RU2774733C1 - Method for classifying mobile objects of ground equipment using the peculiarities of their adhesion to the soil - Google Patents
Method for classifying mobile objects of ground equipment using the peculiarities of their adhesion to the soil Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774733C1 RU2774733C1 RU2021118077A RU2021118077A RU2774733C1 RU 2774733 C1 RU2774733 C1 RU 2774733C1 RU 2021118077 A RU2021118077 A RU 2021118077A RU 2021118077 A RU2021118077 A RU 2021118077A RU 2774733 C1 RU2774733 C1 RU 2774733C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seismic
- seismophone
- energy
- frequency band
- value
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title abstract description 12
- 240000001307 Myosotis scorpioides Species 0.000 claims abstract description 13
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 230000003595 spectral Effects 0.000 claims description 9
- 230000000737 periodic Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 abstract 1
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 20
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 6
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 102100005375 BMP3 Human genes 0.000 description 2
- 101700001588 BMP3 Proteins 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 241001325166 Phacelia congesta Species 0.000 description 1
- 108010000020 Platelet Factor 3 Proteins 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области сейсмической разведки и может быть использовано для целеуказания средствам поражения, в устройствах управления подрывом инженерных боеприпасов, а также для мониторинга участков местности и контроля несанкционированного доступа к охраняемым объектам.The invention relates to the field of seismic reconnaissance and can be used for target designation of weapons, in control devices for the detonation of engineering ammunition, as well as for monitoring terrain and controlling unauthorized access to protected objects.
Известны различные способы классификации движущихся наземных объектов по результатам анализа сейсмосигналов, возбуждаемых ими в поверхностном слое почвы в процессе движения. Например, в [1], [2] и [3] описана работа устройств, характеризующая способы классификации движущихся объектов в контролируемой зоне, отличающиеся особенностями поиска в сейсмосигнале различных признаковых параметров для использования их при классификации объектов. There are various methods for classifying moving ground objects based on the results of the analysis of seismic signals excited by them in the surface layer of the soil in the process of movement. For example, in [1], [2] and [3] the operation of devices is described, which characterizes the methods for classifying moving objects in a controlled area, which differ in the features of searching in a seismic signal for various feature parameters to be used in classifying objects.
В [1] для этого используется модель авторегрессии с учётом того, что случайные процессы могут описываться как авторегрессия некоторого порядка, характеризующая степень влияния предыдущих отсчетов сигнала на текущий отсчёт.In [1], for this, an autoregressive model is used, taking into account the fact that random processes can be described as an autoregression of a certain order, characterizing the degree of influence of previous signal samples on the current sample.
По принятой реализации сейсмосигнала оцениваются коэффициенты регрессии и сравниваются с хранящимися в банке данных усредненных моделей, что позволяет вычислить условную вероятность принадлежности объекта к некоторому классу по результатам анализа принятого сейсмосигнала. Решение о классе объекта принимается по критерию максимума условной вероятности.According to the accepted implementation of the seismic signal, the regression coefficients are estimated and compared with those stored in the database of averaged models, which makes it possible to calculate the conditional probability of the object belonging to a certain class based on the results of the analysis of the received seismic signal. The decision on the class of the object is made according to the criterion of the maximum conditional probability.
К недостаткам этого способа можно отнести следующие:The disadvantages of this method include the following:
- необходимость хранения в банке данных усреднённых моделей- the need to store averaged models in the data bank
коэффициентов регрессии и сведений о законах их распределения; regression coefficients and information about the laws of their distribution;
- количество каналов классификации должно быть равно количеству классов объектов;- the number of classification channels should be equal to the number of object classes;
- громоздкость вычислительного алгоритма;- cumbersomeness of the computational algorithm;
- коэффициенты регрессии относятся к параметрам, зависящим от типа и состояния грунта, времени года, помеховой обстановки и других факторов, поэтому при изменении свойств грунта в спектрах сейсмических сигналов будет наблюдаться смещение частотных компонент в область высоких или низких частот, то есть достоверное распознавание объектов по результатам анализа таких сигналов возможно при использовании результатов анализа динамики поведения сейсмосигнала на некотором заданном интервале времени.- regression coefficients refer to parameters that depend on the type and condition of the soil, season, interference environment and other factors, therefore, when the properties of the soil change in the spectra of seismic signals, there will be a shift in the frequency components to the region of high or low frequencies, that is, reliable recognition of objects by analysis of such signals is possible when using the results of the analysis of the dynamics of the behavior of the seismic signal on a certain specified time interval.
В [2] оценивается степень близости сейсмосигналов, источниками которых являются подлежащие распознаванию классы подвижных объектов, к эталонным сейсмосигналам.In [2], the degree of proximity of seismic signals, the sources of which are the classes of moving objects to be recognized, to the reference seismic signals is estimated.
После обнаружения объекта сейсмосигнал нормируется по амплитуде и дискретизируется с учётом теоремы Котельникова. Далее он подвергается преобразованию Фурье, направленному на выделение классификационных признаков, которыми являются значения усредненных частотных составляющих в характерных для определения классов объектов в частотных диапазонах.After the detection of the object, the seismic signal is normalized in amplitude and discretized taking into account the Kotelnikov theorem. Then it is subjected to a Fourier transform aimed at highlighting the classification features, which are the values of the average frequency components in the frequency ranges characteristic for determining classes of objects.
Частотные признаки требуются для вычисления меры близости к эталонам сейсмосигналов, источниками которых являются подлежащие распознаванию классы объектов, которые хранятся в банке данных. Там же хранятся и значения сумм базисных функций, необходимых для вычисления значений частотных признаков в реальном масштабе времени. Frequency features are required to calculate the measure of proximity to seismic signal standards, the sources of which are object classes to be recognized, which are stored in the data bank. The values of the sums of the basis functions necessary to calculate the values of frequency features in real time are also stored there.
После вычисления меры близости происходит выбор класса объекта: по критерию минимума значения меры выбираются два класса с сохранением информации о степени близости. Далее на основе анализа только частотных признаков сейсмического сигнала с использованием информации о частоте появления пар классов с учетом степени близости к эталону принимается решение о распознавании класса объекта. Для этого используется информация, представляющая собой статистические данные о частоте появления таких пар в виде матрицы также хранящаяся в банке данных.After the proximity measure is calculated, the object class is selected: according to the measure minimum criterion, two classes are selected with the preservation of information about the degree of proximity. Further, based on the analysis of only the frequency features of the seismic signal, using information about the frequency of occurrence of pairs of classes, taking into account the degree of proximity to the standard, a decision is made to recognize the class of the object. For this, information is used, which is statistical data on the frequency of occurrence of such pairs in the form of a matrix, which is also stored in the data bank.
