уровням - ноль или единица.An additive mixture of signal and noise from the output of the receiver is fed to the input of the block (1) for automatic stabilization of the detection threshold. Amplitude detector (2) selects the envelope of the reflected signal | f / (t) | ² . Using a threshold element (3), a clock generator (4) and a key (5), an analog-to-digital signal conversion is performed at two levels - zero or one.

Оцифрованный сигнал с выхода ключа (5) поступает на информационный вход регистра (6) сдвига, в котором по каждому тактовому импульсу осуществляется сдвиг поступивших сигналов. Число информационных выходов регистра (6) сдвига выбирается из соотношения радиальной протяженности наиболее крупноразмерной цели l_{ц max} к разрешающей способности РЛС по дальности:The digitized signal from the output of the key (5) is fed to the information input of the shift register (6), in which, for each clock pulse, the received signals are shifted. The number of information outputs of the shift register (6) is selected from the ratio of the radial extent of the largest-sized target l _max to the radar resolution in range:

,

,

(1)(one)

где c - скорость электромагнитных волн в свободном пространстве.where c is the speed of electromagnetic waves in free space.

В каждом такте сигнал с выхода регистра (6) сдвига (S₁, … S_N) поступает одновременно на входы устройств (8) сравнения. На вторые входы устройств (8) сравнения подаются, в соответствии с априорными сведениями о портретах эталонов целей, логические единицы или нули в виде положительных или нулевых напряжений

с 1-х выходов двух формирователей (7) эталонных сигналов (1 - номер элемента разрешения по дальности, i - номер типа цели или номер устройства (8) сравнения). Символы 1 могут принимать значения от 1 до N, а символы i от 1 до R, где R - число распознаваемых классов.In each cycle, the signal from the output of the shift register (6) (S ₁ , ... S _N ) is supplied simultaneously to the inputs of the comparison devices (8). Logic units or zeros in the form of positive or zero voltages are fed to the second inputs of the comparison devices (8), in accordance with a priori information about the portraits of target standards

from 1 outputs of two shapers (7) of reference signals (1 - number of range resolution element, i - target type number or device number (8) of comparison). Characters 1 can take values from 1 to N, and characters i from 1 to R, where R is the number of recognized classes.

Каждое из используемых устройств (8) сравнения включает логические элементы, реализующие бинарную операцию «исключающее «ИЛИ» (бинарная операция, результат действия которой равен 1, если число складываемых единичных битов нечетно, если же их число четно, то результат равен 0), при которой на выходе элемента формируется логическая единица только в том случае, если на оба входа этого элемента подаются логические единица и нуль. Если радиальная протяженность распознаваемого объекта меньше, чем радиальная протяженность наиболее крупноразмерного объекта (l_s<l_{s max}), то в оставшиеся незаполненные разряды эталонных сигналов записываются логические нули. При таком алгоритме сравнения сумма Z_{i на} выходе любого устройства (8) сравнения при совпадении номера цели с условным номером этого устройства в пределе равна числу элементов разрешения N. Это позволяет достаточно просто определить номер канала с максимальным сигналом и такт, в котором эта сумма достигает максимального значения. Данная операция реализуется вторым пороговым элементом (9).Each of the used comparison devices (8) includes logic elements that implement the binary operation “exclusive“ OR ”(a binary operation, the result of which is 1, if the number of added single bits is odd, if their number is even, then the result is 0), when which a logical unit is formed at the output of an element only if both logical inputs and zero are supplied to both inputs of this element. If the radial length of the recognized object is less than the radial length of the largest-sized object (l _s <l _{s max} ), then logical zeros are written in the remaining empty bits of the reference signals. With this comparison algorithm, the sum Z _{i at the} output of any comparison device (8) when the target number coincides with the conditional number of this device in the limit is equal to the number of resolution elements N. This allows you to simply determine the channel number with the maximum signal and the cycle in which this amount reaches maximum value. This operation is implemented by the second threshold element (9).

Выбор порогового напряжения U_por2 осуществляется в соответствии с заданными вероятностями распознавания. Информация о результатах распознавания отображается на индикаторе (10).The choice of the threshold voltage U _{por2 is} carried out in accordance with the given recognition probabilities. Information on recognition results is displayed on the indicator (10).

Предлагаемое устройство реализовано в локаторе мобильной автоматизированной радарной системы управления на базе быстродействующих программируемых логических матриц (ПЛМ) типа Xilinx.The proposed device is implemented in the locator of a mobile automated radar control system based on high-speed programmable logic matrices (PLM) of the Xilinx type.

Тем самым подтверждается промышленная реализация вышеописанного устройства, позволяющего определить протяженность целей, в результате анализа которой возможно принятие решения об отнесении объекта к одному из распознаваемых классов.This confirms the industrial implementation of the above device, which allows to determine the extent of the goals, as a result of the analysis of which it is possible to make a decision on assigning the object to one of the recognized classes.

Разработанное устройство обладает расширенными функциональными возможностями и повышенным уровнем правильного распознавания морских и речных судов различного тоннажа, элементов навигационного обеспечения (буев) и мешающих объектов.The developed device has expanded functionality and an increased level of correct recognition of sea and river vessels of various tonnage, elements of navigation support (buoys) and interfering objects.

Использованные источники информации:Sources of information used:

1. «Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория», Справочник, Изд. 2-е перераб. и доп./ Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007 г. - 512 с, с. 118, 416.1. "Radio-electronic systems: Fundamentals of construction and theory", Reference, Ed. 2nd rev. and add. / Ed. POISON. Shirman. - M .: Radio engineering, 2007 - 512 s, p. 118, 416.

2. С.З. Кузьмин «Цифровая радиолокация. Введение в теорию», - Киев: Издательство «КВЩ», 2000 г. - 428 с, с. 354-356.2. S.Z. Kuzmin “Digital radar. Introduction to Theory ”, - Kiev: KVSCh Publishing House, 2000 - 428 p., P. 354-356.

Claims (1)

Устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования, содержащее последовательно соединенные блок автоматической стабилизации порога обнаружения, амплитудный детектор, первый пороговый элемент, с выхода которого сигнал поступает на вход ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, регистр сдвига, на информационный вход которого поступает сигнал с выхода ключа, индикатор, отличающееся тем, что, с целью распознавания объектов с заданными вероятностями в устройство дополнительно включены два устройства сравнения, два формирователя эталонных сигналов и второй пороговый элемент, причем на входы устройств сравнения поступают сигналы эталонов радиолокационных дальномерных портретов с двух формирователей эталонных сигналов, и сигналы с выхода регистра сдвига, с выходов устройств сравнения сигналы передаются на первый и второй входы второго порогового элемента, на третий и четвертый входы которого поступают тактовые импульсы и подаются пороговые напряжения, величина которых определяется в соответствии с заданными вероятностями распознавания.

A device for recognizing objects by a rangefinder portrait using binary quantization, containing a series-connected block of automatic stabilization of the detection threshold, an amplitude detector, a first threshold element, from the output of which the signal is fed to the key input, the second input of which is connected to the output of the clock pulse generator, shift register, the information input of which the signal is received from the key output, an indicator, characterized in that, in order to recognize objects with given probabilities in the triad additionally includes two comparison devices, two shapers of reference signals and a second threshold element, and the signals of the standards of radar ranging portraits from two shapers of reference signals are fed to the inputs of the comparison devices, and the signals from the output of the shift register, the signals from the outputs of the comparison devices are transmitted to the first and second the inputs of the second threshold element, the third and fourth inputs of which receive clock pulses and threshold voltage is applied, the value of which is determined in according to the given recognition probabilities.

Images