Nghiên cứu ứng dụng chân dung phổ tín hiệu phản xạ trong nhận dạng mục tiêu bay của rađa cảnh giới phòng không

Nghiên cứu ứng dụng chân dung phổ tín hiệu phản xạ trong nhận dạng mục tiêu bay của rađa cảnh giới phòng không

. Bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng Học viện kỹ thuật quân sự Nguyễn Huy Hoàng Nghiên cứu ứng dụng chân dung phổ tín hiệu phản xạ trong nhận dạng mục tiêu bay của rađa cảnh giới phòng không Chuyên ngành: Kỹ thuật rađa - dẫn đờng Mã số: 62.52.72.01 Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2006 các công trình công bố liên quan đến luận án Công trình đợc hoàn thành tại: Học viện Kỹ thuật Quân sự Ngời hớng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Văn Liên 2. TS. Nguyễn Phùng Bảo Ngời phản biện 1: GS - TSKH. Phan Anh Đại học Quốc gia Hà nội Ngời phản biện 2: PGS - TSKH. Nguyễn Hồng Vũ Cục Tác chiến điện tử - Bộ Quốc phòng Ngời phản biện 3: GS - TS. Nguyễn Bình Học viện Công nghệ Bu chính Viễn thông Luận án đợc bảo vệ trớc hội đồng chấm luận án nhà nớc họp tại Học viện KTQS - Nghĩa đô - Từ liêm - Hà nội. Vào hồi: giờ ngày tháng năm 2006 Có thể tìm hiểu luận án tại: Th viện Học viện KTQS Th viện Quốc gia 1. Nguyễn Phùng Bảo, Nguyễn Huy Hoàng: Về các dấu hiệu nhận dạng mục tiêu bay trong kỹ thuật rađa. Tạp chí Kỹ thuật & Trang bị - TCKT - Bộ Quốc phòng, số 18 (03/ 2002). 2. Phạm Văn Thuận, Nguyễn Huy Hoàng: Tạo chân dung phơng vị mục tiêu bằng phơng pháp tổng hợp ngợc mặt mở anten có hội tụ toàn phần. Tạp chí Kỹ thuật & Trang bị - TCKT - Bộ Quốc phòng, số 50 (11/ 2004). 3. Nguyễn Phùng Bảo, Nguyễn Hoàng Nguyên, Phạm Thanh Giang, Nguyễn Huy Hoàng: Xây dựng mô hình thống kê cho hệ thống nhận dạng trong đài quan trắc không lu NHEBO - 55J6. Báo cáo trong Hội thảo khoa học quốc gia lần thứ t về nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông ICT.rda 06, Hà nội, 2006. 4. Nguyễn Phùng Bảo, Nguyễn Hoàng Nguyên, Phạm Thanh Giang, Nguyễn Huy Hoàng: Phân lớp và xây dựng chân dung mẫu cho các lớp đối tợng cần nhận dạng trong đài quan trắc không lu NHEBO - 55J6. Báo cáo trong Hội thảo khoa học quốc gia lần thứ t về nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông ICT.rda 06, Hà nội, 2006. 5. Nguyễn Huy Hoàng: Kết quả mô phỏng chân dung phổ của các lớp mục tiêu có hiệu ứng điều chế quay. Tạp chí Kỹ thuật & Trang bị - TCKT - Bộ Quốc phòng, số 71 (08/ 2006). 1 A. Khái quát chung về luận án 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong chiến tranh hiện đại, tập kích đờng không đóng vai trò rất quan trọng và trong nhiều trờng hợp, nó quyết định số phận của cả cuộc chiến tranh. Hiện nay, với kỹ thuật và công nghệ tiên tiến, các mục tiêu bay ngày càng có độ hoàn thiện và mức độ nguy hiểm rất cao nên để có phơng án đánh trả kịp thời và hiệu quả thì nhiệm vụ đặt ra với các đài rađa phòng không là không những phải phát hiện sớm, đo đạc chính xác tọa độ mà còn phải xác định đợc tính chất, kiểu loại mục tiêu bay một cách kịp thời và chính xác. Nhiệm vụ này thuộc về bài toán nhận dạng mục tiêu rađa. Để đảm bảo yêu cầu về tính kịp thời và chính xác thì hợp lý hơn cả là thực hiện nhận dạng từ xa trên các đài rađa cảnh giới phòng không (ĐRĐCGPK) và quá trình nhận dạng phải là quá trình tự động, thực hiện đồng thời với quá trình phát hiện. Muốn vậy, việc nhận dạng lúc này phải dựa trên các dấu hiệu tín hiệu mà chúng đợc hình thành trên cơ sở sự khác nhau của các tham số trong tín hiệu phản xạ từ mục tiêu bay. Vì các lý do nh vậy, việc chọn đề tài Nghiên cứu ứng dụng chân dung phổ tín hiệu phản xạ trong nhận dạng mục tiêu bay của rađa cảnh giới phòng không là có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn trong việc đảm bảo, nâng cao khả năng chiến đấu của các ĐRĐCGPK, đáp ứng yêu cầu tác chiến trong chiến tranh hiện đại. