Tomtat luanan tiengviet nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ Đạo mục tiêu Đa Điểm chói trên biển

Việc nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo mục tiêu trên biển bản chất là nâng cao độ chính xác của các đầu đo ra đa hoặc ứng dụng các mô hình thuật toán xử lý quỹ đạo để đảm bảo độ chân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

VÕ XUNG HÀ

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LỌC, BÁM QUỸ ĐẠO

MỤC TIÊU ĐA ĐIỂM CHÓI TRÊN BIỂN

Ngành: Kỹ thuật ra đa dẫn đường

Mã số: 9 52 02 04

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2024

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Nguyễn Trung Kiên

2 TS Nguyễn Phùng Bảo

Phản biện 1: GS TS Vũ Văn Yêm

Đại học Bách khoa Hà Nội

Phản biện 2: GS TSKH Đỗ Đức Lưu

Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

Phản biện 3: PGS TS Lê Vĩnh Hà

Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện, họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

Vào hồi: giờ ngày tháng năm 2024

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án

Trong Chiến tranh hay trong bất kì một cuộc xung đột vũ trang nào, việc thu thập thông tin tình báo từ đối phương đóng vai trò vô cùng quan trọng, hỗ trợ cho người chỉ huy trong việc ra quyết định và truyền thông tin giữa sở chỉ huy cấp trên với sở chỉ huy cấp dưới Nhiệm vụ thu thập thông tin tình báo về các mục tiêu đối phương có thể được thực hiện bởi các đầu đo là các đài ra đa, có chức năng thu thập, cung cấp dữ liệu về các mục tiêu, phục vụ giải quyết các khâu trong chu trình chỉ huy, điều hành chiến đấu Đối với các mục tiêu ra đa, đặc biệt là các mục tiêu trên biển do số lượng, chủng loại, mật độ mục tiêu lớn và ảnh hưởng từ các yếu tố môi trường nhiễu biển, đòi hỏi các thông tin cung cấp về mục tiêu không những phải nhanh, liên tục mà đặc biệt cần độ chính xác cao, trong đó thông tin về quỹ đạo mục tiêu mang nhiều ý nghĩa thực tiễn và là mấu chốt phục vụ công tác chỉ huy và điều khiển các phương tiện chiến đấu

Việc nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo mục tiêu trên biển bản chất là nâng cao độ chính xác của các đầu đo ra đa hoặc ứng dụng các mô hình thuật toán xử lý quỹ đạo để đảm bảo độ chân thực của quỹ đạo lọc, bám theo thời gian thực Khi ứng dụng hai cách tiếp cận trên, sẽ tồn tại những nhược điểm như tính chất “đa điểm dấu phát hiện”; thuật toán lọc, bám theo các dạng khác nhau vẫn tồn tại hiện tượng bám nhầm quỹ đạo

Xuất phát từ những lý do trên, luận án lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển” Đây là vấn đề cấp thiết, có tính

thời sự và tính ứng dụng cao, những kết quả của Luận án là tiền đề cho lĩnh vực nghiên

cứu, chế tạo ra đa

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng, hình thành và giải quyết bài toán “Nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển” mà trong đó sử dụng tiêu chuẩn độ chính xác của quỹ

đạo và tính thời gian thực để đánh giá

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: ảnh ra đa các mục tiêu đa điểm chói trên biển; Nâng cao chất

lượng lọc, bám sát quỹ đạo mục tiêu biển theo tiêu chuẩn về độ chính xác quỹ đạo và tính

thời gian thực cung cấp thông tin

- Phạm vi nghiên cứu của luận án: Khai thác các đặc trưng của mục tiêu đa điểm chói,

lý thuyết khai thác dữ liệu, phân cụm dữ liệu, xử lý chân dung ra đa nhằm ước lượng ĐDĐD; Đề xuất thuật toán lọc, bám kết hợp với các đặc trưng được khai phá đảm bảo độ chính xác bám sát quỹ đạo và tính thời gian thực cung cấp thông tin

4 Nội dung nghiên cứu

Luận án tập trung nghiên cứu các nội dung sau: Bài toán ước lượng tọa độ tâm điểm chói và thuộc tính các mục tiêu đa điểm chói; Bài toán phân cụm điểm chói mục tiêu và ước lượng ĐDĐD; Thuật toán lọc, bám quỹ đạo kết hợp các tham số đặc trưng của mục tiêu đa điểm chói; Đánh giá kết quả nghiên cứu bằng dữ liệu ảnh thực tế và mô phỏng