Основными недостатками способа являются:The main disadvantages of the method are:
- необходимость хранения в банке данных значения сумм базисных функций и матриц, содержащих статистические данные о частоте появления классов с учетом степени близости к эталону; - the need to store in the data bank the values of the sums of basic functions and matrices containing statistical data on the frequency of occurrence of classes, taking into account the degree of proximity to the standard;
- при увеличении числа классов объектов распознавания для увеличения вероятности правильной классификации, необходимо увеличивать количество признаков, характерных для выбранных классов;- with an increase in the number of classes of recognition objects, in order to increase the probability of correct classification, it is necessary to increase the number of features characteristic of the selected classes;
- громоздкость вычислительного алгоритма;- cumbersomeness of the computational algorithm;
- частотные признаки зависимы от типа и состояния поверхностного слоя почвы, которое определяется как помеховыми факторами, так и погодно-климатическими условиями, поэтому при изменении состояния поверхностного слоя почвы в спектрах сейсмических сигналов будет наблюдаться смещение частотных компонент в область высоких или низких частот, что отрицательно повлияет на частотные признаки, а это снизит вероятность правильной классификации объектов.- frequency features are dependent on the type and condition of the surface layer of the soil, which is determined by both interference factors and weather and climatic conditions, therefore, when the state of the surface layer of the soil changes in the spectra of seismic signals, there will be a shift in the frequency components to the region of high or low frequencies, which is negative will affect the frequency features, and this will reduce the likelihood of correct classification of objects.
В [3] способ основан на анализе динамики изменения сейсмосигнала во времени. Наличие закономерностей в поведении сейсмосигнала (времени нарастания и спада фронтов, времени пребывания сейсмосигнала в экстремумах и т.п.). Это дает возможность сделать заключение о том, что сейсмический сигнал будет в определенной последовательности проходить некоторые заданные условные пороги. Причем для разных источников последовательность прохождения будет существенно различаться.In [3], the method is based on the analysis of the dynamics of changes in the seismic signal over time. The presence of patterns in the behavior of the seismic signal (the rise and fall times of the fronts, the time the seismic signal stays in extrema, etc.). This makes it possible to conclude that the seismic signal will pass certain specified conditional thresholds in a certain sequence. Moreover, for different sources, the sequence of passage will vary significantly.
При ограниченном объеме информации о поведении сигналов от всех источников строится усредненный образ сейсмосигнала (эталон) по результатам анализа нескольких десятков реализаций сейсмосигналов, возбуждаемых в поверхностном слое почвы при движении какого-либо класса наземной техники. Все остальные сейсмосигналы, которые в результате анализа не будут подходить под заданное правило с заданным значением точности, считаются нераспознанными или помехами. Сформированный усредненный образ сигнала в процессе работы хранится в банке в виде набора значений пороговых напряжений и значений временных интервалов прохождения этих порогов. Число тех и других выбирается исходя из требований точности классификации объектов при анализе сейсмосигналов: чем больше число заданных порогов, тем точнее отслеживаются признаки объекта при анализе сейсмосигнала.With a limited amount of information about the behavior of signals from all sources, an average image of a seismic signal (standard) is constructed based on the results of an analysis of several dozen realizations of seismic signals excited in the surface layer of the soil during the movement of any class of ground equipment. All other seismic signals that, as a result of the analysis, will not fit the specified rule with the specified accuracy value, are considered unrecognized or interference. The generated average signal image during operation is stored in the bank as a set of threshold voltage values and values of time intervals for passing these thresholds. The number of both is selected based on the requirements for the accuracy of classifying objects in the analysis of seismic signals: the greater the number of specified thresholds, the more accurately the features of the object are tracked in the analysis of the seismic signal.
После регистрации сейсмосигнал подвергается предварительной фильтрации, усиливается в характерных полосах частот и производится его дискретизация в соответствии с теоремой Котельникова. After registration, the seismic signal is subjected to pre-filtering, amplified in the characteristic frequency bands, and it is discretized in accordance with the Kotelnikov theorem.
Далее дискретизированный сейсмосигнал анализируется в соответствии с алгоритмом, хранящимся в банке данных. Здесь контролируется выполнение ряда условий:Next, the discretized seismic signal is analyzed in accordance with the algorithm stored in the data bank. It controls the fulfillment of a number of conditions:
- должны быть превышены пороги, определяющие необходимое значение амплитуды сигнала;- the thresholds that determine the required value of the signal amplitude must be exceeded;
- ряд временных критериев воздействия сигнала (период, длительность, паузы между импульсами) должны мало отличаться от эталонных.- a number of temporal criteria of the signal impact (period, duration, pauses between pulses) should differ little from the reference ones.
При совпадении последовательности временных интервалов прохождения порогов с эталонными интервалами, хранящимися в банке данных, формируется логический сигнал о распознавании заданного класса объекта. When the sequence of time intervals for passing the thresholds coincides with the reference intervals stored in the data bank, a logical signal is generated about the recognition of a given object class.
Если необходимо классифицировать несколько типов объектов необходимо иметь столько же каналов классификации, которые будут отличаться тем, что в их банках хранятся другие значения порогов срабатывания и другие временные интервалы их прохождения.If it is necessary to classify several types of objects, it is necessary to have the same number of classification channels, which will differ in that their banks store other values of the response thresholds and other time intervals for their passage.
К основным недостаткам можно отнести следующее:The main disadvantages include the following:
- необходимость хранения набора эталонных значений пороговых напряжений и значений временных интервалов прохождения этих порогов для сравнения с временной структурой поступившего сейсмосигнала;- the need to store a set of reference values of threshold stresses and values of time intervals for passing these thresholds for comparison with the temporal structure of the received seismic signal;
- обработка сигнала только во временной области может привести к тому, что воздействие внешних факторов (помех, погодно-климатических явлений и т.п.) скажется на перераспределении энергии частотных составляющих, что исказит временную структуру сейсмосигнала и приведёт к снижению вероятности правильной классификации объекта;- signal processing only in the time domain can lead to the fact that the impact of external factors (interference, weather and climatic phenomena, etc.) will affect the redistribution of the energy of the frequency components, which will distort the temporal structure of the seismic signal and lead to a decrease in the probability of correct object classification;
- возможность реализации обнаружения по сейсмическим сигналам, принятым при высоких уровнях сейсмофона, что при удалении источника сейсмических колебаний может снизить значения полезных сейсмосигналов до уровня выбросов сейсмофона и после обнаружения привести к ложной классификации.- the ability to implement detection based on seismic signals received at high seismic levels, which, when the source of seismic vibrations is removed, can reduce the values of useful seismic signals to the level of seismic outliers and, after detection, lead to false classification.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является способ, описанный в [4], принятый за прототип. The closest analogue in technical essence to the present invention is the method described in [4], taken as a prototype.
В способе-прототипе предложен вариант снижения вероятности ложной классификации подвижных наземных объектов путём введения порога обнаружения с величиной уровня, зависящей от интенсивности внешних помех.In the prototype method, an option is proposed to reduce the probability of false classification of moving ground objects by introducing a detection threshold with a level value depending on the intensity of external interference.
Как и в [3], способ-прототип основывается на динамике изменения сейсмосигнала во времени. Отличием является установление экспериментальным путём закона распределения для контролируемого классификационного признака и его параметров с целью установления степени влияния уровня сейсмопомех на качество обнаружения объектов по результатам анализа поступающих сейсмосигналов. В качестве такого признака используют максимальные значения импульсных сигналов.As in [3], the prototype method is based on the dynamics of changes in the seismic signal over time. The difference is the experimental establishment of the distribution law for the controlled classification feature and its parameters in order to establish the degree of influence of the seismic noise level on the quality of object detection based on the results of the analysis of incoming seismic signals. As such a feature, the maximum values of pulse signals are used.