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Tổng hợp tài liệu, tóm lợc có hệ thống các vấn đề cần phải giải quyết của bài toán nhận dạng mục tiêu bay trong các ĐRĐCGPK. Nghiên cứu về chân dung phổ tín hiệu phản xạ (chân dung phổ), lựa chọn các dấu hiệu nhận dạng và phân lớp các mục tiêu bay, tạo chân dung mẫu và qui chuẩn chân dung, xây dựng thuật toán nhận dạng theo chân dung phổ dựa trên dấu hiệu phổ điều chế quay để tạo cơ sở và tiền đề cho việc xây dựng hệ thống nhận dạng (HTND) mục tiêu bay trong các ĐRĐCGPK. 3. Đối tợng, phạm vi nghiên cứu Các mục tiêu bay mà chúng là đối tợng quan sát của các ĐRĐCGPK. Thiết lập và giải quyết bài toán nhận dạng mục tiêu bay theo chân dung phổ dựa trên dấu hiệu phổ điều chế quay với 4 lớp mục tiêu bay bao gồm 9 kiểu loại mục tiêu (AGLCM, GLCM, B52, B1B, F15, TU16, TORNADO, AN26, AH64). 4. Phơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với kiểm chứng, đánh giá kết quả bằng mô phỏng. Luận án sử dụng phơng pháp nghiên cứu tổng hợp trên cơ sở lý thuyết quyết định và mô hình hóa thông kê, lý thuyết rađa và các phơng pháp thống kê toán học để thiết lập, giải quyết bài toán nhận dạng mục tiêu bay theo chân dung phổ trong các ĐRĐCGPK và thực hiện mô phỏng trên máy tính điện tử để kiểm chứng, đánh giá các kết quả đã đạt đợc từ nghiên cứu lý thuyết. 5. Những đóng góp mới của luận án - Nghiên cứu và ứng dụng phơng pháp các thành phần đơn giản để khảo sát các mục tiêu bay phức tạp, hình thành đợc qui trình và các công thức tính 2 toán phục vụ cho việc khảo sát hiện tợng điều chế quay xảy ra trong các mục tiêu bay. - Đa ra phơng án phân các mục tiêu bay thành 4 lớp (Lớp 1: Các mục tiêu không có hiện tợng điều chế quay; Lớp 2: Lớp máy bay động cơ phản lực; Lớp 3: Lớp máy bay động cơ cánh quạt; Lớp 4: Lớp máy bay trực thăng) bằng cách tính đến khoảng cách giữa các vạch phổ (lớp 2) và tỷ lệ giữa thành phần phổ điều chế quay với thành phần phổ thân mục tiêu (lớp 3 và lớp 4). Từ đó xây dựng thuật toán nhận dạng các mục tiêu bay theo chân dung phổ dựa trên dấu hiệu phổ điều chế quay để nhận dạng 4 lớp mục tiêu với 9 kiểu loại mục tiêu bay cụ thể: Lớp 1 (AGLCM, GLCM); Lớp 2 (TU16, B52, B1B, F15, TORNADO); Lớp 3 (AN26); Lớp 4 (AH64). - Đã thực hiện mô phỏng để kiểm chứng tính hiệu quả, tính hợp lý của phơng án phân lớp và thuật toán nhận dạng đã xây dựng. Kết quả mô phỏng khẳng định các kết quả của luận án là thuyết phục và tin cậy. 6. Bố cục của luận án Toàn bộ nội dung của luận án đợc trình bày trong 119 trang (không kể danh mục các công trình đã công bố, 63 tài liệu tham khảo và phụ lục), với 37 hình vẽ và đồ thị, 1 bảng biểu. Luận án gồm phần mở đầu, 4 chơng và phần kết luận. Phụ lục luận án gồm: Các bảng dữ liệu về các thành phần đơn giản, chân dung phổ, bảng xác suất nhận dạng đúng của các mục tiêu bay thuộc 4 lớp mục tiêu cần nhận dạng. b. nội dung luận án chơng 1. tổng quan về bi toán nhận dạng mục tiêu rađa 1.1. Bài toán nhận dạng mục tiêu rađa Các dấu hiệu nhận dạng 12 , , , N lập nên một không gian dấu hiệu nhận dạng chiều [ N ] 12 , , , N , trong đó mỗi lớp hay mỗi loại mục tiêu riêng biệt đợc biểu diễn bằng một véc tơ chiều mà ta gọi là chân dung rađa (CDRĐ) của mục tiêu. Bài toán nhận dạng mục tiêu rađa phát biểu nh sau: N Giả sử trong không gian dấu hiệu nhận dạng [ ] 12 , , , N , các lớp mục tiêu mẫu đợc mô tả bằng các CDRĐ chiều N ( ) 12 , , , , 1, iN Ci = M chứa các thông tin tiên nghiệm về lớp mục tiêu thứ . Các thông tin về mục tiêu cần nhận dạng thu đợc