RU2381522C2

RU2381522C2 - Nonthreshold method for initial information detection

Info

Publication number: RU2381522C2
Application number: RU2008111042/28A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Голубев (RU); Михаил Иванович Голубев
Original assignee: Михаил Иванович Голубев
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2010-02-10
Also published as: RU2008111042A

Abstract

FIELD: measuring technology.

SUBSTANCE: invention refers to hydroacoustic and radar watch facilities. The nonthreshold method for initial information detection implies that the initial information is detected by measuring the mean spectral peaks and revealing of time variation thereof.

EFFECT: higher reliability and noise immunity of the measuring result.

1 dwg

Description

1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к гидроакустическим и радиолокационным средствам наблюдения.The invention relates to sonar and radar surveillance equipment.

2. Уровень техники.2. The prior art.

Аналогом является применяемый в гидроакустических, радиолокационных и других технических средствах наблюдения способ выделения сигнальной информации, основанный на общеизвестной теории обнаружения, согласно которой за сигнал принимается любое возмущение, превышающее установленный порог обнаружения.An analogue is the method for extracting signal information used in sonar, radar and other technical surveillance equipment, based on the well-known detection theory, according to which any disturbance exceeding the set detection threshold is taken as a signal.

3. Раскрытие изобретения.3. Disclosure of the invention.

Теория обнаружения исходит из того, что изменяющийся во времени (t) сигнал (C(t)) складывется с изменяющимися во времени шумами среды (ШС(t)), т.е. процесс описывается уравнением: f(t)=C(t)+ШС(t).The theory of detection proceeds from the fact that the signal (C (t)) that changes in time (t) is added to the medium-time-varying noise (AL (t)), i.e. the process is described by the equation: f (t) = C (t) + GC (t).

Если установить идеальный порог обнаружения ПО(t)=ШС(t), то задача обнаружения сигнальной информации сводится к решению уравнения:If you set the ideal detection threshold for software (t) = AL (t), then the problem of detecting signal information is reduced to solving the equation:

C(t)=f(t)-ПО(1).C (t) = f (t) -PO (1).

На практике задача определения идеального порога обнаружения недостижима, поэтому ограничиваются определением оптимального порога, в наибольшей степени приближающегося к идеальному. При этом, если уровень ПО больше уровния ШС, то увеличивается вероятность пропуска цели. Если же ПО меньше ШС, то увеличивается вероятность ложной тревоги.In practice, the task of determining the ideal detection threshold is unattainable, therefore, they are limited to determining the optimal threshold that is closest to the ideal. Moreover, if the software level is greater than the AL level, then the probability of missing the target increases. If the software is less than AL, then the probability of false alarm increases.

На чертеже приведена распечатка результатов спектрального анализа записи натурного эксперимента, когда шумоизлучающий объект удалялся от измерительного приемника. Панорамный обзор обеспечен за счет отображения по оси X частоты, по оси У - времени, а по оси Z - амплитуд текущих спектров, путем их квантования по градациям яркости.The drawing shows a printout of the results of spectral analysis of the recording of a full-scale experiment, when the noise-emitting object was removed from the measuring receiver. A panoramic view is provided by displaying the frequency along the X axis, the time along the Y axis, and the amplitudes of the current spectra along the Z axis by quantizing them with gradations of brightness.

На чертеже, прежде всего, обращает на себя внимание интерференционная структура (позиция 1), образованная за счет сложения "прямого" сигнала и отраженного от водной поверхности. В зависиммости от фазовых соотношений между составляющими шумоподобного сигнала они, на соответствующих частотах, могут складываться либо вычитаться, образуя экстремумы, хорошо наблюдаемые на чертеже. Поскольку отражающая поверхность является, практически, идеальным зеркалом, то в точках минимальных значений, где эти сигналы вычитаются, амплитуда составляющей спектра, практически, соответствует уровню шумов среды, который может быть принят за оптимальный порог обнаружения. На позиции 2 чертежа приведены результаты выделения сигнала в соответствии с приведенным выше алгоритмом, когда средние значения выявленных величин сигналов соответствующих реализаций отображались в выбранном масштабе в виде отрезков горизонтальной линии.In the drawing, first of all, the interference structure (position 1), formed by adding a “direct” signal and reflected from the water surface, attracts attention. Depending on the phase relations between the components of the noise-like signal, they, at the corresponding frequencies, can be added or subtracted, forming extrema that are well observed in the drawing. Since the reflecting surface is practically an ideal mirror, at the points of minimum values where these signals are subtracted, the amplitude of the spectrum component practically corresponds to the noise level of the medium, which can be taken as the optimal detection threshold. At position 2 of the drawing shows the results of signal extraction in accordance with the above algorithm, when the average values of the detected signal values of the respective implementations were displayed in the selected scale in the form of horizontal line segments.