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng phương pháp tổng hợp và phân tích lý thuyết đề ra định hướng nghiên cứu; phân tích các dữ liệu ảnh ra đa, kiểm nghiệm bằng phương pháp tính toán, mô phỏng thực nghiệm trên công cụ Matlab

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất thuật toán ước lượng ĐDĐD, trích xuất các đặc

trưng chuyển động của các mục tiêu đa điểm chói trên biển và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng bài toán lọc, bám các mục tiêu đã điểm chói trên biển

Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả đạt được của luận án có thể tham khảo trong nghiên cứu,

thiết kế và chế tạo đài ra đa với hệ thống xử lý tín hiệu để giải quyết các bài toán nâng cao chất lượng bài toán lọc, bám các mục tiêu trên biển

7 Bố cục của luận án

Luận án được xây dựng bao gồm phần Mở đầu, 3 chương và Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỤC TIÊU ĐA ĐIỂM CHÓI TRÊN BIỂN

1.1 Mô hình tín hiệu phản xạ và chân dung ảnh ra đa của mục tiêu trên biển

1.1.1 Mô hình tín hiệu phản xạ mục tiêu đa điểm chói trên biển

Trường tán xạ của mục tiêu đa điểm chói là tổng véc tơ các trường của các tâm tán

xạ độc lập cấu thành lên bản thân mục tiêu Việc thiết lập mô hình tín hiệu có ích phản

xạ từ mục tiêu đa điểm chói có thể thực hiện bằng cách tính toán các tín hiệu phản xạ từ các điểm “sáng nhất” của DTPXHD mục tiêu, mà được biểu diễn dưới dạng các phản xạ điểm (được gọi là điểm chói)

4

5 6 7

Tín hiệu tổng hợp phản xạ từ mục tiêu đa điểm chói trên biển là kết quả của sự giao thoa các tín hiệu thành phần phản xạ từ các điểm chói cấu thành mục tiêu đa điểm chói:

của tín hiệu phản xạ thành phần từ điểm chói thứ i về đầu đo

Như vậy, DTPXHD của mục tiêu đa điểm chói là véc tơ mà độ lớn của nó được lấy gần đúng bằng tổng véc tơ các DTPXHD của các phần tử thành phần cấu thành mục tiêu

1.1.2 Đặc điểm của mục tiêu trên biển bị phát hiện bởi đầu đo ra đa

Với các đầu đo ra đa quan trắc các mục tiêu trên biển, độ phân giải được xác định bởi hai tham số là độ dài xung l xg và độ dài của cung tương ứng với độ rộng búp sóng ăng ten

1.1.3 Chân dung ảnh ra đa các mục tiêu đa điểm chói trên biển

Trên Hình 1.4 mô tả một vùng ảnh có nhiều mục tiêu (bên phải) và ảnh 3D của 1 mục tiêu được lựa chọn bằng tay để phân tích (bên trái) Phân tích hình ảnh này qua các chu kỳ cho thấy mục tiêu biển kích thước lớn có nhiều vùng chói (các vùng nhô cao, nhọn trong hình) tương đối ổn định ứng với các vị trí ăng ten, tháp chỉ huy, các kết cấu bằng kim loại trên tàu

Hình 1.4 Màn hình đài ra đa Score3000 Như vậy chân dung ảnh mục tiêu đa điểm chói trên biển là mục tiêu mà có nhiều đỉnh tương ứng với nhiều vùng cực trị (Hình 1.5)

Hình 1.5 Hình ảnh mục tiêu trên màn hình ra đa

Hình 1.7 Hình ảnh mục tiêu đa điểm chói trên biển

1.2 Bài toán lọc, bám quỹ đạo mục tiêu trên biển

Quá trình xử lý thông tin quỹ đạo các mục tiêu gồm có ba giai đoạn Giai đoạn đầu tiên

là phát hiện mục tiêu, ước lượng các tham số tọa độ của mục tiêu, tiếp theo là phát hiện quỹ

đạo, ước lượng các tham số quỹ đạo, cuối cùng là lọc, bám quỹ đạo, tương ứng với XLC1,

XLC2 và XLC3 [4], [76], [84]

Xử lý các điểm dấu mục tiêu

- Phát hiện tín hiệu, ra quyết định về sự tồn tại của mục tiêu

- Ước lượng ĐDĐD

- Trích xuất đặc trưng của mục tiêu

Liên kết điểm dấu (LKĐD)

(Xác định điểm dấu thuộc quỹ đạo nào?)