trong quá trình trinh sát rađa đợc xử lý, biến đổi để xác định các dấu hiệu đặc trng, tạo ra CDRĐ của nó i T ( ) 12 , , , N T . Nhận dạng mục tiêu T là xác định nó thuộc lớp mục tiêu nào bằng cách so sánh CDRĐ của mục tiêu ( 12 , , , ) N T với chân dung của các lớp mục tiêu mẫu ( ) 12 , , , i C N theo một qui tắc (thuật toán) nhận dạng thích hợp. Nh vậy quá trình nhận dạng mục tiêu rađa phải giải quyết các nhiệm vụ sau: Thiết lập các lớp mục tiêu và chân dung mẫu ( ) 12 , , , , 1, iN Ci = M; Xây dựng thiết bị đo để tạo CDRĐ của mục tiêu ( ) 12 , , , N T ; Xây dựng các thuật toán nhận dạng; Đánh giá tính hợp lý và hiệu quả của việc giải quyết các nhiệm vụ kể trên bằng các chỉ tiêu chất lợng - giá thành đặt ra cho HTND đợc thiết kế. Thiết lập các lớp mục tiêu mẫu thực chất là nhiệm vụ phân lớp mục tiêu. Đây 3 là nhiệm vụ đầu tiên phải giải quyết khi giải bài toán nhận dạng, nó quyết định dạng và mức độ chi tiết cũng nh chất lợng của thông tin nhận dạng đa ra. Với các ĐRĐCGPK, việc phân lớp các mục tiêu bay phải dựa trên các cơ sở sau: - Khả năng phân biệt của đài rađa trong không gian dấu hiệu tơng ứng. - Yêu cầu của hệ thống chỉ thị và phân phối mục tiêu, đây là hệ thống sử dụng thông tin nhận dạng làm dữ liệu đầu vào. Thiết bị tạo CDRĐ có nhiệm vụ đánh giá định lợng các dấu hiệu nhận dạng chứa trong tín hiệu phản xạ từ mục tiêu rađa. Đây chính là nhiệm vụ xác định CDRĐ ( 12 , , , ) N T trong không gian dấu hiệu nhận dạng [ ] 12 , , , N từ không gian đo. Trong tín hiệu phản xạ từ mục tiêu rađa có chứa các tham số đặc trng cho mục tiêu đó nhng mức độ bộc lộ của chúng phụ thuộc vào dạng tín hiệu thăm dò và mỗi loại mục tiêu đều có các tham số đặc trng riêng. Vì vậy khi xây dựng thiết bị tạo CDRĐ phải dựa trên cơ sở nghiên cứu kỹ các đặc trng của tín hiệu thăm dò và tính chất của các loại mục tiêu, từ đó chọn dạng tín hiệu thăm dò thích hợp sao cho các dấu hiệu cần đo bộc lộ rõ nhất và dễ đánh giá nhất. Cuối cùng là vấn đề xây dựng các thuật toán nhận dạng mục tiêu. Đây thực chất là việc phân tích các qui tắc chọn quyết định để đa ra các lựa chọn quyết định tối u theo một tiêu chuẩn nào đó. Thực tế có nhiều loại thuật toán nhận dạng khác nhau đợc sử dụng, việc lựa chọn thuật toán nào tùy thuộc vào các điều kiện bất định tiên nghiệm, các dấu hiệu nhận dạng đợc sử dụng, điều kiện làm việc của HTND v.v nhằm đạt đợc xác suất nhận dạng đúng cao nhất. 1.2. Các cơ sở nhận dạng mục tiêu rađa Phần này trình bày cơ sở giải bài toán nhận dạng mục tiêu rađa, các cơ sở nhận dạng dựa trên dấu hiệu quĩ đạo và các dấu hiệu tín hiệu. Các dấu hiệu tín hiệu cụ thể chính là các CDRĐ một chiều, bao gồm: Chân dung công suất, chân dung thăng giáng, chân dung tơng quan - tần số, chân dung cộng hởng - tần số, chân dung phân cực, chân dung cự li, hình ảnh rađa, chân dung phổ. Qua đó rút ra kết luận: Khi xây dựng HTND cho các ĐRĐCGPK thế hệ cũ thì hợp lý và khả thi hơn cả là sử dụng chân dung phổ. Với chân dung phổ, yêu cầu đặt ra với đài rađa là phải có khả năng phân biệt rất cao theo tần số, yêu cầu này hoàn toàn đợc đáp ứng bằng cách sử dụng các bộ lọc số dải hẹp chất lợng cao và khi sử dụng chân dung phổ thì lợng thông tin cần thiết cho việc nhận dạng thờng rõ nét hơn nếu chúng ta sử dụng tín hiệu thăm dò dải hẹp - điều này rất phù hợp với các dạng tín hiệu thăm dò đợc sử dụng phổ biến trong các ĐRĐCGPK thế hệ cũ hiện có ở Việt nam. 1.3. Qui tắc, thuật toán giải bài toán nhận dạng mục tiêu rađa 1.3.1. Thuật toán nhận dạng mục tiêu ra đa Với các mục tiêu bay đợc quan sát bởi các ĐRĐCGPK, thuật toán nhận dạng đợc xây dựng theo quan điểm thống kê do tính ngẫu nhiên của tín hiệu phản