Разработка метода распознавания рыбных скоплений по гидролокационным сигналам на фоне донных отражений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.06, кандидат технических наук Нгуен Тьен Тай

• Нгуен Тьен Тай
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Тьен Тай

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАСПОЗНАВАНИЯ РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ.

1.1 Обзор методов распознавания рыбных скоплений.

1.1.1. Обнаружение рыбных скоплений томографическим способом.

1.1.2. Обнаружение рыбных скоплений пассивным способом с помощью стационарных гидроакустических средств.

1.1.3. Обнаружение рыбных скоплений с использованием согласованной фильтрации.

1.1.4. Поиск рыбных скоплений способом обнаружения кильватерного следа.

1.1.5. Обнаружение рыбных скоплений когерентным способом.

1.1.6. Обнаружение рыбных скоплений по изменению фазовых соотношений в отраженном сигнале.

2. Постановка задачи распознавания рыбных скоплений.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА РАСПОЗНАВАНИЯ ЭХОСИГНАЛОВ ОТ РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ НА ФОНЕ ДОННЫХ ОТРАЖЕНИЙ.

2.1 Обоснование и способы распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений.

2.1.1. Модель сигнала и акустические характеристики сигналов, рассеянных на рыбных скоплениях.

2.1.2 Модель реверберации и акустические характеристики помех, включая донную реверберацию.

2.1.3. Обоснование параметрической излучающей аппаратуры для снижения помех донной реверберации.

2.1.4. Выбор и обоснование формы зондирующего импульса.

2.1.5. Обоснование и разработка способа распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений по методу междуцикловой корреляционной обработки сигналов.

2.1.6. Обоснование и разработка способа распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений по методу переизлучения отраженных сигналов.

2.1.7. Построение функциональной схемы.

2.2. Разработка алгоритма обработки сигналов.

2.2.1. Алгоритм согласованной фильтрации.

2.2.2. Алгоритм выделения локальных максимумов.

2.2.3. Построение оптимальных решающих правил.

ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 2.

3 ЭКСПРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода распознавания рыбных скоплений по гидролокационным сигналам на фоне донных отражений»

Современное ведение рыбного промысла не возможно представить без использования гидроакустической аппаратуры. В настоящее время успешное решение ряд важных промысловых задач зависит от наличия достоверной информации, получаемой, в частности, в результате подводного обзора с помощью различных технических средств. К таким средствам относятся эхолоты, шумопеленгаторы, гидролокаторы. К числу важных задач, решаемых с использованием таких средств, можно отнести: обнаруживать рыбные скопления на значительных расстояниях от судна, определять их координаты, выбирать в промысловых районах места с наиболее плотной концентрацией рыбы и др.

В последнее время наибольшую роль при поиске рыбных скоплений играют гидролокационные станции (ГЛС). Это обусловлено рядом присущих преимуществ, к наиболее важным из которых относятся:

• Гидролокаторы позволяют обнаружить эхосигналы от рыбных скоплений на больших расстояниях не зависимо от метеорологических условий.

• Эффективные алгоритмы обработки гидролокационных сигналов, реализуемые на новой элементной базе, позволяют повышать вероятность обнаружения косяков рыб.

Благодаря отмеченным преимуществам, ГЛС находят широкое применение при решении задач обнаружения, определения координат и распознавания рыбных скоплений.

Одно из важнейших направлений в современной гидролокации — создание методов обработки сигналов, позволяющих получить наиболее полную информацию о наблюдаемых объектах, которая содержится гидролокационном сигнале. Гидролокационное распознавание является частью этого направления и предполагает получение гидролокационных характеристик объектов, выбор информативных и устойчивых признаков распознавания и принятие решений о принадлежности этих объектов к тому или иному классу.

Методы и способы обнаружения и распознавания рыбных скоплений по гидролокационным сигналам с успехом применяются на практике. Но к сожалению, научные разработки, выполняемые в области обработки эхосигналов, еще не нашли столь широкого применения на практике. Поэтому теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении внесли определенный вклад в теорию и практику рыболокации и не потеряли актуальность до настоящего времени. Они способствовали совершенствованию эффективного использования гидроакустической поисковой аппаратуры в промышленном рыболовстве, а также созданию и развитию гидроакустического метода распознавания рыбных скоплений.

К наиболее перспективным ГЛС, обладающим высокими информационными способностями, относятся ГЛС с обработкой сложных зондирующих сигналов и согласованным фильтром, обеспечивающие высокую разрешающую способность по дальности распознавания отдельных отражающих элементов рыбных скоплений.