- Thuật toán Bayess: PDAA, JPDA

- Thuật toán không Bayess: NN, GNN

Thuật toán lọc, bám quỹ đạo

- Thuật toán Kalman

- Thuật toán Alpha-Beta

- Thuật toán lọc hạt

Xử lý quỹ đạo

Hình 1.8 Các bước lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển

Bài toán lọc, bám quỹ đạo nhận được sự quan tâm nghiên cứu với nhiều công bố quan

trọng liên quan đến bộ lọc Kalman và các biến thể [11], [44], [87] Bài toán ước lượng các

tham số đặc trưng của mục tiêu sẽ được phân tích kỹ lưỡng tại Chương 2 của Luận án

Trong mục này xem xét ưu, nhược điểm của các thuật toán liên kết điểm dấu

Theo định nghĩa chung [76] LKĐD trong XLQĐ được hiểu là quá trình xử lý ra quyết

định về tính tương thích của dữ liệu về điểm dấu thu được với một quỹ đạo nào đó tại

chu kỳ quan sát xác định LKĐD với quỹ đạo xuất hiện trong XLQĐ khi tồn tại điểm

dấu giả và/hoặc có các quỹ đạo đồng thời lân cận nhau trong cùng một chu kỳ nhịp để

dẫn tới điểm dấu đang xử lý có thể đồng thời tương thích những quỹ đạo trên [65], [67], [74]

Hình 1.9 Ví dụ về các tình huống cần liên kết chính xác Các thuật toán LKĐD bao gồm các bước hình thành các phương án liên kết có thể

giữa điểm dấu với quỹ đạo Hiện nay, các thuật toán LKĐD phổ biến nhất là nhóm các

thuật toán Bayess và không Bayess Với nhóm các thuật toán không Bayess, các giả

thuyết về hợp nhất được xây dựng trên cơ sở giả thiết về tính chân thực của một trong

số các điểm dấu và không đưa ra bất kỳ giả thiết nào về các điểm dấu khác Với nhóm

các thuật toán Bayess, khi ước lượng trạng thái động học của đối tượng, thuật toán sẽ

phải tính tới các giả thuyết không chỉ liên quan tới điểm dấu hiện thời thứ k mà ở tất cả

các chu kỳ cập nhật trước đó

1.3 Một số vấn đề trong bài toán xử lý ảnh mục tiêu trên biển

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Để giảm số lượng tính toán mà không làm giảm chất lượng bài toán ước lượng ĐDĐD, nhiều tác giả nhị phân hóa ảnh ra đa Ưu điểm của phương pháp nhị phân ảnh ra đa là đơn giản, tốc độ tính toán nhanh Nhược điểm của phương pháp này là có thể bỏ sót mục tiêu khi giá trị cường độ cực đại nằm dưới ngưỡng [15], [23], [47], [64]

Ngoài phương pháp nhị phân hóa ảnh ra đa một mức như đã phân tích ở trên, trong công bố của mình, Селезнева О.В [99] nghiên cứu chia các vùng ảnh ra đa thành ba vùng theo mức năng lượng Trên Hình 1.10 thể hiện ưu điểm khi sử dụng nhiều mức ngưỡng khác nhau để phát hiện mục tiêu biển Với ảnh của 3 mục tiêu có cường độ khác nhau: mục tiêu phản xạ mạnh, mục tiêu phản xạ trung bình và mục tiêu phản xạ yếu Nếu sử dụng ngưỡng cố định (tương ứng với ngưỡng nhị phân hóa ảnh ra đa), giả sử ngưỡng được lựa chọn đánh dấu bằng nét liền, có thể xảy ra trường hợp bỏ sót mục tiêu phản xạ yếu Cũng với 3 mục tiêu như trên khi sử dụng nhiều ngưỡng, giả sử sử dụng

5 ngưỡng, sẽ giảm xác suất bỏ sót mục tiêu nhất là đối với mục tiêu có phản xạ yếu

Ngưỡng cố định

Nhiều ngưỡng

Hình 1.10 Minh họa ưu điểm khi sử dụng nhiều ngưỡng phát hiện mục tiêu

Trong các công trình công bố Jaya Shradha [30] và Селезнева О.В [105], các tác giả