xạ, của nhiễu cũng nh các dấu hiệu nhận dạng thu nhận đợc. Bài toán nhận dạng là bài toán kiểm định giả thiết thống kê, thực hiện chọn 1 trong M giả thiết là mục tiêu thuộc lớp thứ i nào trong M lớp đó. Vì vậy, việc giải bài toán nhận dạng ở đây sẽ đợc thực hiện theo tiêu chuẩn Bayes, theo đó qui tắc chọn 4 quyết định tối u là nhằm mục đích đạt đợc độ thiệt hại trung bình nhỏ nhất. Ta biết rằng, thông tin sử dụng để nhận dạng mục tiêu chủ yếu nằm trong các CDRĐ của nó, CDRĐ chịu tác động của hàng loạt yếu tố ngẫu nhiên nên nó mang tính thống kê và đợc mô tả bằng mô hình thống kê dới dạng qui luật phân bố hỗn hợp các phần tử của nó. Lúc này, thông tin về mục tiêu nằm ở dạng và các tham số của qui luật phân bố các phần tử của CDRĐ. Khi biết dạng của qui luật phân bố thì phần cơ bản của thông tin nằm trong các tham số khác nhau của qui luật phân bố. Vùng tồn tại của các tham số đó trong mọi điều kiện quan sát và mọi trạng thái có thể có của mục tiêu đợc gọi là các tham số nhiều thông tin, còn giá trị cụ thể của các tham số đó đợc xác định bởi điều kiện quan sát và trạng thái cụ thể của mục tiêu đợc gọi là các tham số ít thông tin (TSITT). Các TSITT đợc đánh giá và biểu diễn bằng ma trận TSITT . Chân dung mẫu đợc tạo ra trên cơ sở đánh giá của các TSITT và là các tham số thống kê của qui luật phân bố các phần tử trong CDRĐ của mục tiêu. Trong HTND mục tiêu rađa, CDRĐ của mục tiêu đợc so sánh với các chân dung mẫu và quyết định mục tiêu thuộc lớp có chân dung mẫu giống với CDRĐ quan sát đợc của mục tiêu nhất. Theo tiêu chuẩn Bayes, thuật toán nhận dạng mục tiêu rađa có dạng sau: - Nếu () ( ) ,,1, kk ll CP CP l kl M = thì * k * A A = . (1.14) Trong đó: ,1, k Ck M= - Các hệ số Bayes. ( ) ,1, k Pk =M - Mật độ xác suất của CDRĐ của mục tiêu lớp có tính đến ma trận TSITT k . 1.3.2. Xử lý tối u chân dung rađa, sơ đồ khối tổng quát của HTND mục tiêu rađa Giả thiết là sau khi xử lý sơ bộ tín hiệu thu đợc, CDRĐ của mục tiêu đợc tách ra ở dạng biên độ phứcN [ ] ,1, i iN ==. Trờng hợp tổng quát, CDRĐ của mục tiêu lớp là tổng của 2 thành phần tín hiệu k ,1, k ki iN == và nhiễu ,1, f f i iN == , tức kf =+. Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu và nhiễu là các quá trình ngẫu nhiên độc lập, có tính dừng do thời gian quan sát hạn chế. Khi loại bỏ tính không xác định tiên nghiệm thì MTTQ của nhiễu * f ff R = đợc thay thế bằng đánh giá hợp lý cực đại của nó, còn MTTQ thành phần tín hiệu của chân dung mục tiêu cần nhận dạng lớp , k * ,1, kkk R kM == đợc xác định dựa trên ma trận TSITT . Thực tế có thể coi mật độ xác suất của CDRĐ khi có mục tiêu lớp , k () k P và nhiễu () f P có dạng chuẩn: () () ( *1 1 exp 2det k kf N kf P R ) R + + = (1.15) () () ( *1 1 exp 2det f f N f P R ) R = (1.16) Lúc này thuật toán (1.14) có thể biến đổi về dạng đơn giản hơn nh sau: - Nếu , 0, 1, kl k l Z ZZ lk M== thì * k AA * = . (1.17) Trong (1.17) đại lợng () kl Z là kết quả xử lý chân dung của kênh xử lý chân dung thứ ( ) klcủa HTND tơng ứng với thuật toán: *,0k kk Zd R =+ (1.18) Trong (1.15) đến (1.18) thì: kf k f R RR + = + ; det ln ln det f k kf R d R + = k C+ ) - Chuyển dịch của kênh xử lý thứ ; k ( ,0 1 1k f kf RRR + = - Ma trận xử lý chân dung của kênh xử lý thứ 5 k ; Sơ đồ khối tổng quát HTND mục tiêu rađa, thể hiện các thuật toán (1.17) và (1.18) nh hình 1.8. Hình 1.8 - Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống nhận dạng mục tiêu rađa 1.4. Vấn đề chất lợng của hệ thống nhận dạng mục tiêu rađa 1.4.1. Các chỉ tiêu chất lợng nhận dạng Trờng hợp tổng quát, để đánh giá đầy đủ của HTND sử dụng nhóm các chỉ tiêu xác suất nh: Xác suất nhận dạng đúng , xác suất nhận dạng sai k D kg F , giá trị trung bình của xác suất nhận dạng sai k F , xác suất hậu nghiệm đối với quyết định đúng , chỉ tiêu thông tin k H tt I và độ liều trung bình khi ra quyết định r . Trong thực tế thờng chỉ sử dụng một hoặc hai chỉ tiêu sau: - Xác suất nhận dạng đúng khi có mục tiêu lớp k A : ( ) * kkk kk DP PAA== (1.19) - Giá trị trung bình của xác suất nhận dạng sai: ( * 1, 1, 11 11 MM kkg ggk ggk FP P MM = = == ) kg AA (1.21) Trong đó: () * , kg k g PPAAg= k - Xác suất nhận dạng sai khi không có mục tiêu lớp k A . 