Предварительно по результатам статистической обработки записей сигналов сейсмического фона в количестве 1 млн. 254 тыс. отсчетов на выходе полосового фильтра с выбранными параметрами была выдвинута гипотеза о том, что распределение максимумов огибающей на выходе такого фильтра подчиняется закону распределения максимумов, описываемого выражениемPreliminarily, based on the results of statistical processing of records of seismic background signals in the amount of 1 million 254 thousand samples at the output of a band-pass filter with the selected parameters, a hypothesis was put forward that the distribution of the envelope maxima at the output of such a filter obeys the law of distribution of maxima described by the expression
В этом распределении параметры λ и μ связаны с математическим ожиданием процесса и средним квадратическим отклонением следующими зависимостямиIn this distribution, the parameters λ and μ are related to the mathematical expectation of the process and the standard deviation by the following dependencies
При этом соотношение для вероятности ложного обнаружения или вероятность превышения уровня V 0 под воздействием сейсмического фона находят с использованием функции распределения (1)In this case, the ratio for the probability of false detection or the probability of exceeding the level V 0 under the influence of the seismic background is found using the distribution function (1)
Если контролировать одновременное превышение уровня порога, например, в двух соседних временных окнах за время nТ 0 (n=2), то вероятность независимых событий равна
Способ-прототип заключается в следующем.The prototype method is as follows.
Сформированный усредненный образ сейсмосигнала в процессе работы хранится в банке данных в виде набора значений пороговых напряжений и значений временных интервалов прохождения этих порогов, число тех и других выбирается исходя из требований точности классификации подвижных объектов при анализе сейсмосигналов.The generated average image of the seismic signal during operation is stored in the data bank in the form of a set of threshold stress values and values of the time intervals for passing these thresholds, the number of both is selected based on the requirements for the classification accuracy of moving objects in the analysis of seismic signals.
В случае отсутствия подвижных объектов наземной техники.In the absence of mobile objects of ground equipment.
1. Сейсмофон фильтруется в полосе частот (16-32) Гц.1. The seismophone is filtered in the frequency band (16-32) Hz.
2. Максимум огибающей х m выбирается из совокупности экстремальных значений сейсмофона
3. По полученным в k предыдущих окнах результатам анализа значений x m для n-го шага оценивают математическое ожидание
4. Оцениваются значения параметров закона распределения максимумов 4. The values of the parameters of the law of distribution of maxima are estimated
и уровень порога V 0 с аргументами (5), обеспечивающий требуемую вероятность ложных обнаружений Р л1 за всё установленное время функционирования реализующего устройства Т а, находят с использованием (3)and the threshold level V 0 with arguments (5), which provides the required probability of false detections P l1 for the entire set time of operation of the implementing device T a , is found using (3)
где вероятность ложных обнаружений за время однократного анализа сейсмофона в двух соседних временных окнах в соответствии с (4) будет равнаwhere the probability of false detections during a single analysis of the seismophone in two adjacent time windows in accordance with (4) will be equal to
Здесь величина Р л,зад определяется требованиями, предъявляемыми к реализующему устройству в условиях эксплуатации.Here, the value of P l,ass is determined by the requirements for the implementing device in operating conditions.
Показано, что при выполнении критерия Колмогорова распределение максимумов огибающей подчиняется закону распределения максимумов с численными значениями параметровIt is shown that when the Kolmogorov criterion is fulfilled, the distribution of the envelope maxima obeys the distribution of maxima with numerical values of the parameters
μ = 1,196·10-3 В, λ = 2,259·10-4 В (8) μ = 1.196 10 -3 V, λ = 2.259 10 -4 V (8)
при значениях at values
В присутствии подвижных объектов наземной техники.In the presence of moving objects of ground equipment.
1. Принимаемый сейсмосигнал подвергается предварительной фильтрации и усилению в характерных полосах частот и в соответствии с теоремой Котельникова осуществляется его дискретизация. 1. The received seismic signal is subjected to pre-filtering and amplification in characteristic frequency bands and, in accordance with the Kotelnikov theorem, it is discretized.
2. Дискретизированный сейсмосигнал анализируется в соответствии с определённым алгоритмом. При этом так же, как и в [3], контролируется выполнение ряда тех же условий:2. The discretized seismic signal is analyzed in accordance with a certain algorithm. In this case, just as in [3], the fulfillment of a number of the same conditions is controlled:
- превышения порогов, определяющих необходимое значение амплитуды сигнала;- exceeding the thresholds that determine the required value of the signal amplitude;
- последовательность временных критериев воздействия сигнала (период, длительность, паузы между импульсами), которая должна мало отличаться от эталонной последовательности.- sequence of temporal criteria of signal impact (period, duration, pauses between pulses), which should differ little from the reference sequence.
3. При совпадении последовательности временных интервалов прохождения порогов с эталонными интервалами, хранящимися в банке данных, также формируется логический сигнал о распознавании заданного класса объекта. 3. If the sequence of time intervals for passing the thresholds coincides with the reference intervals stored in the data bank, a logical signal is also generated about the recognition of a given object class.
Если необходимо классифицировать несколько типов объектов необходимо иметь столько же каналов классификации, которые будут отличаться тем, что в их банках данных будут храниться другие значения порогов срабатывания и другие временные интервалы их прохождения. If it is necessary to classify several types of objects, it is necessary to have the same number of classification channels, which will differ in that their data banks will store other values of the response thresholds and other time intervals for their passage.
На фиг. 1а представлена зависимость (3) с использованием (6) и (8), а на фиг. 1б – зависимость (6) в логарифмическом масштабе с использованием (7) и (8) для Т а = 30 суток и Р л,зад = 10-6. In FIG. 1a shows dependence (3) using (6) and (8), and in Fig. 1b - dependence (6) on a logarithmic scale using (7) and (8) for T a = 30 days and P l,set = 10 -6 .
Из анализа фиг. 1 следует, что в отличие от результатов, представленных в [3], в случае снижения значений полезных сейсмосигналов до уровня выбросов сейсмофона изменением величины порога обнаружения V 0 в нужную сторону можно минимизировать вероятность ложной классификации объекта.From the analysis of Fig. It follows from Table 1 that, in contrast to the results presented in [3], in the case of a decrease in the values of useful seismic signals to the level of seismophone emissions, by changing the value of the detection threshold V 0 in the desired direction, it is possible to minimize the probability of false object classification.
Способ-прототип характеризуется частью недостатков, а именно:The prototype method is characterized by some of the disadvantages, namely:
- необходимость хранения набора эталонных значений пороговых напряжений и значений временных интервалов прохождения этих порогов для сравнения с временной структурой поступившего сейсмосигнала; - the need to store a set of reference values of threshold stresses and values of time intervals for passing these thresholds for comparison with the temporal structure of the received seismic signal;
- обработка сигнала только во временной области может привести к тому, что воздействие внешних факторов (помех, погодно-климатических явлений и т.п.) скажется на перераспределении энергии частотных составляющих, что исказит временную структуру сейсмосигнала и приведёт к снижению вероятности правильной классификации объекта. - signal processing only in the time domain can lead to the fact that the impact of external factors (interference, weather and climatic phenomena, etc.) will affect the redistribution of the energy of the frequency components, which will distort the temporal structure of the seismic signal and lead to a decrease in the probability of correct object classification.