Существуют различные методы распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений. В данной работе предлагается метод междуцикловой корреляционной обработки сигналов, основанный на устойчивости временных положений существенных максимумов в огибающей взаимно корреляционной функции (ОВКФ), отраженного от дна сигнала с копией излученного сложного зондирующего импульса и неустойчивости флуктуации временных положений этих максимумов для ОВКФ случайных сигналов, рассеянных на рыбных скоплениях с копией сложного зондирующего импульса. Эти статические закономерности подтверждены экспериментально и могут использованы распознавания рыбных скоплений.

Заключение диссертации по теме «Акустика», Нгуен Тьен Тай

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие результаты:

1. Обоснован выбор параметрической излучающей аппаратуры для снижения помех донной реверберации при распознавании рыбных скоплений.

2. Обоснован выбор формы зондирующих импульсов в виде сложных частотно модулированных сигналов для снижения амплитудных флуктуаций принимаемых гидролокационных сигналов.

3. Праведен анализ возможных научно — технических решений для распознавания рыбных скоплений на фоне донной реверберации.

4. Разработан метод распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений на основе способа (метода) междуцикловой корреляционной обработки сигналов.

5. Сформировано решающее правило распознавания гидролокационных сигналов от рыбных скоплений и донных отражений на основе оптимального критерия Байеса.

6. Проведена экспериментальная проверка разработанного метода путем обработки в несколько соседних циклах гидролокационных сигналов от рыбных скоплений и дна, полученных в результате морских испытаний на Каспийском море.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Тьен Тай, 2005 год

1. Тикунов А. И. Рыбопоисковые приборы и комплексы. Л.: Судостроение, 1989 - 288 с.

2. Бухарев С. А., Карасев В. В. Использование методов и средств нелинейной гидроакустики в рыбопоисковой технике. — Владивосток, 2001 -105 с.

3. Кобяков Ю. С и другие. Конструирование гидроакустикой рыбопоисковой аппаратуры. JL: Судостроение, 1986 - 272 с.

4. Букатый В. М. Поиск объектов промысла.- Калининград, 2000 208 с.

5. Барабаш Ю. А., Варский В. В., Зиновьев В.Г и др. Вопросы статистической теории распознавания.- М.: Сов.радио, 1967 — 400 с.

6. Горелик А. Л., Скрипкин В. А Методы распознавания.- М.: Высшая школа, 1984-208 с.

7. Ольшевский В. В. Статистические методы в гидролокации (Модели, алгоритмы, решения). Л.: Судостроение, 1983 — 280 с.

8. Колесникова А. Е. Справочник по гидроакустике. Л.: Судостроение, 1988-340 с.

9. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов./ Пер. с анг. М.:Мир//, 1978-410с.

10. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики. /Пер с анг//. Л.: Судостроение, 1978-445 с.

11. Митько В.Б., Евтютов А.П., Гущин С.Е. Гидроакустические средства связи и наблюдения. Л: Судостроение, 1982 — 200 с.

12. Давыдов B.C. «Повышение помехозащищенности распознавания тел сложной формы по отраженным акустическим сигналам.// Техническая акустика. 1994 т.З вып.1-2 (7-8).С. 59-63.

13. Давыдов B.C., Иванов Ю.Г. Распознавание эхо-сигналов от тел сложной геометрической формы на фоне случайных реверберационных помех/ Труды VI Международной конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики", СПб: 2002.С. 75-77.

14. Давыдов B.C. Распознавание сложных целей в радиолокации. Учебное пособие. Санкт-Петербург 2002 — 79 с.

15. Небабин В. Г., Сергеев В. В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М. Радио и связь, 1984 — 214 с.

16. Орлов JI. В, Шабров А. А. Гидроакустическая аппаратура рыбопромыслового флота (расчет и проектирование).: JI. Судостроение, 1987 — 222 с.

17. Андреева И.Б., Белоусов А. В., Львовская Г.Ф., Тарасов Л. Л. Акустические свойства плотных скоплений пелагических животных в океане. // Акустический журнал 1994, том 40, № 1, С. 9 16.

18. Бабайлов Э. П., Дубов А. А. Отражение звука от скоплений газовых пузырей в жидкости.// Акустический журнал 1989, том 35, №5, С. 779-783.

19. Куртепов В.М. Об определении частотно-угловой зависимости коэффициента отражения звука от дна в мельком море.// Акустический журнал 1995, том 41, №1, С. 106-111.

20. Матвеев А.Л., Митюгов В. В. Определение параметров движения подводного объекта.// Акустический журнал 2002, том 48, №5, С. 653-660.