1.4.2. Các yếu tố hạn chế làm suy giảm chất lợng nhận dạng mục tiêu rađa và hớng giải quyết Phần này trình bày về các yếu tố hạn chế làm suy giảm chất lợng nhận dạng mục tiêu bay và nêu ra hớng giải quyết khi giải bài toán nhận dạng mục tiêu bay trên các ĐRĐCGPK. Kết luận chơng 1: Chơng 1 đã trình bày tổng quan, có hệ thống về các vấn đề cần giải quyết của bài toán nhận dạng mục tiêu rađa, trong đó tập trung vào các mục tiêu bay quân sự mà chúng là đối tợng quan sát của các ĐRĐCGPK. Các vấn đề đó bao gồm: Phân lớp mục tiêu và các cơ sở nhận dạng mục tiêu rađa, thuật toán nhận dạng theo tiêu chuẩn Bayes và thuật toán xử lý tối u CDRĐ, sơ đồ khối tổng quát và vấn đề đánh giá chất lợng của HTND mục tiêu rađa. Chơng 2. hiện tợng tán xạ v các phơng pháp xác định các đặc trng của hiện tợng tán xạ từ mục tiêu rađa 2.1. Hiện tợng tán xạ từ mục tiêu rađa Phần này trình bày hiện tợng tán xạ từ mục tiêu rađa và 2 đặc trng rađa 6 quan trọng nhất của nó, đó là diện tích phản xạ hiệu dụng (DTPXHD) mt và ma trận tán xạ phân cực (MTTXPC) A . 2.2. Các phơng pháp thực nghiệm xác định các ĐTTX từ các mục tiêu bay Phần này trình bày các phơng pháp thực nghiệm để xác định các ĐTTX từ các mục tiêu bay bao gồm: Các thí nghiệm trong điều kiện thực, phơng pháp mô hình điện động tỷ lệ và phơng pháp mô hình thủy âm. 2.3. Các phơng pháp tính toán xác định các ĐTTX từ các mục tiêu bay 2.3.1. Phơng pháp các thành phần đơn giản Bản chất của phơng pháp này là mục tiêu bay đợc coi là một vật tán xạ gồm nhiều thành phần đơn giản tơng tự, tối u hợp lại và việc tính toán các ĐTTX trớc hết sẽ đợc thực hiện trên các thành phần đơn giản, sau đó tổng hợp lại theo phơng trình tán xạ tổng quát. Theo phơng pháp này, các bộ phận của mục tiêu nh thân, cánh, cụm đuôi, động cơ và một số thiết bị gắn bên ngoài khác sẽ đợc thay thế bằng một tập hợp các mặt, khối đơn giản nh: Mặt phẳng, mặt bậc hai, hình chóp, thanh mỏng, đĩa v.v và thực hiện tính toán các ĐTTX cho các phần tử đó bằng phơng pháp vật lý - toán dựa trên việc giải các phơng trình Maxwell. Các bộ phận khác phức tạp hơn nh buồng lái, cụm anten, ống phụt động cơ v.v mà không thể mô tả chúng bằng các thành phần đơn giản hoặc có thể mô tả đợc nhng phơng trình Maxwell mô tả quá trình điện động trong chúng quá phức tạp, không giải đợc thì lấy kết quả từ thực nghiệm. Phơng pháp các thành phần đơn giản có u điểm là cho phép giảm đợc khối lợng tính toán mà vẫn đạt đợc độ chính xác cho phép khi tính toán các ĐTTX và đặc biệt là rất thuận lợi cho việc mô phỏng hiện tợng tán xạ trên máy tính điện tử nhng nó cũng có những hạn chế. Các hạn chế đó là nó chỉ cho kết quả chính xác ở dải sóng và với các mục tiêu bay có hình dạng quá phức tạp thì sẽ gặp khó khăn khi mô tả chúng bằng các thành phần đơn giản cũng nh việc giải các phơng trình Maxwell là không thể thực hiện đợc do tính phức tạp của chúng. Các phơng pháp khác đợc dùng để khắc phục các hạn chế kể trên đã đợc liệt kê trong luận án, tuy nhiên chúng chỉ mang tính chất tham khảo. ,dm cm 2.3.2. Các hệ tọa độ và các phép chuyển tọa độ sử dụng trong phơng pháp các thành phần