Способ обнаружения аномалий заданного класса и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к области обнаружения и классификации сигналов, и может быть использовано для обнаружения аномалий типа облачности, пятен нефтяных и других органических веществ, течений на поверхности и других аномалий естественного и искусственного происхождения. Цель изобретения - повышение эффективности обнаружения аномалий заданного класса. Цель достигается тем, что проводится облучение радиосигналом исследуемого участка поверхности, прием отраженного сигнала, возведение в квадрат, накопление и нормировка этого отраженного сигнала, параллельно с этим выделяют первый и второй квадратурные составляющие отраженного сигнала, формируют результирующий сигнал путем деления второго квадратурного составляющего на первый квадратурный сигнал, дифференцируют результат деления, нормируют его, после чего формируют дополнительный сигнал, нормируют этот дополнительный сигнал и перед сравнением с порогом суммируют его с нормированным отраженным сигналом, при этом весовые коэффициенты нормировки соответствуют аномалиям заданного класса. 2 ил.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к области обнаружения и классификации сигналов, и может быть использовано для обнаружения аномалий типа облачности, вулканов, растительного, ледового и снежного покровов, пятен нефтяных и других органических веществ, ветровых волнений, течений на поверхности моря, температурных распределений и других образований естественного и искусственного происхождения. Эти аномалии обнаруживаются на фоне подстилающей поверхности, например, нефтяное пятно относительно чистой (незагрязненной) морской поверхности. Характерной особенностью этих образований является как изменение дисперсий отраженного сигнала, так и изменение дисперсий распределения частоты допплеровского смещения отраженного сигнала или эквивалентной ей ширины полосы частот допплеровского смещения. В связи с этим класс (тип) аномалий определяется совместными изменениями дисперсий отраженного сигнала и частоты допплеровокого смещения отноcительно фоновых значений и .

Известен способ обнаружения аномалий заданного класса, выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что излучают радиосигналы, принимают отраженные радиосигналы, измеряют мощность отраженных радиосигналов, выделяют первую и вторую квадратурные составляющие радиосигналов, вычисляют первый и второй спектральные моменты отраженных сигналов и по значениям первого и второго спектрального моментов и мощности отраженных радиосигналов обнаруживают аномалии заданного класса.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не учитывает различия аномалий по измерению дисперсий частоты допплеровского смещения или эквивалентной ей ширины полосы частот допплеровского смещении, т.е. аномальные образования одного и того же класса по величине изменений дисперсий отраженного сигнала, но с определенной дисперсией частоты допплеровского смещения могут приводить к дополнительным ложным проявлениям при обнаружении, например, таких аномалий, для которых дисперсия частоты допплеровского смещения практически нулевая или наоборот.

Целью настоящего изобретения является повышение точности обнаружения аномалий заданного класса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обнаружения аномалий заданного класса, выбранном в качестве прототипа, после выделения первой и второй квадратурных составляющих отраженных радиосигналов определяют отношение первой квадратурной составляющей отраженного радиосигнала ко второй квадратурной составляющей, дифференцируют величину полученного отношения, умножают дифференцированный сигнал на квадрат первой квадратурной составляющей и делят на сумму квадратов первой и второй квадратурных составляющих, у полученного таким образом сигнала определяют величину разницы между средним квадратом его значений и квадратом среднего значения, после чего обнаружение аномалий заданного класса производят по величине определенной разницы и мощности отраженного сигнала.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Принятый отраженный сигнал представим в виде U_отр= U_ncos[ω₀t+ϕ₀+ϕ(t)],, где U_n амплитуда сигнала, ω₀-несущая частота, ϕ₀- начальная фаза, ϕ(t) = ω_д(t)·t- фазовый набег, ω_д(t) чаcтота допплеровского смещения. Возводя в квадрат этот сигнал и накапливая его, получим дисперсию (т.е. мощность) отраженного сигнала, , где i= 0 или 1. Умножая сигнал U_отр на облучаемый сигнал U_обл= U_ocos(ω_ot+ϕ_o), получим и после фильтрации этого сигнала оставляем часть , которая соответствует первой квадратурной составляющей отраженного сигнала. Умножая сигнал U_отр на сигнал U_o·cos(ω_ot+ϕ_o+90°), получим и после фильтрации этого сигнала оставляем часть , которая соответcтвует второй квадратурной составляющей отраженного сигнала. При не нулевом значении сигнала U₁≠ 0 формируется результирующий сигнал U₃, где . При нулевом значении сигнала U₁=0 формируется результирующий cигнал U₃=0. Этот нулевой сигнал можно формировать, например, путем подачи для деления взамен сигнала U₁ другой сигнал с постоянной и не нулевой амплитудой, т. е.

где U сигнал с любой постоянной и не нулевой амплитудой. Далее формируем дополнительный сигнал S_iω, где которая и cоответствует дисперсии частоты допплеровского смещения. Весовые коэффициенты a и s для умножения накопленных отраженного и дополнительного сигналов определяются из следующих условий: , где и фоновые значения дисперсии отраженного сигнала и частоты допплеровcкого смещения соответственно, а и значения дисперсии в случае аномалий.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы сигналов перед умножением на весовые коэффициенты и далее по проведению последующих действий, соответствующих случаю обнаружения аномалий класса и .

Анализ диаграммы фиг.1 показывает, что данный способ обеспечивает предварительную фильтрацию аномалий других классов, тем самым уменьшая количество эффектов ложных обнаружений.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.2.

Таким образом, положительный эффект от использования предложенного способа обнаружения состоит в предварительной фильтрации части аномалий, относящихся к другим классам, и уменьшении количества ложных обнаружений.

Формула изобретения

Способ обнаружения аномалий заданного класса, заключающийся в том, что излучают радиосигналы, принимают отраженные радиосигналы, измеряют мощность отраженных радиосигналов, выделяют первую и вторую квадратурные составляющие радиосигналов, вычисляют первый и второй спектральные моменты отраженных сигналов и значения первого и второго спектрального моментов и мощности отраженных радиосигналов, обнаруживают аномалии заданного класса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обнаружения, после выделения первой и второй квадратурных составляющих отраженных радиосигналов определяют отношение первой квадратурной составляющей отраженного радиосигнала к второй квадратурной составляющей, дифференцируют величину полученного отношения, умножают дифференцированный сигнал на квадрат первой квадратурной составляющей и делят на сумму квадратов первой и второй квадратурных составляющих, у полученного таким образом сигнала определяют величину разницы между средним квадратом его значений и квадратом среднего значения, после чего обнаружение аномалий заданного класса производят по величине определенной разницы и мощности отраженного сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2