Задача предлагаемого технического решения – адаптация процесса классификации ОНТ к изменению уровня внешних шумовых, помеховых или погодно-климатических условий, что повышает робастность способа, вероятность правильной классификации объектов наземной техники (ОНТ) и уменьшает вероятность перепутывания классов ОНТ.The task of the proposed technical solution is to adapt the ONT classification process to changes in the level of external noise, interference or weather and climatic conditions, which increases the robustness of the method, the probability of correct classification of ground equipment objects (ONT) and reduces the likelihood of confusing ONT classes.
Для решения поставленной задачи в способе классификации движущихся объектов наземной техники по сейсмическому сигналу, включающем регистрацию сейсмического сигнала, возбуждаемого подвижным объектом наземной техники, фильтрацию его в выбранной полосе частот, усиление и дискретизацию, согласно изобретению , в отсутствие объекта осуществляется деление выбранного диапазона рабочих частот на две полосы – низкочастотную и высокочастотную по условию равенства в них спектральных плотностей сейсмофона, периодической оценкой средней величины энергии сейсмофона в выбранной полосе за время наблюдения сейсмофона, а также значения коэффициента выравнивания энергий сейсмофона в этих полосах, как величины обратной отношению усреднённой на промежутке времени наблюдения энергии сейсмофона низкочастотной полосы к усреднённой на этом же временном промежутке энергии сейсмофона высокочастотной полосы; в присутствии подвижного объекта наземной техники на длительности текущего временного окна осуществляется деление величины энергии смеси полезного сейсмосигнала и сейсмофона в низкочастотной полосе на величину энергии смеси полезного сейсмосигнала и сейсмофона в высокочастотной полосе, домножение полученного частного от деления на последнюю оценку значения выравнивающего коэффициента и сравнение текущих значений результата с двумя порогами – верхним и нижним; в случае пересечения этими текущими значениями нижнего или верхнего порогов сверху вниз или снизу вверх фиксируется факт обнаружения объекта наземной техники, в том случае, когда после пересечения данными текущими значениями нижнего или верхнего порогов они остаются между этими порогами, будет реализован вариант пропуска полезного сейсмосигнала – необнаружение объекта, когда все текущие значения располагаются выше верхнего порога, то результат игнорируется; при обнаружении подвижного объекта вычисляется отношение текущих значений энергии смеси полезного сейсмосигнала и сейсмофона в низкочастотной полосе к средней энергии сейсмофона, вычисленной в течение последнего промежутка времени наблюдения в отсутствии подвижных объектов, и на результат этого отношения делится результат отношения энергии смеси полезного сейсмосигнала и сейсмофона в низкочастотной полосе к такой же энергии в высокочастотной полосе; если последовательность минимальных значений полученного результата, сгруппированных в небольшой окрестности вокруг точки траверза, располагается ниже статистически обоснованной величины порога классификации, то объект относят к классу «гусеница», если ниже этого порога, то к классу «колесо».To solve the problem in a method for classifying moving objects of ground equipment by a seismic signal, including the registration of a seismic signal excited by a moving object of ground equipment, its filtering in the selected frequency band, amplification and sampling, according to the invention , in the absence of an object, the selected operating frequency range is divided into two bands - low-frequency and high-frequency according to the condition of equality in them of the spectral densities of the seismophone, periodic estimation of the average value of the seismophone energy in the selected band during the observation of the seismophone, as well as the value of the coefficient of equalization of the energies of the seismophone in these bands, as the reciprocal of the energy averaged over the observation time interval low-frequency band seismophone to the high-frequency band seismophone energy averaged over the same time interval; in the presence of a mobile object of ground equipment for the duration of the current time window, the energy value of the mixture of the useful seismic signal and the seismic phone in the low-frequency band is divided by the energy value of the mixture of the useful seismic signal and the seismic phone in the high-frequency band, the obtained quotient is multiplied by the last estimate of the leveling coefficient value and the current values are compared result with two thresholds - upper and lower; if these current values cross the lower or upper thresholds from top to bottom or from bottom to top, the fact of detection of an object of ground equipment is recorded, in the case when, after crossing these current values of the lower or upper thresholds, they remain between these thresholds, a variant of missing a useful seismic signal will be implemented - non-detection object, when all current values are above the upper threshold, the result is ignored; when a moving object is detected, the ratio of the current values of the energy of the mixture of the useful seismic signal and the seismophone in the low-frequency band to the average energy of the seismophone calculated during the last observation period in the absence of moving objects is calculated, and the result of this ratio is divided by the result of the ratio of the energy of the mixture of the useful seismic signal and the seismophone in the low-frequency band band to the same energy in the high frequency band; if the sequence of the minimum values of the result obtained, grouped in a small neighborhood around the traverse point, is below the statistically justified value of the classification threshold, then the object is classified as a "caterpillar", if below this threshold, then it is classified as a "wheel".
Были рассмотрены сейсмические сигналы, возбуждаемые объектами наземной техники в поверхностном слое почвы при прохождении их на различных траверзных расстояниях от трёхкомпонентного сейсмоприёмника; проанализированы спектры при движении объектов в окрестности точек траверза. Исходя из накопленного опыта работы в этой области, был сделан вывод о том, что рациональная ширина общей полосы исследуемых спектров может быть ограничена величиной (30-35) Гц. При этом для объектов наземной техники класса «колесо» самой статистически устойчивой составляющей в этой полосе является компонента с частотой f КТ = 15 Гц, в то время, как для объектов наземной техники класса «гусеница» такая компонента характеризуется частотой f ГТ = 25 Гц. Это объясняется тем, что при движении колёсных объектов колебания их корпусов на подвесках (рессорах и пр.) посредством сцепления колёс объекта с грунтом генерируют в нём спектр частот, группирующихся вокруг частоты f КТ. При движении гусеничных объектов удары многочисленных катков по части гусениц, которые сцепляются с грунтом, генерируют в нём спектр частот, группирующихся вокруг частоты f ГТ. Кроме того, известно, что низкочастотная часть спектра (примерно от 0 до 10 Гц) инициируется в основном сейсмофоном, имеющим самые различные источники, такие как отголоски процессов дальней вулканической деятельности и дальних землетрясений; ближних ветровых воздействий на растительный покров почвы и т. п. В связи с этим при поиске информативных параметров изучаемых сейсмосигналов, их спектры рассматривались в границах (10-32) Гц. Поэтому с учётом теоремы Найквиста была выбрана частота дискретизации при оцифровке аналоговых сигналов равная f d = 64 Гц.The seismic signals generated by ground equipment objects in the surface layer of the soil were considered during their passage at various traverse distances from a three-component seismic receiver; the spectra are analyzed when objects move in the vicinity of the traverse points. Based on the accumulated experience in this area, it was concluded that the rational width of the total band of the studied spectra can be limited to (30-35) Hz. At the same time, for objects of ground equipment of the “wheel” class, the most statistically stable component in this band is a component with a frequency f CT = 15 Hz, while for objects of ground equipment of the “caterpillar” class, such a component is characterized by a frequency f GT = 25 Hz. This is explained by the fact that during the movement of wheeled objects, vibrations of their bodies on suspensions (springs, etc.) through the adhesion of the wheels of the object to the ground generate a spectrum of frequencies in it, grouped around the frequency f CT . During the movement of caterpillar objects, the impacts of numerous rollers on the part of the caterpillars that adhere to the ground generate a spectrum of frequencies in it, grouped around the frequency f ГТ . In addition, it is known that the low-frequency part of the spectrum (approximately from 0 to 10 Hz) is initiated mainly by the seismophone, which has a variety of sources, such as echoes of distant volcanic activity and distant earthquakes; near wind impacts on the vegetation cover of the soil, etc. In this regard, when searching for informative parameters of the studied seismic signals, their spectra were considered within the limits of (10-32) Hz. Therefore, taking into account the Nyquist theorem, the sampling rate was chosen when digitizing analog signals equal to f d = 64 Hz.