đơn giản Phần này trình bày về các hệ tọa độ và các phép chuyển tọa độ sử dụng trong phơng pháp các thành phần đơn giản. Các hệ tọa độ đợc sử dụng bao gồm: Hệ tọa độ Đề các gắn với đài rađa (hệ tọa độ đài rađa) và hệ tọa độ cầu tơng ứng, hệ tọa độ Đề các gắn với mục tiêu (hệ tọa độ mục tiêu), các hệ tọa độ Đề các gắn với các thành phần đơn giản (các hệ tọa độ cục bộ). Các phép chuyển tọa độ đợc xét trong cả 2 trờng hợp tính và không tính đến độ cong trái đất. 2.3.3. Tính toán các ĐTTX từ mục tiêu bay bằng phơng pháp các thành phần đơn giản 2.3.3.1. Mô tả bề mặt mục tiêu bằng các thành phần đơn giản Bề mặt của mục tiêu đợc chia thành 2 phần: Thân mục tiêu và các phần tử 7 chuyển động trên mục tiêu. Phần này chỉ xem xét với phần thân mục tiêu, còn các phần tử chuyển động sẽ xem xét ở chơng 3. Bề mặt mục tiêu đợc chia thành các mặt cơ bản độc lập với nhau (gọi là các mặt xấp xỉ) N () ( ) ,, 0, 1,Fr F x y z N ===, chúng có thể là các phần tử nh: Mặt cong hai lớp giới hạn, mặt nêm thẳng hoặc mặt nêm cong, mặt hình nón, mặt hình trụ, mặt hình xuyến, mặt cung nhọn và các tấm phẳng trong hệ tọa độ cục bộ Oxyz . Một điểm thuộc các mặt đó đợc coi là mục tiêu nếu nó nằm trong một số mặt giới hạn k < 0, với là chỉ số mặt giới hạn 0,1,2, , 1kK =k k và K là tổng số các mặt nh vậy. Mỗi mặt nh vậy đợc xác định trong hệ tọa độ cục bộ Oxyz bởi các phơng trình và () 0Fr = ( ) 0 k r = . Phơng pháp xây dựng các mặt giới hạn nh vậy dùng để tính toán và thiết kế các chơng trình mô phỏng về sau. 2.3.3.2. Phơng trình tán xạ tổng quát Khi không tính đến khả năng phân biệt theo tọa độ góc của các bộ phận trên mục tiêu và ảnh hởng của độ cong trái đất, không xem xét với tín hiệu dải siêu rộng và các mục tiêu bay thấp thì phơng trình tán xạ tổng quát có dạng nh sau: () () ( ) () * 00 2 2 1 ,,10 iAbi N T ift Q ti i EtL p A R LUt te p = = 00 p ) (2.20) Trong đó: - MTTXPC của điểm chói thứ trong cơ sở rađa; ( 0 , i AR L i 0 t p và 0 p p - Các véc tơ phân cực của anten thu và anten phát; ( ) Ut- Giá trị đờng bao của tín hiệu đầu ra bộ lọc kết hợp tại thời điểm ; t i t - Khoảng thời gian giữ chậm ứng với điểm chói thứ i ; f - Tần số mang; A bi Q - Hệ số hấp thụ sóng rađa của điểm chói thứ i . 2.3.3.3. Hệ cơ sở dữ liệu về các thành phần đơn giản để tính toán các ĐTTX từ mục tiêu bay Phần này trình bày một số điểm cần chú ý khi sử dụng các dữ liệu có sẵn về các phần tử phản xạ chủ yếu trong các bảng phụ lục 2.1, 2.2, 2.3 để tính toán các ĐTTX của các thành phần đơn giản cũng nh của mục tiêu bay. Các dữ liệu có sẵn này đã đợc công bố trong một số các công trình nghiên cứu khác. 2.3.3.4. Qui trình tính toán và đánh giá tín hiệu phản xạ toàn phần 1 - Biến đổi và tính toán các véc tơ: Thực hiện biến đổi véc tơ đơn vị của sóng tới sang hệ tọa độ cục bộ thứ theo các công thức từ (2.8) đến (2.15) để có thể sử dụng các dữ liệu có sẵn. Véc tơ tọa độ của phần tử tán xạ thứ đợc tính toán cho tất cả các bề mặt thay thế xấp xỉ i r i 0,1,2, , 1N = bằng các dữ liệu cho ở các bảng 2.1, 2.2, 2.3. Việc kiểm tra đối với điểm tán xạ thứ trên phần tử thứ i của mục tiêu đợc thực hiện bằng cách kiểm tra các bất phơng trình ( ) ki r < 0, 0,1,2, , 1kK = . 