CC BY
61
СИНТЕЗ УСТРОЙСТВ КЛАССИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО КОНФЛИКТА
SYNTHESIS OF DEVICES OF CLASSIFICATION OF OBJECTS IN THE CONDITIONS OF CONFLICT RADIOELECTRONIC
На основе анализа современного состояния радиоэлектронной борьбы и принци -пов построения радиоэлектронных систем определены особенности, присущие различным этапам синтеза устройств классификации. Унифицирован процесс синтеза устройств классификации на основе структурно-функциональной архитектуры, позволяющий осуществлять обоснованный выбор варианта построения устройства классификации.
On the basis of the analysis of a current state of radio-electronic fight and the principles of creation of radio-electronic systems the features inherent in various stages of synthesis of devices of classification are defined. Process of synthesis of devices of classification on the basis of the structurally functional architecture, allowing to carry out a reasonable choice of option of creation of the device of classification is unified.
В современных условиях на специальные радиотехнические средства (РТС), используемые, например, для мониторинга воздушного пространства, возлагают задачи: обнаружения, измерения координат, определения параметров движения, а также задачи распознавания или идентификации (определения класса или типа) объекта.
В последние годы в активной локации широко используются широкополосные сигналы, которые обеспечивают большую информативность, в частности, вследствие обработки дальностных радиолокационных портретов (ДРЛП), представляющих собой видеоимпульсы сложной формы, структура которых зависит от геометрии летательного объекта. Использование ДРЛП позволяет решить задачу классификации объектов, выделив в них в простейшем случае следующие три класса: малоразмерные, среднеразмерные и крупноразмерные [1].
Однако большинство алгоритмов классификации получены для случая простой фоновой обстановки, характеризующейся наличием лишь широкополосного флуктуа-ционного шума. При этом для решения задачи классификации объектов необходимо задавать множество [2], элементы которого характеризуют как условия решения задачи, так и накладываемые ограничения, включая технические:
{F}=(A,X,R,Y,Jp). (1)
Здесь: A — пространство классов;
X — пространство признаков;
R — пространство решающих правил;
Y — пространство устройств классификации объектов;
Jp — вектор, включающий в себя показатели, характеризующие эффективность, финансовые и временные затраты [3].
Вместе с тем в будущих конфликтах противоборствующая сторона (вероятный противник) будет стремиться использовать различные виды помех, в частности, шумовые и импульсные, направленные на существенное усложнение фоновой обстановки.
В условиях сложной фоновой обстановки необходимо дополнительно ввести в рассмотрение пространство помех N. Тогда множество (1) перепишется в виде
{Е}=(А,ХДУ,КДр).
(2)
В выражении (2) могут быть заданы все или отсутствовать один из первых трех элементов, что и определяет тип задачи распознавания объектов, а конкретные подходы к заданию элементов А, Х, определяют модель процесса распознавания объектов. Следовательно, возможно несколько подходов к вариантам типовых задач распознавания объектов.
Реализация процедуры классификации объектов (распознавание сигналов) предусматривает два этапа: узкополосный и широкополосный, а процесс наблюдаемых данных может быть описан одной из следующих аддитивных моделей:
где п (і)— белый гауссов шум;
N ^)— преднамеренная помеха;
Sy ^), S (і) — полезные сигналы при узкополосном и широкополосном зондировании;
Г0, Г, Гг— коэффициенты, принимающие значения 0 и (или) 1.
При этом на этапе узкополосной обработки входная реализация — это x1(t), а на широкополосном этапе — x2(t). В узкополосном тракте решается задача обнаружения сигнала и измерения некоторых (траекторных) параметров. Если в узкополосном тракте вынесено решение об отсутствии сигнала, то в широкополосном тракте решается задача различения преднамеренных помех. Далее, при обнаружении сигнала в узкополосном тракте, в широкополосном тракте решается задача распознавания сигналов либо при наличии, либо при отсутствии преднамеренной помехи (в зависимости от того, какое решение выработал тракт различения преднамеренных помех).
Из вышеизложенного следует, что распознающая система должна соответствовать следующим требованиям:
в узкополосном тракте регистрировать факт обнаружения сигнальной смеси и выдавать результат в широкополосный тракт;
в тракте траекторного измерения осуществлять оценки параметров (например, ракурса) объекта и выдавать их в широкополосный тракт;
в широкополосном тракте иметь тракт сигнального распознавания, осуществляющего решение задачи классификации объектов в условиях простой фоновой обстановки (в выражении (3) коэффициент Г = 0);
автоматически обрабатывать преднамеренные помехи в тракте различения помехи и выдавать результаты анализа (различения) в тракты сигнального распознавания в условиях простой и сложной фоновой обстановки;
затрачивать минимальное время (отвечать реальному масштабу времени) при обработке информации и принятии решения о классе объекта.
Таким образом, структурную схему распознающей системы (системы классификации) можно представить в виде, изображенном на рис. 1.