21. Воловов В.И. Фильтрация пространственных флуктуаций амплитуды отраженных от дна акустических сигналов.// Акустический журнал 1995, том 41, №4, С. 576-560.

22. Певцов Г. В., Костецкий В. И., Галкин С. А. Методика синтеза алгоритма распознавания радиоизлучений, заданных сложным эталоннымописанием, оптимального по критерию максимума апостериорной вероятностей. // Радиоэлектроника 1999, №2, С. 61-68

23. Певцов Г.В. Синтез алгоритма распознавания образов, заданных сложными эталонными описаниями в метрике азимутов на источники радиоизлучений // Радиоэлектроника 2000, №4, С. 38-45.

24. Павлов Ю. К. Принцип функционирования стационарных гидроакустических средств и систем мониторинга рыбных запасов.// Техническая акустика. 1994 т.З вып.1-2 (7-8).С. 63-68.

25. Шаталов А. А., Ястребков А. Б. Адаптивный алгоритм распознавания сигналов различных объектов, принимаемых на фоне помех.// Радиоэлектроника 2002, №11, С. 54-63.

26. Лаврентьев Е. А., Шаталов А. А. Алгоритм распознавания протяженных объектов, в условиях априорной неопределенности статистических характеристик сигнала и шума.// Радиоэлектроника 2002, №11, С. 63-74.

27. Пат. 1815615 А1 SU, GOIS 15/00.

28. Пат. 1802353 А1 SU, G 01 S 15/96.

29. Пат. 1821733 А1 SU, G 01 S 15/04.

30. Пат.1809405 А1 SU, GOIS 15/87.

31. Пат. 1802352 А1 SU, G 01 S 15/96.

32. Пат.2010263 CI RU, G 01 S 15/96.

33. Пат.2029973 CI RU, GOIS 15/96.

34. Пат.2050558 CI RU, GOIS 15/00.

35. Пат.2050559 CI RU, GOIS 15/00Д5//02.

36. Пат.2038615 CI RU, GOIS 15/00.

37. Пат.2006877 CI RU, GOl S 15/00.

38. Пат.2008692 CI RU, G Ol S 15/96.

39. Колесникова И. К., Румынская И. А. Основы гидроакустики и гидроакустические станции. JL: судостроение, 1970 — 328 с.

40. Колчеданцев А. С. Гидроакустические станции. JL: судостроение, 1982-237 с.

41. Митько В. Б., Евтютов А. П. Инженерные расчеты в гидроакустике. JI.: судостроение, 1988 — 287 с.

42. Зарайский В. А, Тюрин А. М. Теория гидролокации. Военно-морская академия. Ленинград, 1975 — 604 с.

43. Гусев В. Г. Системы пространственно-временной обработки гидроакустической информации. Л.: судостроение, 1988 — 263 с.

44. Свердлин Г. М. Прикладная гидроакустика. Л.: судостроение, 1990 —319с.

45. Бурдик В. С. Анализ гидроакустических систем. Л.: судостроение, 1988-391с.

46. Ильичев В. И. и др. Статистическая теория обнаружения гидроакустических сигналов. М. Наука, 1992 — 415 с.

47. Новиков Б. К, Руденко О. В, Тимошенко В. И. нелинейная гидроакустика. Л: судостроение, 1988 263 с.

48. Сапрыкин В. А., Волошин А. К., Рокотов С. П. Цифровая обработка гидроакустических сигналов. Петродворец. 1988.

49. Сапрыкин В. А., Рокотов С. П. Теория обработки гидроакустических информации. Петродворец. 1986.

50. Горелик А. Л., Скрипкин В. А Методы распознавания// М.: Высшая школа, 1989 208 с.

51. Горелик A.JI. Селекция и распознавание на основе локационной информации. М «Радио и связи». 1990

52. Юданов К.И., Калихман И.Л., Теелер В.Д. Руководство по проведению гидроакустических съемок//Мин-во рыб. Хоз-ва СССР/ ВНИИ мор. рыб. хоз-ва и океанографии. М.: 1984 124 с.

53. Дороднова И.А, Имитационное моделирование эхо-сигналов от рыбных скоплений//Тр8-й Всесоюз. конф. по информ. авустике. М: АКИН. 1984. С. 30-32.

54. Бьерне Л. Подводная акустика и обработка сигналов. М.: Мир; 1985 —484с.

55. Гаврилов A.M., Горбачев Н.Н., Котляров В.В.и др. Исследование отражающих характеристик осетровых рыб в широкой полосе частот. //Прикладная акустика: межвуз. сб. Таганрог: ТРТИ. 1985. Вып.11. С. 51-56

56. Ольшевский В.В., Мороз Т.А., Теоретические и экспериментальные исследования морокой реверберации. Л.: ЦНИИ "Румб", 1976 131 с.