2 - Kiểm tra hiện tợng che khuất: Công việc này đợc thực hiện bằng cách chứng minh các đờng ngắm thẳng từ đài rađa đến điểm tán xạ thứ () 0 , i ir s r sR 0 = = không giao nhau với các phần hữu hạn của các bề mặt thay thế xấp xỉ. Nếu có sự giao nhau, tức là điểm tán xạ đang bị che khuất thì phơng trình sau sẽ có nghiệm thực dơng s : (2.22) () [] () () T rs r sPrs C = = 8 Trong đó: P là ma trận vuông 33 ì các hệ số của phơng trình chuẩn tắc của bề mặt thứ ; const. [] .,CC= = Kiểm tra sự che khuất của các đoạn thẳng hay các mặt tán xạ đợc thực hiện gián đoạn với các bớc gián đoạn bằng các vi phân tơng ứng ,lS 3 - Ma trận tán xạ phân cực của các phần tử tán xạ thành phần: MTTXPC của các phần tử tán xạ thành phần đợc tính toán dựa trên các bảng dữ liệu 2.1, 2.2, 2.3. Với các điểm tán xạ thứ i thì MTTXPC đợc tính theo công thức: *T ii i A UIUM == (2.24) Trong đó: () ,. iiii M diag I ==; I - Ma trận đơn vị. Với các đoạn thẳng tán xạ thứ i thì MTTXPC đợc tính theo công thức: *T iii i A UMU= (2.27) Trong đó: ( , ii Mdiag = ) i . Kí hiệu: ( ) ,diag a b - Ma trận đờng chéo. 4 - Đánh giá tín hiệu phản xạ toàn phần: Để tính toán các tích vô hớng () 0T it R R , các hệ tọa độ của các điểm tán xạ không bị che khuất phải đợc biến đổi theo công thức (2.9) sang các hệ tọa độ chung (hệ tọa độ mục tiêu hay hệ tọa độ đài rađa). Đối với hệ tọa độ mục tiêu, những công việc tính toán nh vậy đợc thực hiện bằng cách sử dụng công thức (2.12), nó cho phép ớc lợng tín hiệu phản xạ toàn phần theo (2.20). Kết luận chơng hai: Chơng 2 luận án đã trình bày về hiện tợng tán xạ và các phơng pháp xác định các ĐTTX từ các mục tiêu bay. Trong đó tập trung vào phơng pháp các thành phần đơn giản bao gồm các vấn đề sau: Nội dung cơ bản, phạm vi ứng dụng và các hạn chế của phơng pháp; Các hệ tọa độ và các phép chuyển tọa độ đợc sử dụng trong phơng pháp; Tính toán các ĐTTX từ mục tiêu bay theo phơng pháp các thành phần đơn giản với các nội dung cơ bản nh: Mô tả bề mặt mục tiêu bằng các thành phần đơn giản, phơng trình tán xạ tổng quát, hệ cơ sở dữ liệu để tính toán các ĐTTX của các thành phần đơn giản và đa ra qui trình tính toán, đánh giá tín hiệu phản xạ toàn phần từ mục tiêu bay. Chơng 3. nghiên cứu khảo sát v mô phỏng hiện tợng điều chế quay xảy ra trên các hệ thống quay của mục tiêu bay 3.1. Hiện tợng điều chế quay trong tín hiệu tán xạ từ các mục tiêu bay. 3.1.1. Hiện tợng điều chế quay xảy ra trên các hệ thống quay một động cơ, một tầng cánh với các dạng tín hiệu thăm dò khác nhau 1 - Với tín hiệu thăm dò hình sin liên tục: Giả sử các cánh y hệt nhau, hiện tợng điều chế quay tơng ứng với sự thay đổi về pha và biên độ của tín hiệu hình sin theo chu kỳ 1 q NF . Trong đó là số cánh của hệ cánh quạt hay tua bin động cơ và N q F là tần số quay. Với sự tán xạ độc lập trên mỗi cánh, giá trị tức thời của tín hiệu tán xạ đợc xác định theo phơng trình sau: () { } 1 0 0 1 .cos 2 sin 2 N bq qq Et t ft C F t NF NF = = + + (3.1) Trong đó: () b s - DTPXHD của cánh, nó là một hàm của thời gian; 0 f - Tần số [...]... yếu tố ảnh hởng nh góc hớng, tỷ số tín/ tạp và tính chân thực của chân dung mẫu đã trình bày ở phần trên Kết luận Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chân dung phổ tín hiệu phản xạ trong nhận dạng mục tiêu bay của rađa cảnh giới phòng không đạt đợc các kết quả nh sau: 1 - Trên cơ sở tổng hợp t liệu từ các công trình, kết quả nghiên cứu về lĩnh vực nhận dạng mục tiêu rađa ở trong và ngoài nớc, luận án đã trình... này trong trờng hợp áp dụng với các ĐRĐCGPK cha có HTND mục tiêu bay 4 - Luận án đã tiến hành lựa chọn dấu hiệu nhận dạng, phân lớp mục tiêu bay, tạo chân dung mẫu và qui chuẩn chân dung Từ đó tiến hành xây dựng thuật toán nhận dạng mục tiêu bay theo chân dung phổ dựa trên dấu hiệu phổ điều chế quay theo tiêu chuẩn Bayes để nhận dạng 4 lớp mục tiêu gồm 9 kiểu loại mục tiêu bay với các dấu hiệu nhận dạng. .. thống kê của chân dung phổ, lựa chọn các dấu hiệu nhận dạng và phân lớp các mục tiêu bay Theo đó, các mục tiêu bay đợc phân thành 4 lớp với các dấu hiệu nhận dạng nh đã trình bày Sau khi phân lớp mục tiêu, luận án đã đa