) = п (0 + То і8у (0;
X2 ^) = и(0 + Г N^ ) + Ї2 S ^ ),
(3)
Тракт
узкополосного
сигнального
обнаружения
Тракт траекторного измерения
H,
Hr
П
Узкополосный тракт
Рис. 1. Структурная схема распознающей системы в условиях радиоэлектронного конфликта На рис. 1 пунктиром выделены узкополосный и широкополосный тракты. В узкополосном тракте при поступлении реализации х1(/) (выражение (3)) решаются задачи сигнального обнаружения (выносится решение либо в пользу гипотезы H1 — сигнал присутствует, либо в пользу гипотезы H0— сигнал отсутствует в реализации наблюдаемых данных) и, если выносится решение о наличии сигнала, то осуществляет-
ся измерение вектора параметров 1 сигнала. Полученный вектор П =
или 1, поступает на вход блока предварительной обработки широкополосного тракта.
В широкополосном тракте на вход этого же блока поступает реализация x2(t) (выражение (3)). Далее в тракте различения преднамеренных помех решается задача различения помех различного типа. В зависимости от ее решения, задача классификации объектов решается в одном из трактов сигнального распознавания (в условиях простой или сложной фоновой обстановки). Наконец, в решающем устройстве выносится решение о наличии сигнала определенного класса на входе распознающей системы.
Анализ рис. 1 свидетельствует о том, что система распознавания в условиях радиоэлектронного конфликта представляет собой иерархическую структуру, в которой вероятность выполнения задачи классификации объектов, с учетом [4], может быть представлена в виде
m
Р =П (1 - P ). (4)
1=1
Здесь Pi — вероятность невыполнения задач по своему функциональному назначению, i = 1,3 .
Данные обстоятельства требуют решения ряда задач, связанных с использованием алгоритмов обработки информации, адаптивных к уровню не только флук-туационных шумов, но и преднамеренных помех, и применения решающих правил, обеспечивающих требуемую эффективность распознавания объектов в реальном масштабе времени в условиях радиоэлектронного конфликта.
Вышеуказанные особенности обусловливают существенные требования к устройствам классификации как на этапе обработки информации, так и на этапе выдачи результатов распознавания в систему управления. При этом процесс синтеза устройств классификации может осуществляться на основе структурно- функциональной архитектуры и включает ряд этапов (рис. 2).
На блок- схеме рис. 2 приняты обозначения: ФО — фоновая обстановка, К — выход (завершение процедуры) из алгоритма.
Анализ блок-схемы рис. 2 свидетельствует о том, что процесс синтеза структуры устройства классификации носит итеративный характер и может быть разбит на несколько последовательных шагов:
1. Осуществляется формулировка задачи. Вводится в рассмотрение пространство классов А.
2. На основе анализа возможных вариантов решения задачи классификации объектов, исходя из сигнальной информации выбирается математических метод, наиболее адекватный поставленной задаче.
3. Анализируются условия классификации объектов на фоне простой и сложной обстановки, выбирается соответствующий рабочий словарь признаков.
4. С учетом возможных типов преднамеренных помех синтезируется алгоритм их различения.
5. На основе рабочего словаря признаков синтезируется алгоритм распознавания классов объектов и оценивается суммарная сложность его организации.
6. В соответствии с разработанным алгоритмом классификации производится выбор структуры устройства классификации объектов.
Рис. 2. Блок- схема алгоритма синтеза устройств классификации тракта сигнального распознавания в условиях радиоэлектронного конфликта
7. Если показатели Л, характеризующие эффективность, финансовые и временные затраты синтезированного устройства, удовлетворяют заданным требованиям, т.е. условие блока (7) выполнено, то процедура завершается (выход К).
В случае невыполнения условия блока (7) необходимо осуществить корректировку (блок 8), которая заключается либо в совершенствовании вариантов устройств классификации, например в соответствии с рекомендациями [2], либо в корректировке алгоритма классификации или метода распознавания, а в исключительных случаях — постановку задачи синтеза, а также исходных данных, тактико-технических требований.
Применение предложенного подхода при синтезе устройств классификации объектов позволит разработчикам аппаратуры осуществлять обоснованный выбор варианта построения системы распознавания в условиях радиоэлектронного конфликта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник / Я. Д. Ширман [и др.]; под ред. Я. Д. Ширмана. — М.: ЗАО «Маквис», 2007.
2. Лазарев И.В. Постановка задачи оптимизации распознающей системы в условиях структурно- функциональной архитектуры // Вестник Воронежского института МВД России. — 2011. — № 3 — С. 120—127.
3. Булгаков О.М., Лазарев И.В. Метод синтеза структур микропроцессорных устройств классификации воздушных объектов по критерию «эффективность — интегрированные затраты» в условиях параметрической априорной неопределенности // Вестник Воронежского института МВД России. — 2010. — № 2 — С. 109—114.
4. Вентцель Е.С. Исследование операций. — М.: Сов. радио, 1972.