На позиции 3 чертежа приведены в виде графика средние значения амплитуд спектров соответствующих реализаций, подтверждающие очевидное: средние значения амплитуд спектров в отсутствии сигнала меньше этих значений при его наличии.At position 3 of the drawing, the average values of the spectral amplitudes of the respective implementations are shown in the form of a graph, confirming the obvious: the average values of the spectral amplitudes in the absence of a signal are less than these values if it is present.

Это обстоятельство позволяет, не прибегая к достаточно сложной процедуре поиска оптимального порога обнаружения, выявить присутствие сигнальной информации по наличию изменений во времени средних значений амплитуд спектров.This circumstance allows, without resorting to a rather complicated procedure of searching for the optimal detection threshold, to reveal the presence of signal information by the presence of changes in time of the average values of the spectral amplitudes.

В качестве примера на позиции 4 чертежа приведены в виде графика скорости изменения средних значений амплитуд спектра, определенные известным в технике статистических расчетов методом наименьших квадратов [1].As an example, at position 4 of the drawing are given in the form of a graph of the rate of change of average values of the amplitudes of the spectrum, determined by the least squares method known in the technique of statistical calculations [1].

На позиции 5 чертежа в соответствии с логикой да - нет отражены моменты, когда скорости изменения средних значений амплитуд спектров не равны нулю (логика да). Причем периоды, когда скорость меньше нуля, т.е. сигнал уменьшается, либо больше нуля, разделяются по градациям яркости. Следует заметить, что вероятность ложной тревоги в рассматриваемом случае может быть сведена к нулю за счет значительного увеличения времени накопления информации (на чертеже видно, что отображение результатов измерений приведенных на позициях 4 и 5 происходит не от начала координаты "Y").In position 5 of the drawing, in accordance with the logic yes - no, moments are reflected when the rates of change of the average values of the amplitudes of the spectra are not equal to zero (logic yes). Moreover, the periods when the speed is less than zero, i.e. the signal decreases, or is greater than zero, separated by gradations of brightness. It should be noted that the probability of false alarm in this case can be reduced to zero due to a significant increase in the accumulation time of information (the drawing shows that the display of the measurement results shown at positions 4 and 5 does not occur from the origin of the "Y" coordinate).

Как видно на чертеже, при достаточном удалении шумоизлучающего объекта от измерительного приемника на результаты измерений, выполненных в соответствии с положениями теории обнаружения (позиция 2), существенное влияние оказывают помехи, наблюдаемые в виде 3-х доминирующих дискрет, в то время как на позиции 3 видно, что влияние этих дискрет на результаты измерений существенно меньше. Это означает, что помехозащищенность рассматриваемого способа выявления сигнальной информации значительно выше, чем у традиционно используемого.As can be seen in the drawing, when the noise-emitting object is sufficiently far from the measuring receiver, the results of measurements performed in accordance with the provisions of the detection theory (position 2) are significantly affected by the interference observed in the form of 3 dominant discrete, while at position 3 it can be seen that the influence of these discrete on the measurement results is significantly less. This means that the noise immunity of the considered method for detecting signal information is significantly higher than that of the traditionally used one.

Поскольку при определении оптимального порога обнаружения задача, как было показано выше, может быть решена приблизительно, а спектральный анализ обеспечивает достаточно высокую точность измерений, то достоверность результатов, получаемых при использовании рассмотренного способа, гораздо выше, что, в частности, подтверждается результатами, приведенными на чертеже.Since when determining the optimal detection threshold, the problem, as was shown above, can be solved approximately, and spectral analysis provides a sufficiently high measurement accuracy, the reliability of the results obtained using the considered method is much higher, which, in particular, is confirmed by the results presented in drawing.

Таим образом, за счет использования возможностей, предоставляемых спектральным анализом, решение задачи обнаружения сигнальной информации, в том числе и в автоматическом режиме, обеспечивается без применения достаточно сложной процедуры определения оптимального порога обнаружения.Thus, by using the opportunities provided by spectral analysis, the solution to the problem of detecting signal information, including in automatic mode, is provided without the use of a rather complicated procedure for determining the optimal detection threshold.

ЛитератураLiterature

1. Справочник по вероятностным расчетам. М., Воениздат, 1970, с.320.1. A guide to probabilistic calculations. M., Military Publishing, 1970, p. 320.

Claims

A non-threshold method for detecting signal information, namely, that signal information is detected by measuring the average values of the spectral amplitudes and detecting changes in these values over time.