Исходя из вышесказанного, вся полоса частот Δf = f 1 – f 2 = 32-10 = 22 Гц разделена на две такие части Based on the foregoing, the entire frequency band Δ f \u003d f 1 - f 2 \u003d 32-10 \u003d 22 Hz is divided into two such parts
Δf 1 = f x - f 1 и Δf 2 = f 2 - f x +1 = Δf - Δf 1, Δf one =f x -f one and Δf 2 =f 2-f x +1 = Δf - Δf one,
у которых отношение содержащихся в них энергий сейсмофона, полученных его накоплением на промежутке времени наблюдения определённой длительности, было бы близко к единице. Здесь f x – частота, делящая полосу Δf в необходимом соотношении. Такое равновесное состояние шумовых энергий в этих полосах позволяет определять значения энергий сейсмических сигналов, возбуждаемых различными классами объектов наземной техники в поверхностном слое почвы, близких к истинным. Если же этот баланс нарушается, то необходимо периодически компенсировать отрицательное влияние перераспределения частотных составляющих в обоснованно выбранных низкочастотной и высокочастотной составляющих общей полосы частот. for which the ratio of the seismophone energies contained in them, obtained by its accumulation over a period of observation of a certain duration, would be close to unity. Here f x is the frequency dividing the band Δ f in the required ratio. Such an equilibrium state of noise energies in these bands makes it possible to determine the values of the energies of seismic signals excited by various classes of ground equipment objects in the surface soil layer, which are close to true. If this balance is disturbed, then it is necessary to periodically compensate for the negative effect of the redistribution of frequency components in reasonably selected low-frequency and high-frequency components of the common frequency band.
Предлагаемый способ включает следующие операции.The proposed method includes the following operations.
В отсутствие или наличии объектов наземной техники.In the absence or presence of ground equipment.
1. Дискретизировать три компоненты либо естественного сейсмического фона
2. Ввести количество частотных отсчётов N f = 32: n = 0, 1,… , 2. Enter the number of frequency samples N f = 32: n = 0, 1,… ,
N f -1 - текущие номера отсчётов, N f -1 - current count numbers,
ввести последовательность периодов дискретизации (скользящих временных окон, на которых укладывается N p = 64 временных отсчёта), количество которых также определится величиной времени наблюдения: introduce a sequence of sampling periods (sliding time windows on which N p = 64 time readings fit), the number of which is also determined by the value of the observation time:
k = 0, 1, … - номера текущих позиций временных окон k = 0, 1, … - numbers of current positions of time windows
где h k = kN p. where h k = kN p .
Следовательно, величины (9) представляют собой матрицы, где каждая строка является временным окном на k-ой текущей позиции, содержащая входящие в неё с 0-го по N p-1-й отсчёты. Therefore, the values (9) are matrices, where each row is a time window at the k -th current position, containing the samples included in it from 0 to N p -1.
В отсутствие объектов наземной техники.In the absence of ground facilities.
1. Определить рациональную величину делящей частоты f x .1. Determine the rational value of the dividing frequency f x .
1.1. На выбранной длительности промежутка времени наблюдения сейсмофона, содержащем N u текущих позиций временного окна, с использованием преобразования Фурье найти текущие спектральные плотности трёх компонент естественного сейсмического фона в полосе Δf, определить полную спектральную плотность сейсмофона в этой полосе 1.1. At the selected duration of the seismophone observation time interval, containing N u current positions of the time window, using the Fourier transform, find the current spectral densities of the three components of the natural seismic background in the band Δ f , determine the total spectral density of the seismophone in this band
Здесь Here
текущие спектральные плотности x-, y- и z-компонент сейсмофона на k-ой позиции временного окна;
В качестве примера на фиг. 2а и фиг. 2б в этой полосе частот приведены модули полных спектральных плотностей
Анализ изображённого на фиг. 2, а также множества им подобных показал, что на основе спектральной плотности сейсмофона можно с достаточной точностью определить искомую среднестатистическую величину делящей частоты, которая обеспечивает величину отношения усреднённых полных спектральных плотностей низкочастотной и высокочастотной полос общего спектра
представляют собой усреднённые по всем N u текущим позициям временного окна спектральные плотности сейсмофона в низкочастотной и высокочастотной полосах. Скобки < * > означают операцию усреднения на длительности временного окна (64 отсчёта).are the spectral densities of the seismophone averaged over all N u current positions of the time window in the low-frequency and high-frequency bands. Brackets < * > mean the operation of averaging over the duration of the time window (64 samples).
1.2. В найденных частотных полосах Δf 1 = 19-10=9 Гц и 1.2. In the found frequency bands Δ f 1 = 19-10=9 Hz and
Δf 2 = 32-20=12 Гц найти текущие значения полных энергий сейсмофона
где where
энергии компонент сейсмофона в соответствующих частотных полосах. energy seismophone component in the respective frequency bands.
1.3. Обеспечить фильтрацию этих энергий комплементарным фильтром с коэффициентами усиления К 1 = 0,9 и К 2 = 0,1:1.3. Provide filtering of these energies with a complementary filter with gains K 1 = 0.9 and K 2 = 0.1:
1.4. Найти отношение текущих значений отфильтрованных энергий сейсмофона в общем случае неравного единице1.4. Find the ratio of the current values of the filtered seismophone energies in the general case unequal to unity
1.5. Вычислить среднее значение по всем текущим позициям временного окна1.5. Calculate the average value over all current positions of the time window
1.6. Найти выравнивающий коэффициент как величину, обратную (14)1.6. Find the equalizing factor as the reciprocal of (14)
1.7. Скомпенсировать влияние внешних факторов на распределение энергии сейсмофона по частотным составляющим полос (восстановить энергетический баланс относительно порога равновесия равного единице)1.7. Compensate for the influence of external factors on the distribution of the seismophone energy over the frequency components of the bands (restore the energy balance relative to the equilibrium threshold equal to one)
1.8. Периодически оценивать величину соотношения (14), находить текущее значение выравнивающего коэффициента и с его помощью восстанавливать баланс энергий сейсмофона в частотных полос Δf 1 и Δf 2, если это потребуется.1.8. Periodically evaluate the value of relation (14), find the current value of the equalizing factor and use it to restore the balance of the seismophone energies in the frequency bands Δ f 1 and Δ f 2 if necessary.