đề xuất các thuật toán phân cụm ĐDĐD bằng các thuật toán K-means, C-means Đối với bài toán lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa sử dụng bộ lọc Wiener [35] và các dạng bộ lọc Kalman [7], [8], [75]

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Năm 2020, Tập đoàn Viettel nghiên cứu thiết kế chế tạo ra đa cảnh giới biển tầm trung VRS-CSX Quan sát ảnh mục tiêu trên Hình 1.12, các điểm chói của mục tiêu biển thăng giáng qua các chu kỳ liên tiếp nhau cho thấy tín hiệu phản xạ về bị ảnh hưởng nhiều từ nhiễu động của biển Tuy nhiên, ảnh ra đa mục tiêu đa điểm chói trên biển vẫn được đưa

về mục tiêu điểm cung cấp ĐDĐD cho bộ lọc, bám quỹ đạo

Hình 1.12 Hình ảnh mục của đài ra đa VRS-CSX tại Trạm C500 Đồ Sơn

Năm 2023, Học viện KTQS cải tiến đài ra đa NSC34, việc xử lý mục tiêu đa điểm chói cũng đưa về tâm ảnh tức là vẫn coi mục tiêu trên biển là mục tiêu đơn điểm chói

Hình 1.13 Màn hình ra đa NSC34 tại trạm C500-Đồ Sơn

Hình 1.14 Quỹ đạo sau lọc, bám của các mục tiêu biển Quan sát trên màn hình đài ra đa Rangout cải tiến (Viện Ra đa/Viện KHCNQS) quỹ đạo sau lọc, bám không đúng với chuyển động của mục tiêu do sai số bài toán ước lượng ĐDĐD (Hình 1.14) Chính vì vậy, bài toàn lọc, bám quỹ đạo vẫn tồn tại những những những nhược điểm như sau:

- Tọa độ tâm chùm của mục tiêu thường sai số sau mỗi vòng quét ăng ten Do trong khoảng thời gian 1 vòng quét ăng ten mục tiêu biển không đi hết quãng đường bằng chiều dài thân tàu (30350 m);

- Giá trị và phương của véc tơ vận tốc thăng giáng lớn gây mất bám (Hình 1.13);

- Quỹ đạo mục tiêu dích dắc, cùng một mục tiêu xuất hiện nhiều quỹ đạo với phương chuyển động khác nhau (Hình 1.14)

1.4 Định hướng nghiên cứu

1.4.1 Nâng cao độ chính xác đo bằng phương pháp xử lý ảnh ra đa

Tiếp cận giải quyết bài toán nâng cao độ chính xác đo dựa trên cơ sở xử lý ảnh ra đa theo thời gian thực Khi xử lý ảnh chân dung ra đa sẽ dẫn tới các điểm tồn tại sau:

1 Mục tiêu trên biển thường thuộc lớp các mục tiêu đa điểm chói, khi thực hiện xử lý ảnh chân dung ra đa của cùng một mục tiêu bị phát hiện, sẽ có nhiều điểm dấu đều được xem là “chân thực” được xác nhận trong cùng một chu kỳ quan sát T qs

Theo những thuật toán phát hiện xử lý số kinh điển được tổng hợp bằng phương pháp

thử nghiệm liên tiếp mô hình điển hình là thuật toán l/ (m−k) hoặc thuật toán CFAR với những biến thể khác nhau đều dẫn tới việc độ chính xác ước lượng tham số tọa độ mục tiêu bị giảm với các cấp độ khác nhau Chính vì vậy cần thuật toán hiệu quả nhằm nâng cao độ chính xác ước lượng ĐDĐD mục tiêu để đưa vào bộ lọc, bám quỹ đạo đối với các mục tiêu đa điểm chói

2 Việc hình thành ảnh ra đa phân giải cao có thể bổ sung thêm thuộc tính cường độ tín hiệu phản xạ từ các điểm chói đóng vai trò như tham số tọa độ thứ ba là tham số định lượng trong bài toán tính toán để nâng cao độ chính xác đo, ước lượng tham số điểm dấu đại diện mục tiêu trênbiển

1.4.2 Tổng hợp thuật toán phân cụm điểm chói của mục tiêu biển

Vấn đề đặt ra là từ những dữ liệu ảnh ra đa thu được, sau khi xử lý sẽ hình thành "đa điểm chói" cần xác định các điểm chói nào thuộc mục tiêu nào từ đó ước lượng một ĐDĐD cho mục tiêu