ra phơng pháp tạo chân dung mẫu và tiến hành qui chuẩn chân dung cho 4 lớp mục tiêu cần nhận dạng Luận án tiến hành tổng hợp thuật toán nhận dạng mục tiêu bay theo chân dung phổ dựa... dấu hiệu nhận dạng và phân lớp mục tiêu Khi sử dụng các dấu hiệu phổ điều chế quay để nhận dạng mục tiêu bay, theo 15 các kết quả chơng 3, thông tin phân lớp thể hiện qua các yếu tố sau: Sự tồn tại hoặc không tồn tại hiệu tợng điều chế quay, độ rộng phổ điều chế quay, khoảng cách giữa các vạch phổ, hình dạng đờng bao của phổ, tỷ lệ giữa thành phần phổ tín hiệu phản xạ từ thân mục tiêu và thành phần phổ. .. thuộc của phổ điều chế quay vào các yếu tố nh: Dạng mục tiêu, tham số của tín hiệu thăm dò (bớc sóng, tần số lặp), vị trí không gian của mục tiêu (góc hớng), thời gian tích lũy tơng can Các nhận xét, đánh giá này đặc biệt quan trọng vì chúng chính là các căn cứ để lựa chọn dấu hiệu nhận dạng, phân lớp mục tiêu khi xây dựng và đánh giá chất lợng của thuật toán nhận dạng mục tiêu bay theo chân dung phổ. .. nhỏ so với thành phần phổ tín hiệu phản xạ từ phần thân mục tiêu, lớp 4 (máy bay trực thăng: AH64) với dấu hiệu nhận dạng là khoảng cách giữa các vạch phổ điều chế quay rất nhỏ và thành phần phổ điều chế quay có giá trị khá lớn so với thành phần phổ tín hiệu phản xạ từ phần thân mục tiêu Việc phân các mục tiêu bay thành 4 lớp với các dấu hiệu nhận dạng nh trên là một đề xuất mới của luận án 5 - Luận... các vạch phổ điều chế quay khá nhỏ, thành phần phổ điều chế quay có giá trị khá nhỏ so với thành phần phổ tín hiệu phản xạ từ thân mục tiêu) Lớp 4: Trực thăng (khoảng cách giữa các vạch phổ điều chế quay rất nhỏ, thành phần phổ điều chế quay có giá trị khá lớn so với thành phần phổ tín hiệu phản xạ từ thân mục tiêu) 4.2 Khảo sát và xây dựng tập chân dung mẫu cho các lớp mục tiêu bay Mục tiêu: Xây... vào tính chất chuyển động của mục tiêu cùng độ chính xác của quá trình bù khử Dopler Trong trờng hợp đang xét, phân bố này không cho ta biết thông tin về lớp mục tiêu cần nhận dạng (do tính chất phản xạ của nó cũng tơng tự nh sự phản xạ từ phần thân của các lớp mục tiêu có gây ra hiệu tợng điều chế quay) Vì vậy ta sẽ chỉ khai thác thông tin ở khía cạnh tổng công suất phản xạ của các thành phần không. .. n,k + 1 ) (4.12) (4.13) 2 2 Trong đó: n,k = n,k n, f - Tỷ số tín/ tạp ứng với phần tử chân dung thứ n của mục tiêu lớp k Lu đồ thuật toán nhận dạng mục tiêu bay theo chân dung phổ dựa trên dấu hiệu phổ điều chế quay ứng với thuật toán (4.10) có dạng nh hình 4.3 Các bớc thực hiện cụ thể nh sau: 1 - Đọc thông tin về chế độ hoạt động của đài rađa nh: Các tham số của tín hiệu thăm dò (độ rộng, chu kỳ... phỏng quá trình tạo chân dung, đánh giá tham số tín hiệu và nhiễu, qui chuẩn chân dung; Tạo chân dung mẫu Rk ,k = 1,M ; Mô phỏng thuật toán nhận dạng; Tính toán xác suất nhận dạng đúng Dk , xác suất ra quyết định nhận dạng đúng Pn Mô phỏng quá trình tạo chân dung, đánh giá tham số tín hiệu và nhiễu, qui chuẩn chân dung đợc thực hiện theo các giai đoạn: Đầu tiên là mô phỏng tín hiệu phản xạ (theo phơng . tạo bộ quốc phòng Học viện kỹ thuật quân sự Nguyễn Huy Hoàng Nghiên cứu ứng dụng chân dung phổ tín hiệu phản xạ trong nhận dạng mục tiêu bay của rađa cảnh giới phòng không . tiêu bay trong các ĐRĐCGPK. Nghiên cứu về chân dung phổ tín hiệu phản xạ (chân dung phổ) , lựa chọn các dấu hiệu nhận dạng và phân lớp các mục tiêu bay, tạo chân dung mẫu và qui chuẩn chân dung, . chân dung phổ tín hiệu phản xạ trong nhận dạng mục tiêu bay của rađa cảnh giới phòng không là có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn trong việc đảm bảo, nâng cao khả năng chiến đấu của các ĐRĐCGPK,