При воздействии сейсмосигналов от объектов наземной техники.When exposed to seismic signals from ground equipment.
1. По аналогии с (14) с учётом использования найденного на последнем оценочном промежутке времени наблюдения значения выравнивающего коэффициента определить отношение энергии смеси полезного сейсмосигнала и сейсмофона в низкочастотной полосе к такой же энергии в высокочастотной полосе 1. By analogy with (14), taking into account the use of the equalization coefficient found at the last estimated observation time interval, determine the ratio of the energy of the mixture of the useful seismic signal and the seismophone in the low-frequency band to the same energy in the high-frequency band
2. Отслеживать текущие значения скорректированного соотношения (16) и сравнивать их с двумя порогами Рmin=const1 и Рmax= const2, при этом в случае пересечения скорректированным соотношением (16) порогов Рmin и Рmax сверху вниз или снизу вверх фиксируется факт обнаружения объекта наземной техники.2. Track the current values of the adjusted ratio (16) and compare them with two thresholds P min = const 1 and P max = const 2 , while in the case of crossing the adjusted ratio (16) thresholds P min and P max from top to bottom or from bottom to top, it is fixed the fact of detection of an object of ground equipment.
Величина порогов Рmin и Рmax находилась по результатам анализа соотношения (16), проведённого для записей сейсмофонов в различные дни и при различных погодных условиях. Выяснилось, что эти пределы с достаточной для практики точностью определяются величинами constн = 0,75 и constв =1,75. Таким образом, когда объект наземной техники приближается к сейсмоприёмнику издалека, соотношение (15) постепенно переходит в соотношение (16).The value of the thresholds P min and P max was found from the analysis of relation (16) carried out for seismophone records on different days and under different weather conditions. It turned out that these limits, with sufficient accuracy for practice, are determined by the values const n = 0.75 and const b = 1.75. Thus, when an object of ground equipment approaches the seismic receiver from afar, relation (15) gradually turns into relation (16).
На фиг. 3а представлен пример обнаружения грузового автомобиля «УРАЛ», движущегося со скоростью 30 км/ч при расстоянии от сейсмоприёмника до точки траверза 100 м; на фиг. 3б – «БМП-3», движущейся с той же скоростью при таком же траверзном расстоянии. Здесь жирными штрихпунктирными линиями изображены уровни Рmin и Рmax, а жирным штрихом – порог равновесия.In FIG. 3a shows an example of detecting a URAL truck moving at a speed of 30 km/h at a distance from the geophone to the traverse point of 100 m; in fig. 3b - "BMP-3", moving at the same speed with the same traverse distance. Here, the bold dash-dotted lines show the levels Р min and Р max , and the bold stroke shows the equilibrium threshold.
Если отсчёты (16) пересекают пороги Рmax и Рmin сверху вниз, то это значит, что объект техники заводит достаточно мощный мотор в зоне чувствительности сейсмоприёмника и затем начинает движение. На фиг. 4 проиллюстрирована ситуация, когда танк «Т-72» завёл мотор в 100 метрах в стороне от точки траверза и начал движение со средней скоростью 20 км/ч.If the readings (16) cross the thresholds P max and P min from top to bottom, then this means that the technical object starts a sufficiently powerful motor in the seismic receiver sensitivity zone and then starts moving. In FIG. 4 illustrates the situation when the T-72 tank started the
Если же при прохождении объекта по трассе отсчёты (16) будут располагаться ниже порога Рmin, либо после пересечения какого-либо из порогов Рmin или Рmax останутся между ними, то будет реализован вариант пропуска полезного сигнала (необнаружение объекта). Этот случай иллюстрирует графическое изображение (16) на фиг. 5, где грузовой автомобиль «УРАЛ» двигался со скоростью 40 км/ч при расстоянии от сейсмоприёмника до точки траверза 250 м.If, during the passage of the object along the track, the readings (16) are located below the threshold Р min , or after crossing any of the thresholds Р min or Р max remain between them, then the variant of skipping the useful signal will be implemented (non-detection of the object). This case is illustrated by the graphic (16) in FIG. 5, where the URAL truck was moving at a speed of 40 km/h at a distance from the seismic receiver to the traverse point of 250 m.
Если в результате анализа пришедшего сейсмосигнала все отсчёты (16) располагаются выше порога Рmax, то это означает соответствующий дисбаланс энергий сейсмофона у низкочастотной и высокочастотной полос, который может быть вызван каким-либо внешним фактором. Так как пересечения ни одного уровня не произошло, то в этом случае обнаружение игнорируется. Таким образом реализуется снижение вероятности ложного обнаружения объекта. If, as a result of the analysis of the incoming seismic signal, all readings (16) are located above the threshold Р max , then this means a corresponding imbalance of the seismophone energies in the low-frequency and high-frequency bands, which can be caused by some external factor. Since no level crossing has occurred, in this case the detection is ignored. Thus, the probability of false detection of an object is reduced.
На фиг. 6 и фиг. 7 представлены сглаженные и усиленные текущие значения энергий сейсмосигналов в низкочастотных полосах, возбуждаемых подвижными наземными объектами различных классов в грунте. На фиг. 6а графическое изображение относится к гусеничному варианту БМП-3, движущемуся со скоростью около 30 км/ч, а на фиг. 6б - к танку Т-72, движущемуся со скоростью около 40 км/ч. Траверзное расстояние для этих объектов равно 200 м. Изображённое на фиг. 7а относится к автомобилю УАЗ-469, движущемуся со скоростью около 25 км/ч, а на фиг. 7б - к автомобилю УРАЛ, движущемуся со скоростью около 30 км/ч. Для этих объектов траверзное расстояние равно 100 м.In FIG. 6 and FIG. 7 shows the smoothed and amplified current values of the seismic signal energies in low-frequency bands, excited by moving ground objects of various classes in the ground. In FIG. 6a the graphic image refers to the tracked version of the BMP-3, moving at a speed of about 30 km / h, and in Fig. 6b - to the T-72 tank, moving at a speed of about 40 km / h. The traverse distance for these objects is 200 m. 7a refers to a UAZ-469 vehicle moving at a speed of about 25 km/h, and in FIG. 7b - to a URAL car moving at a speed of about 30 km/h. For these objects, the traverse distance is 100 m.
Анализ фиг. 6 и фиг. 7 показывает, что даже несмотря на различие параметров движения колёсных и гусеничных объектов можно утверждать, что полная энергия смеси полезного сейсмосигнала и сейсмофона, сосредоточенная в низкочастотной полосе для гусеничного объекта больше аналогичной энергии для колёсного объекта. Причём, чем меньше отношение масс объектов класса «колесо» и класса «гусеница»
для гусеничных объектов будет больше, чем для колёсных объектов при одинаковом траверзном расстоянии. Это определяет дальнейшие операции предлагаемого способа.for caterpillar objects will be greater than for wheeled objects with the same traverse distance. This determines the further operations of the proposed method.