Trên cơ sở tổng hợp và phân tích các kết nghiên cứu có liên quan và đặc biệt có tính tới

độ chính xác, tính thời gian thực xử lý, cách tiếp cận nghiên cứu trong luận án là ứng dụng

kỹ thuật xử lý ảnh ra đa độ phân giải cao kết hợp với các giải thuật của phân cụm dữ liệu, mỗi cụm dữ liệu bao gồm các điểm chói thuộc một mục tiêu Đặc biệt là đối với trường hợp chưa biết số lượng cụm (hay nói cách khác là số lượng mục tiêu)

1.4.3 Tổng hợp thuật toán lọc, bám quỹ đạo mục tiêu trên biển

Hiện nay, thì lọc Kalman vẫn là công cụ hiệu quả nhất được ứng dụng cho các bài toán lọc, bám và phát triển quỹ đạo Trong luận án vẫn sử dụng lọc Kalman đảm bảo tính thời gian thực cung cấp thông tin, dữ liệu đầu ra về quỹ đạo Luận án tập trung nghiên cứu ứng dụng các thông tin hữu ích của mục tiêu "đa điểm chói" vào xử lý LKĐD nhằm nâng cao

độ chính xác, đồng thời tăng tốc quá trình xử lý phục vụ cung cấp thông tin thời gian thực cho công tác chỉ huy và điều khiển

Độ chính xác của quỹ đạo lọc, bám chủ yếu được quyết định bởi độ chính xác của nguồn

dữ liệu đầu vào cho bộ lọc XLQĐ, đó chính là điểm dấu đại diện của mục tiêu Với tình huống tác chiến phức tạp khi các mục tiêu cơ động chiến đấu, vẫn có thể xuất hiện hiện tượng lọc, bám nhầm quỹ đạo do khoảng cách vật lý giữa hai mục tiêu tương đồng với kích thước tới hạn của cửa sóng lọc, bám quỹ đạo Để giải quyết vấn đề đã nêu, cách tiếp cận trong phần nghiên cứu này là ứng dụng lý thuyết khai thác tối đa tính chất "đa điểm chói"

để xử lý tính huống tranh chấp nêu trên

Trên cơ sở tổng hợp các kết quả nghiên cứu thu được, sẽ thực hiện tổng hợp thuật toán lọc, bám và phát triển quỹ đạo, kiểm nghiệm tính đúng đắn bằng phương pháp mô phỏng

có sử dụng bộ dữ liệu đo lường thực nghiệm

1.5 Phương pháp thực hiện và đánh giá kết quả nghiên cứu

1.5.1 Cở sở dữ liệu mục tiêu đa điểm chói trên biển

Dữ liệu về ảnh ra đa được sử dụng trong luận án được cung cấp bởi ra đa Marine Coast Watcher 100 [54], theo tiêu chuẩn dữ liệu ASTERIX CAT-240, CAT-10 sử dụng phần mềm Wireshark [17], [20], [24]

Dữ liệu ảnh về mục tiêu ra đa trên biển là ma trận điểm dấu A có kích thước N hàng,

M cột (Hình 1.15)

Hình 1.15 Ma trận điểm dấu của ảnh mục tiêu ra đa

1.5.2 Phương pháp thực hiện và đánh giá kết quả nghiên cứu

Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo các trình tự thể hiện ở Hình 1.16, phân tích

và đánh giá kết quả dựa trên dữ liệu ảnh ra đa thực tế Kết quả nghiên cứu được đánh giá và kiểm nghiệm bằng mô phỏng thực hiện trên phần mềm Matlab

Tiền xử lý ảnh mục tiêu đa điểm chói, ước lượng toạ độ đa điểm chói bằng phân lớp ảnh

Phân cụm điểm chói cho mỗi mục tiêu (Đề xuất thuật toán mới)

Ước lượng điểm dấu đại diện (ĐDĐD) và trích

xuất tham số của mục tiêu

- Lọc, bám đơn mục tiêu đa điểm chói

- Lọc, bám nhóm mục tiêu đa điểm chói

(Đề xuất thuật toán mới )

Hình 1.16 Phương pháp thực hiện và đánh giá kết quả nghiên cứu

1.6 Kết luận chương 1

Chương 1 nghiên cứu cơ sở lý thuyết liên quan tới bài toán lọc, bám quỹ đạo các mục tiêu trên biển để từ đó xây dựng và hình thành bài toán nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo cung cấp thông tin phục vụ công tác chỉ huy và điều khiển Trong chương hình thành các nội dung nghiên cứu chung cho luận án như sau:

1 Đề xuất phương pháp xử lý ảnh ra đa theo quan điểm mục tiêu đa điểm chói dẫn tới hình thành tập đa điểm chói trong một chu kỳ quan sát

2 Ứng dụng phân cụm điểm chói kết hợp các đặc trưng mục tiêu đa điểm chói nhằm hình thành các cụm điểm chói đại diện cho các mục tiêu biển

3 Sử dụng các đặc trưng đa điểm chói của mục tiêu biển nâng cao độ chính xác ước lượng ĐDĐD mục tiêu, trích xuất các tham số chuyển động của mục tiêu

4 Nghiên cứu thuật toán LKĐD của mục tiêu với quỹ đạo trong bài toán xử lý quỹ đạo

sử dụng các đặc trưng của mục tiêu đa điểm chói

5 Khái quát hóa thuật toán lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển theo thời

gian thực, độ chính xác cao cung cấp thông tin phục vụ công tác chỉ huy và điều khiển Một số nội dung phân tích tổng quan được công bố ở công trình [CT1] trong danh mục các công trình khoa học đã công bố

CHƯƠNG 2 ƯỚC LƯỢNG CÁC THAM SỐ VÀ THUỘC TÍNH ĐIỂM DẤU

CÁC MỤC TIÊU TRÊN BIỂN 2.1 Ước lượng tham số động học mục tiêu dựa trên ảnh nhị phân

2.1.1 Thuật toán tựa tối ưu phát hiện chùm tín hiệu lượng tử nhị phân

Thuật toán không trọng lượng, hoặc đẳng trọng lượng (với các  = ) Khi đó phát i 1

hiện chùm bằng cách đếm số đơn vị chứa trong chùm và so sánh với ngưỡng số K (số

nguyên dương)

=



1

,

M

i i

Trong đó: x i - chuỗi TLN; M - số xung trong chùm TLN; K (số nguyên dương)

Có thể thực hiện kỹ thuật (2.2) sử dụng một bộ đếm và một bộ so sánh số Bộ phát hiện thực hiện thuật toán không trọng lượng (2.2) còn có tên gọi là bộ phát hiện số kiểu

“K/M” Đối với mỗi giá trị M - số TLN trong chùm, tồn tại một ngưỡng số tối ưu Kopt để tổn hao do tích lũy là nhỏ nhất:

𝐾𝑜𝑝𝑡 = { 0,5𝑀

1,5√𝑀

Mục tiêu thăng giáng chậm

(2.3) Mục tiêu thăng giáng nhanh

2.1.2 Thuật toán xác định ngưỡng tối ưu nhị phân hóa ảnh ra đa

Luận án đề xuất áp dụng phương án suy rộng của “Thuật toán tựa tối ưu phát hiện chùm tín hiệu lượng tử nhị phân” để xác định ngưỡng tối ưu nhị phân hóa ảnh ra đa sử dụng dữ liệu ảnh trong từng chu kỳ quét, giúp tăng tốc bài toán xử lý

Dữ liệu mục tiêu đã cho là ma trận A có không gian 3 chiều bao gồm thông tin về ô cự

ly, ô phương vị và mức năng lượng nm Như vậy, suy rộng từ (2.1) cho ma trận ảnh mục tiêu ra đa phân bố trên nhiều ô cự ly và nhiều ô phương vị có thể viết thành dạng:

giải cao, thăng giáng nhanh như sau:

2.1.3 Ước lượng điểm dấu đại diện mục tiêu ra đa

Cơ sở toán học ước lượng ĐDĐD mục tiêu từ ảnh nhị phân mục tiêu ra đa dựa trên

bài toán tìm trọng tâm của hình trụ giới hạn bởi mặt cong f(x,y) và đáy D

theo công thức như sau:

Hình 2.2 Ước lượng tâm của hình khối và bẳn phẳng D

2.1.4 Kết quả ước lượng điểm dấu đại diện dựa trên ảnh nhị phân

a) Đánh giá hiệu quả sử dụng ngưỡng tối ưu nhị phân hóa

Để đánh giá hiệu quả của công thức (2.5) đối với mục tiêu thăng giáng nhanh, thực hiện tính toán ngưỡng tối ưu nhị phân hóa đối với ảnh mục tiêu MT1 qua 16 chu kỳ quét của đài ra đa