57. Штагер Е. А., Чаевский Е. В. Рассеяние волн на телах сложной формы. -М. Сов. Радио 1974.

58. Давыдов В. С. Алгоритм выделения существенных максимумов в огибающей эхо-сигнала // Тезисы II Всесоюз. акустического семинара "Методы, алгоритмы принятия решений". Л., 1988. С. 19-21.

59. Ван-Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Т. 3. М., Советское радио, 1977 664 с.

60. Давыдов B.C., Лукошкин А.П., Шаталов А.А., Ястребков А.Б. Радиолокация сложных целей // СПб.: ЯКИС, 1993.

61. Давыдов B.C., Нгуен Т.Т., Хренов М.Ю. Методы повышения дальности распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений // «Радиоэлектроника известия высших учебных заведений России» Выпуск 1 -2004. С. 17-26.

62. Выонг Х.Т., Давыдов B.C., Нгуен Т.Т., Тарасов С.П. Результаты распознавания рыбных скоплений на фоне донных отражений по гидролокационным сигналам // «Известия» СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Серия «Радиоэлектроника и телекоммуникации» Выпуск 2. СПб., 2004. С. 3-5.

63. Выонг Х.Т., Давыдов B.C., Нгуен Т.Т., Богданов Е.В. Схемы кодирования информации, переедаемой по гидроакустическому каналу связи в мелком водных районах океана // «Радиоэлектроника — известия высших учебных заведений России» Выпуск 3 -2004. С. 27-33.

64. Генкин Е.Л., Ерош И.Л., Москалев И.С. Системы распознавания автоматизированных производств. — Л.: Машиностроение. Л. О., 1988 246 с.

65. Соколов К.Г. Распознавание радиолокационных объектов при воздействии аддитивных и мультипликативных помех // Радиотехника. — 1990. -№7. С. 3 - 6.

66. Бородин В.И., Смирнов Г.Е., Толстякова Н.А., Яковлев Г.В. Гидроакустические навигационные средства. Л.: Судостроение, 1983 261с.

67. Матвиенко В.Н., Тарасюк Ю.Ф. Дальность действия гидроакустических средств. JL: Судостроение, 1981 -203 с.

68. Яковлев А.А., Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. JL: Судостроение, 1983 199 с.

69. Бреховских JI.M., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1982- 264 с.

70. Сапрыкин В. А., Рокотов С. П. Теория гидроакустики и цифровая обработка сигналов. Часть 1. Петродворец. 1991- 313 с.

71. Сапрыкин В. А., Рокотов С. П. Теория гидроакустики и цифровая обработка сигналов. Часть 2. Петродворец. 1991 —415 с.

72. Колосов А. А. Обнаружение радиосигналов. М.: Радио и связь, 1989 —287 с.

73. Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Советское радио, 1974-360 с.

74. Ширман Я.Д., Манжос В. Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Советское радио, 1981 — 416 с.

75. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. Питер. 2005 603 с.

76. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Мое.: «Высшая школа», 1988-448 с.

77. Бакулев П.А, Степин В.М. Методы и устройства селекции движующих целей. Мое.: Радио и связь. 1986 — 286 с.

78. Букатый В.М. Промысловая гидроакустика и рыболокация. Мое.: Изд. Мир. 2003- 496 с.

79. On the classification of underwater acoustic signals. II. Experimental application involving fish. L.M. Deuser, D. Middeleton, T.D. Plemons , J.K. Vaughan // The Journal of the acoustical society of America. 1979. v 65. № 2. P. 444455.

80. Акустика морских осадков. / Под ред. JI. Хэмптона. М.: Мир, 1977.534 с.

81. Ивлиев С. В. Кравченко В. В. Использование методов нелинейной гидроакустики при излучении и приёме сигналов. Владивосток — 1991. — 82 с.

82. Нелинейная гидроакустика и перспективы её применения // Морской сборник/ Под. Ред. О. Пахомов, В. Мартынюк — Выпуск 11, 1984. — С. 71-74.

83. Новиков Б. К. Руденко О. В., Тимошенко В. И. Нелинейная гидроакустика. — JI.: Судостроение, 1981. -264 с.

84. Смарышев М. Д. Добровольский Ю. Ю. Гидроакустические антенны. (Справочник). JL: Судостроение, 1984. — 304 с.

85. Справочник по гидроакустике/ А. П. Евтютов, А. Е. Колесников, Е. А. Корепин и др. 2-е изд., перераб. и доп. — JL: Судостроение, 1988. — 552 с.