3. Построить следующее безразмерное отношение 3. Construct the following dimensionless ratio
которое можно назвать критерием различения классов объектов, так как величины текущих значений (18), с учётом сказанного выше о величине (17), должны иметь тенденцию к уменьшению до точки траверза и к увеличению после этой точки. При этом последовательность минимальных значений (18), сгруппированных в небольшой окрестности вокруг точки траверза для гусеничных объектов должны располагаться ниже аналогичных последовательностей значений (18) для колёсной техники.which can be called a criterion for distinguishing classes of objects, since the values of the current values (18), taking into account what was said above about the value (17), should tend to decrease before the traverse point and increase after this point. In this case, the sequence of minimum values (18), grouped in a small neighborhood around the traverse point for tracked objects, should be located below similar sequences of values (18) for wheeled vehicles.
Проведённые исследования достаточно представительной статистики (100 записей) сейсмосигналов от объектов изучаемых классов вполне подтвердили вывод, сформулированный в третьем пункте. В качестве иллюстрации на фиг. 8 и фиг.9 представлены графические зависимости (18), относящиеся к объектам, сглаженные и усиленные текущие значения энергий сейсмосигналов в низкочастотных полосах которых изображены на фиг. 6 и фиг. 7. На фиг. 8 и фиг. 9 жирной горизонтальной линией показана статистически обоснованная величина порога классификации. The conducted studies of sufficiently representative statistics (100 records) of seismic signals from objects of the studied classes fully confirmed the conclusion formulated in the third paragraph. As an illustration, in FIG. 8 and 9 show graphic dependences (18) related to objects, smoothed and enhanced current values of seismic signal energies in low-frequency bands of which are shown in fig. 6 and FIG. 7. In FIG. 8 and FIG. 9, the thick horizontal line shows the statistically valid value of the classification threshold.
Из анализа фиг. 8 и фиг. 9 следует, что в среднестатистическом смысле действительно последовательность минимальных значений (18), сгруппированных в небольшой окрестности вокруг точки траверза для гусеничных объектов располагаются ниже порога классификации, в то время как аналогичные последовательности значений (18) для колёсной техники располагаются выше порогового значения.From the analysis of Fig. 8 and FIG. It follows from Table 9 that, in the average statistical sense, the sequence of minimum values (18) grouped in a small neighborhood around the traverse point for caterpillar objects is indeed below the classification threshold, while similar sequences of values (18) for wheeled vehicles are located above the threshold value.
Проведённый анализ 100 записей сейсмосигналов от объектов наземной техники классов «колесо» и «гусеница» (50 шт. «колесо», 50 шт. «гусеница»), полученных при различных параметрах движения объектов, с учётом особенностей их обнаружения, а также вариантов установки сейсмодатчиков на местности, показал, что величина статистической вероятности правильной классификации объектов по укрупнённым классам «колесо» – «гусеница»
На фиг. 10 представлена укрупнённая блок схема устройства, реализующего предлагаемый способ классификации, где введены следующие обозначения:In FIG. 10 shows an enlarged block diagram of a device that implements the proposed classification method, where the following designations are introduced:
1 – трёхкомпонентный сейсмоприёмник, три оси чувствительности которого взаимно ортогональны (СП 3D);1 – three-component seismic receiver, three sensitivity axes of which are mutually orthogonal (SP 3D);
2, 4, 6 – первый, …, третий усилители сигнала (УС);2, 4, 6 - the first, ..., third signal amplifiers (US);
3, 5, 7 – первый, …, третий полосовые фильтры (ПФ);3, 5, 7 - the first, ..., third band-pass filters (PF);
8 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП);8 – analog-to-digital converter (ADC);
9 – микроконтроллер (МК);9 - microcontroller (MK);
10 – управляемый переключатель на два положения (УП);10 - controlled switch for two positions (UP);
11, 12 – первое и второе пороговые устройства (ПУ1 и ПУ2);11, 12 - the first and second threshold devices (PU 1 and PU 2 );
13, 14 – первое и второе решающие устройства (РУ1 и РУ2).13, 14 - the first and second decision devices (RU 1 and RU 2 ).
Устройство содержит трёхкомпонентный сейсмоприёмник 1, три выхода которого соединены со входами первого УС 2, второго УС 4 и третьего УС 6 усилителей сигнала соответственно. При этом выходы первого УС 2 второго УС 4 и третьего УС 6 усилителей сигнала через соответствующие первый ПФ 3, второй ПФ 5 и третий ПФ 7 соединены с первым, вторым и третьим входами АЦП 8 соответственно. Три выхода АЦП 8 соединены с соответствующими входами микроконтроллера 9, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами управляемого переключателя на два положения 10 соответственно. Причем первый выход УП 10 через последовательно соединенные первое пороговое устройство 11 и первое решающее устройство 12 подключен к четвертому входу микроконтроллера 9. Второй выход УП 10 через последовательно соединенные второе пороговое устройство 13 и второе решающее устройство 14 подключен к пятому входу микроконтроллера 9 и одновременно является выходом устройства классификации. Три входа трёхкомпонентного сейсмоприёмника 1 предназначены для подачи трёх взаимно ортогональных компонент сейсмосигналов.The device contains a three-component
Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device works as follows.
В исходном состоянии управляемый переключатель 10 находится в положении, при котором второй его выход блокирован, а первый открыт. На три входа трёхкомпонентного сейсмоприёмника 1 поступают три взаимно ортогональные компоненты сейсмосигнала, где они преобразуются в электрические сигналы. Эти электрические сигналы с трёх выходов трёхкомпонентного сейсмоприёмника 1 поступают на соответствующие входы усилителей сигналов 2, 4 и 6, где усиливаются до необходимой величины. С выходов этих усилителей сигналы поступают на соответствующие входы полосовых фильтров 3, 5 и 7 каждый с полосой пропускания равной Δf = 22 Гц и граничными частотами f н = 10 Гц, f в = 32 Гц. Отфильтрованные сигналы с выходов полосовых фильтров 3, 5 и 7 поступают на три соответствующих входа аналого-цифрового преобразователя 8, где подвергаются дискретизации и с трёх его выходов дискретные сигналы поступают на соответствующие входы микроконтроллера 9. В микроконтроллере 9 в зависимости от наличия или отсутствия объекта наземной техники осуществляется обработка дискретизированных компонент в соответствии с соотношениями (9) – (16). Результаты в виде значений ткущих отсчётов с первого выхода микроконтроллера 9 поступают на вход первого порогового устройства 11, где контролируется их положение относительно величины порогов Рmax и Рmin. Результат этого контроля с выхода первого порогового устройства 11 поступает на вход первого решающего устройства 12, в котором в соответствии с поведением выходных отсчётов микроконтроллера относительно величины порогов Рmax и Рmin принимается решение о наличии или отсутствии в принятом сейсмосигнале признаков подвижного объекта наземной техники. Если в обработанном сейсмосигнале признаков подвижного объекта техники не обнаружится, то описанный цикл обнаружения повторяется после предварительного обновления данных от величины средней энергии сейсмофона
Реализация данного устройства не вызывает затруднений, так как все блоки, кроме СП 3D 1 и УП 10 являются достаточно часто используемыми в патентах и инженерных разработках. Особенность СП 3D 1 состоит в том, что он скомпонован из трёх линейных сейсмических сенсоров, оси чувствительности взаимно ортогональны. Линейные сейсмические сенсоры достаточно хорошо известны, описаны в технической литературе, например, в [5], либо используются в соответствующих устройствах, например, в [6]. Варианты реализации управляемых переключателей на два положения 10 предложены, в частности, в [7] и [8].The implementation of this device does not cause difficulties, since all blocks, except for
Источники информацииSources of information
1. Патент 2202811 (РФ). Устройство обнаружения и классификации сейсмических сигналов. МПК G01V 1/16. Крюков И.Н., Иванов В.А., Дюгованец А.П., Афанасенко А.В. Заявка № 2002113466/28 от 23.05.2002. Опубл. 20.04.2003 г.1. Patent 2202811 (RF). Device for detecting and classifying seismic signals.