Hình 2.4 Tính toán ngưỡng nhị phân hóa ảnh ra đa MT1

Phân tích dữ liệu của ảnh ra đa MT1, đối với ngưỡng (K=0,5T – ngưỡng đối với mục tiêu thăng giáng chậm) ở chu kỳ quét thứ 4, 9, 12, 13, 14, 15 và 16 số điểm ảnh bị cắt đi

chiếm gần 50% so với tổng số điểm ảnh (Hình a) Đối với ngưỡng tối ưu, số điểm ảnh bị cắt đi không nhiều trong cả 16 chu kỳ quét (Hình b)

Số điểm ảnh bị cắt tăng dần tương ứng với các ngưỡng nhị phân lớn, tương ứng với mức

năng lượng trung bình T Nếu tăng ngưỡng nhị phân hóa ảnh ra đa lên thì số điểm ảnh bị

cắt cũng tăng lên Như vậy thông tin về ảnh ra đa sẽ bị mất, dữ liệu ảnh sau nhị phân hóa chỉ còn phần điểm ảnh có mức năng lượng lớn (điểm chói), những điểm chói này lại thăng giáng lớn sẽ dẫn đến việc sai số rất lớn bài toán ước lượng tâm ảnh ra đa

Đối với các mục tiêu có kích thước lớn trên biển, ảnh ra đa có nhiều điểm chói thăng giáng nhanh qua các chu kỳ quét Trên cơ sở phân tích và tính toán, luận án đề xuất lựa

chọn ngưỡng tối ưu K opt = 1,5 T để nhị phân hóa ảnh mục tiêu ra đa với mục đích nén nhiễu nền, mà vẫn đảm bảo giữ đầy đủ thông tin ảnh và nâng cao chất lượng bài toán ước lượng ĐDĐD của ảnh mục tiêu ra đa

b) Kết quả ước lượng điểm dấu đại diện của mục tiêu ra đa

Trên Error! Reference source not found mô tả kết quả nhị phân hóa và ước lượng Đ

DĐD MT1 với ngưỡng tối ưu trong 3 chu kỳ quét 1, 2 và 3 Kết quả cho thấy ĐDĐD của mục tiêu qua các chu kỳ quét phụ thuộc vào số điểm ảnh phân bố của ảnh sau khi nhị phân

Hình 2.11 Kết quả ước lượng ĐDĐD mục tiêu MT1

Trên Error! Reference source not found là kết quả tính vận tốc trung bình và vận tốc t

ức thời (được chuẩn hóa, lấy vận tốc cực đại trong các chu kỳ bằng 1) của mục tiêu qua các

chu kỳ quét Kết quả cho thấy đối với ngưỡng nhị phân hóa theo K Otsu vận tốc trung bình

và vận tốc tức thời thay đổi nhanh qua các chu kỳ, điều này không phù hợp với thực tế khi mục tiêu được chọn chuyển động chậm, hướng di chuyển gần như không thay đổi qua các

chu kỳ Đối với ngưỡng nhị phân hóa theo K opt vận tốc trung bình và vận tốc tức thời của

mục tiêu thăng giáng không nhiều và tương đối ổn định, điều này phù hợp với mục tiêu được lựa chọn Điều này một lần nữa khẳng định ngưỡng tối ưu nhị phân hóa ảnh ra đa được lựa chọn phù hợp cho bài toán xử lý ảnh ra đa có kích thước lớn, thăng giáng nhanh qua các chu kỳ

a) Vận tốc trung bình b) Vận tốc tức thời

Hình 2.13 Ước lượng vận tốc MT1

2.2 Ước lượng điểm dấu đại diện dựa trên sự phân lớp ảnh ra đa

Để nâng cao chất lượng ước lượng ĐDĐD mục tiêu trên biển, luận án đề xuất phương

án xử lý ảnh ra đa theo thời gian thực theo từng chu kỳ quét

Để ước lượng ĐDĐD dựa trên sự phân lớp ảnh ra đa, luận án tập trung vào những vấn

đề chính như sau: giải thuật phân lớp theo mức tín hiệu phản xạ từ mục tiêu trên biển, xác định các vùng chói ảnh ra đa, ước lượng tâm các vùng chói và ĐDĐD trên cơ sở các vùng chói của ảnh ra đa