Теоретичне обґрунтування й практична реалізація цифрових гідролокаційних систем класифікації сигналів
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Теоретичне обґрунтування й практична реалізація цифрових гідролокаційних систем класифікації сигналів
|
|
| Creator |
Продеус, Аркадій Миколайович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.08 - Прикладна акустика та звукотехніка. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2012. Дисертацію присвячено створенню теоретичних основ розрахунку і проектування цифрових гідролокаційних систем класифікації сигналів. У дисертаційній роботі показано доцільність застосування технології експертних систем при проектуванні та експлуатації систем класифікації сигналів. У результаті аналізу методичних помилок, що є властивими для вимірювань класифікаційних параметрів пороговими та апроксимаційними методами, отримано корисні для інженерних застосувань розрахункові залежності. Запропоновано використання коефіцієнта ексцесу гармонічного або лінійно- частотно-модульованого ехосигналу у якості гідролокаційного класифікаційного параметра. Показано, що похибка традиційної оцінки центрального моменту четвертого порядку залежить від положення спектра ехосигналу на осі частот і може бути неприйнятно високою. Запропоновано дві оцінки центрального моменту четвертого порядку, що є вільними від зазначених недоліків. Запропоновано і досліджено підхід до прийняття рішень про клас сигналу за сукупністю об'єктивних і суб'єктивних ознак, що базується на використанні послідовної байєсівської процедури. Запропоновано підходи до розрахунку і проектування цифрових гідролокаційних систем класифікації, з істотним використанням досвіду проектування і експлуатації діючих систем класифікації. Розроблено і випробувано спеціальні експертні системи, що призначені для розробки і оптимізації функціонального математичного забезпечення цифрових гідролокаційних систем класифікації. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.08 – Прикладная акустика и звукотехника. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2012. Диссертация посвящена созданию теоретических основ расчета и проектирования цифровых гидролокационных систем классификации сигналов с использованием технологии экспертных систем. В диссертационной работе показано, что классификационные признаки, выбранные с использованием технологии экспертных систем, обычно соответствуют реальным физическим явлениям и процессам и, как следствие, оказываются интерпретируемыми, то есть понятными разработчикам и конечным пользователям, что крайне важно при создании человеко-машинных систем классификации сигналов. Другим важным достоинством технологии экспертных систем является возможность использования разнообразных механизмов логического вывода, в том числе байесовской стратегии, на этапе принятия решений, что позволяет производить учет объективных и субъективных классификационных признаков в произвольном порядке, представляя результаты классификации в виде оценки распределения вероятностей распознаваемых классов. Такой подход, хорошо согласуясь с теорией оптимальных систем обнаружения сигналов и теорией оптимальных систем измерения параметров сигналов, на практике гарантирует достоверность принимаемых решений, позволяет повысить уровень автоматизации процедуры классификации сигналов, сократить время принятия правильного решения, снизить вероятность грубых ошибок человека- оператора из-за усталости или недостаточной квалификации. Произведен анализ методических ошибок измерений ряда классификационных параметров, используемых при гидролокационной классификации сигналов. Получены аналитические выражения для смещения и дисперсии однопороговой и двухпороговой оценок радиальной составляющей протяженности объекта. Осуществленный аналитическими и численными методами анализ аппроксимационного метода измерений основных спектральных и временных параметров эхосигналов позволил оценить потенциальные возможности данного метода и получить полезные для инженерных приложений зависимости относительной погрешности измерений от отношения сигнал-шум. Предложено использовать коэффициент эксцесса гармонического или линейно- частотно-модулированного эхосигнала в качестве гидролокационного классификационного параметра, характеризующего степень когерентности эхосигнала и позволяющего осуществлять классификацию объектов даже при бортовых аспектах их движения, что прежде было практически невозможным. Показано, что традиционная оценка центрального момента четвертого порядка, необходимая для измерений коэффициента эксцесса и обычно реализуемая путем вычислений «во временной области», то есть с использованием выборочных значений эхосигнала, является неинвариантной к положению спектра эхосигнала на оси частот. Более того, показано существование областей частот в окрестности частоты Найквиста и нулевой частоты, где относительная погрешность оценки центрального момента четвертого порядка может достигать 35% и 146%, соответственно, а сама оценка является несостоятельной. Предложены две оценки центрального момента четвертого порядка, свободные от указанных недостатков и реализуемые путем вычислений «в частотной области», то есть с использованием выборочных значений спектра эхосигнала. Найдены условия, при выполнении которых предложенные оценки эффективнее традиционной оценки по количеству арифметических операций. Экспериментальные исследования компьютерной модели экспертной системы, позволяющей принимать решения о классе сигнала с использованием последовательной байесовской процедуры, по совокупности объективных и субъективных признаков, учитываемых в произвольном порядке, позволили сделать вывод о работоспособности и эффективности предложенного подхода к автоматизации и объективизации принятия решений в системах гидроакустической классификации. Теоретически обоснованы и экспериментально проверены предложенные подходы к выбору и расчету важных элементов технологии проектирования гидролокационных систем классификации, таких как временная диаграмма, схема обмена информацией, общая структура системы классификации, а также состав комплекса базовых алгоритмов и режимов функционирования системы классификации. Тем самым созданы элементы теоретических основ расчета и получены практические рекомендации по проектированию гидролокационных систем классификации сигналов. Разработаны специальные экспертные системы, предназначенные для разработки и оптимизации функционального математического обеспечения цифровых гидролокационных систем классификации, позволяющие не только оценивать потенциальные возможности разрабатываемых систем классификации, но и осуществлять обучение и тренировку операторов, и даже частично заменять дорогие натурные испытания системы классификации виртуальными испытаниями. Thesis for the Doctor of Technical science in speciality 05.09.08 - Applied Acoustics and Sound Technics. - National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute ", Kyiv, 2012. Dissertation is devoted to creation of theory basics of computation and designing of digital sonar signals classification systems. The expediency of use of expert systems technology both at a stage of designing, and at a stage of decision making, is shown in the dissertation. Useful for engineering applications computational relations are obtained as a result of analysis of methodical errors which are inherent to measurements of classification parameters by threshold and approximative methods. Coefficient of excess of a harmonic or linear frequency modulated echo signals is offered as sonar classification parameter. It is shown that the error of a traditional estimate of fourth moment of echo signal depends on a position of an echo signal spectrum on frequency axis and may be unacceptable high. Two new estimates of fourth moment of echo signal, which are free from the mentioned defects, are offered. Decision making rule, where sets of objective and subjective signs are used and which is based on usage of sequential Bayesian approach, is offered and investigated. The approaches to computation and designing of sonar classification systems, which essentially use experience of designing and exploitation of the working classification systems, are offered. Special kinds of expert systems which are destined for developing and optimization of digital sonar classification systems software are developed. |
|
| Publisher |
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
|
|
| Date |
2012-03-29T12:41:53Z
2012-03-29T12:41:53Z 2012 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/1636
|
|
| Language |
uk
|
|