2. Патент 2311665 (РФ). Сейсмическое устройство обнаружения и классификации объектов. МПК G01V 1/16. Сизов А.С., Стребков Д.А., Челышов С.Ю. Заявка № 2006112075/28 от 11.04.2006. Опубл. 27.11.2007 г.2. Patent 2311665 (RF). Seismic device for detecting and classifying objects.
3. Патент 2236027 (РФ). Устройство классификации сейсмических сигналов. МПК G01V 1/16. Крюков И.Н., Иванов В.А., Матвеев В.В. Заявка № 2003118053/28 от 19.06.2003. Опубл. 10.09.2004 г.3. Patent 2236027 (RF). Seismic signal classification device.
4. Патент 2697021 (РФ). Способ обеспечения требуемой вероятности ложных срабатываний устройства классификации сейсмических сигналов. МПК G01V 1/16, G08B 13/16; СПК G01V 1/001, G08B 13/1663, G01V 1/16. Анисимов В.И., Кравцов А.В., Русин П.В., Комяков А.В. Заявка: № 2018141621 от 27.11.2018. Опубл. 08.08.2019 г.4. Patent 2697021 (RF). A method for ensuring the required probability of false alarms for a seismic signal classification device.
5. Янчич В.В. Пьезоэлектрические акселерометры на основе монолитного блока с деформацией изгиба / В.В. Янчич // Зарубежная радиоэлектроника. – 1996. – №9, стр. 63-64. 5. Yanchich V.V. Piezoelectric accelerometers based on a monolithic block with bending deformation / V.V. Yanchich // Foreign radio electronics. - 1996. - No. 9, pp. 63-64.
6. Патент 2204850 (РФ). Сейсмоприемник. МПК G01V 1/16. Доля В.К., Круглов А.К. Заявка № 2002112574/28 от 13.05.2002. Опубл. 20.05.2003 г.6. Patent 2204850 (RF). Seismic receiver.
7. Горшков, Б.И. Радиоэлектронные устройства / В.И. Горшков. - М.: Радио и связь, 1984. - 400 с.7. Gorshkov, B.I. Radioelectronic devices / V.I. Gorshkov. - M.: Radio and communication, 1984. - 400 p.
8. Пухальский, Г.И. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. / Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. - М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.8. Pukhalsky, G.I. Design of discrete devices on integrated circuits. Directory. / Pukhalsky G.I., Novoseltseva T.Ya. - M.: Radio and communication, 1990. - 304 p.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2774733C1 true RU2774733C1 (en) | 2022-06-22 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4106003A (en) * | 1976-04-19 | 1978-08-08 | Nippon Prosensor Co., Ltd. | Signal treatment circuit for burglar alarms |
RU2165629C1 (en) * | 2000-01-05 | 2001-04-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Method of detection of moving objects on line protected |
RU2365945C1 (en) * | 2008-07-09 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method for detection of moving objects by seismic signal |
RU142159U1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государстенный университет)" | MULTI-COMPONENT SEISMIC EXPLORATION COMPLEX |
RU2568142C1 (en) * | 2014-07-02 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО ПГУ) | Method of detecting moving ground objects from seismic signal |
RU2697021C1 (en) * | 2018-11-27 | 2019-08-08 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Method for providing required probability of false triggering of seismic signal classification device |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4106003A (en) * | 1976-04-19 | 1978-08-08 | Nippon Prosensor Co., Ltd. | Signal treatment circuit for burglar alarms |
RU2165629C1 (en) * | 2000-01-05 | 2001-04-20 | Калининградский военный институт ФПС РФ | Method of detection of moving objects on line protected |
RU2365945C1 (en) * | 2008-07-09 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method for detection of moving objects by seismic signal |
RU142159U1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государстенный университет)" | MULTI-COMPONENT SEISMIC EXPLORATION COMPLEX |
RU2568142C1 (en) * | 2014-07-02 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО ПГУ) | Method of detecting moving ground objects from seismic signal |
RU2697021C1 (en) * | 2018-11-27 | 2019-08-08 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Method for providing required probability of false triggering of seismic signal classification device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8258932B2 (en) | Occupant detection system for vehicle | |
CN111060965B (en) | Seismic facies picking and event detection method based on convolutional neural network | |
De Seixas et al. | Preprocessing passive sonar signals for neural classification | |
CN105242309B (en) | The drawing method and device of rule interference in a kind of geological data | |
KR100580643B1 (en) | Appratuses and methods for detecting and discriminating acoustical impact | |
US4630246A (en) | Seismic-acoustic low-flying aircraft detector | |
CN105223614B (en) | A kind of signals and associated noises P ripple first arrival kurtosis pick-up methods based on DWT_STA/LTA | |
RU2774733C1 (en) | Method for classifying mobile objects of ground equipment using the peculiarities of their adhesion to the soil | |
Wellman et al. | Feature extraction and fusion of acoustic and seismic sensors for target identification | |
Kalra et al. | Target detection using smooth pseudo Wigner-Ville distribution | |
CN113484836A (en) | Interference detection and elimination method based on time domain signal amplitude difference sorting | |
Quach et al. | Automatic target detection using a ground-based passive acoustic sensor | |
Bueno et al. | VINEDA—volcanic INfrasound explosions detector algorithm | |
RU2365945C1 (en) | Method for detection of moving objects by seismic signal | |
DE102017216825A1 (en) | Method and device for processing an echo signal received from an acoustic sensor | |
Pflug et al. | Variability in higher order statistics of measured shallow-water shipping noise | |
RU2811811C1 (en) | Method for classifying mobile ground equipment | |
RU2697021C1 (en) | Method for providing required probability of false triggering of seismic signal classification device | |
RU2773269C1 (en) | Method for detection of mobile objects of ground equipment | |
CN111276154B (en) | Wind noise suppression method and system and shot sound detection method and system | |
US7012854B1 (en) | Method for detecting emitted acoustic signals including signal to noise ratio enhancement | |
EP3640672B1 (en) | Systems and methods for distance independent acoustical differential signature detection | |
Kopylova et al. | Statistical Algorithms for Analysis, Measurement, and Recognition of Transport Noises | |
RU2568142C1 (en) | Method of detecting moving ground objects from seismic signal | |
RU2746342C1 (en) | Method of recording noise emission of marine object |