ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ДАНИЛЮК Ігор Андрійович

УДК.62 – 506.222.001.57

МЕТОД ТА ЗАСОБИ ВІДНОВЛЕННЯ

КВАЗІОПТИЧНИХ ЗОБРАЖЕНЬ ЛІТАКІВ В ЕКСПЕРТНІЙ СИСТЕМІ

КОМПЛЕКСНОЇ ОБРОБКИ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ІНФОРМАЦІЇ

05.13.06 – Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Військової кібернетики та інформатики” Одеського інституту Сухопутних військ міністерства оборони України

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент КУПРІЯНОВ Андрій Борисович, доцент кафедри прикладної математики та обчислювальної техніки

Одеська державна Академія харчових технологій.

Офіційні опоненти: –

доктор технічних наук, професор ЯЩУК Леонід Омелянович, завідувач кафедри мереж і систем поштового зв'язку Одеської національної академії зв'язку ім.О.С.Попова;–

кандидат технічних наук, доцент КРІСІЛОВ Віктор Анатолійович, завідувач кафедри системного програмного забезпечення Одеського національного політехнічного університету.

Провідна установа : Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"

Захист відбудеться “ 9 ” січня 2002 р. о 1330 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01 Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, проспект Шевченка, 1, ауд. 400 – А.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, проспект Шевченка, 1.

Автореферат розісланий “ 8 ” січня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, професор Ямпольський Ю.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

У сучасних інформаційних системах (системах управління повітряним рухом, системах протиповітряної оборони) однією з розв'язуваних задач є розпізнавання об'єктів спостереження, тобто визначення класу, до якого відноситься той чи інший об'єкт і його ідентифікація, тобто встановлення типу конкретного зразка об'єкта спостереження.

Класифікація об'єктів спостереження здійснюється в залежності від задач, розв'язуваних споживачем інформації в різних постановках і, отже, у рамках різних методологічних підходів.

Класифікація об'єктів спостереження може здійснюватись по сукупності їхніх ознак, обумовлених технічними характеристиками засобів радіолокаційного спостереження, отже, структурно-параметричними особливостями радіолокаційних зображень, формованих цими засобами.

Для успішного рішення задачі розпізнавання при спостереженні за повітряними об'єктами в різних системах спостереження (протиповітряної оборони (ППО), управління повітряним рухом УПР) необхідне створення інтелектуалізованної системи (експертної системи або системи, що радить), на основі бази даних, що містить повну й не надлишкову інформацію про об'єкти спостереження, що спостерігаються.

Актуальність теми обумовлена тим, що при спостереженні за повітряними об'єктами в різних системах потрібна різна класифікація повітряних об'єктів, тобто, потрібні різні еталони й алгоритми обробки інформації в системах розпізнавання. Створення еталонів для розпізнавання представляє дуже складну задачу, тому що не усі вимірювані параметри повітряних об'єктів, що спостерігаються, відомі, класифікація об'єктів спостереження в різних споживачів інформації розпізнавання різна, створення еталонів для необхідних класів часто неможливо. Створення універсальних систем автоматичного розпізнавання повітряних об'єктів по обмірюваних параметрах за допомогою технічних засобів важко. Отже, для ефективного рішення задачі розпізнавання повітряних об'єктів необхідно створення автоматизованих антропотехнічних систем обробки даних.

Людина здатна вирішувати задачу розпізнавання з високою якістю при візуальному спостереженні рухливих об'єктів. Тому ефективне рішення задачі розпізнавання повітряних об'єктів можливо при представленні людині-оператору оптичного чи морфологічно близького до нього зображення рухливого об'єкта.

Існують два основних типи зображень повітряних об'єктів: оптичне і радіолокаційне.

Оптичне зображення повітряного об'єкту може бути отримане за допомогою оптико-телевізійних систем. Основними недоліками оптико-телевізійних систем формування зображення є:

- сильна залежність якості зображення об'єкта спостереження від атмосферних умов і від часу доби, що визначають оптичну видимість на трасі руху;

- відносно малі дальності дії;

- залежність якості зображення від траєкторії та швидкості польоту об'єкта.

Радіолокаційне зображення повітряного об'єкта може бути отримане в РЛС із високими здібностями по дальності і кутових координатах. Основними недоліками цього зображення є:

- суттєва морфологічна відмінність радіолокаційного зображення від оптичного в більшості випадків (у діапазоні роботи сучасних РЛС (метрового і дециметрового діапазону)), що вимагає високої кваліфікації обслуговуючого персоналу систем радіолокаційного спостереження;

- складність формування зондувального сигналу й обробки відбитого сигналу;

- залежність якості зображення від траєкторії польоту об'єкта спостереження (для РЛС із синтезованою апертурою), а також від діапазону довжин хвиль, використовуваних для опромінення об'єктів спостереження;

- складність і громіздкість антенних систем, а також систем формування й обробки радіолокаційної інформації, висока їхня вартість і недостатня надійність, що вкрай обмежує їхнє широкомасштабне використання.

В оптичному і радіолокаційному діапазоні розсіяний повітряним об'єктом сигнал формується тими самими його елементами (фюзеляж, крило, хвостова частина, двигуни), тому є взаємозв'язок між оптичним зображенням повітряного об'єкта і параметрами відбитого їм радіолокаційного сигналу. Тому представляється можливим за обмірюваним значенням радіолокаційних характеристик об'єкта спостереження з урахуванням знань про типове компонування літака (взаємозв'язку його різних елементів) відновити зображення повітряного об'єкта, близьке до оптичного (надалі квазіоптичне зображення (КОЗ)) і потім вирішувати задачу розпізнавання класу об'єкта спостереження по отриманому зображенню за участю людини-оператора чи без нього в різних системах обробки інформації.

Звя'зок роботи з науковими програмами, планами, темами:

Наукові результати отриманих досліджень були реалізовані в матеріалах науково–дослідницької роботи Одеського інституту Сухопутних військ і штабу озброєння Південного Оперативного командування по модернізації, удосконаленню та розвитку озброєння та військової техніки Сухопутних військ Збройних сил України “Експериментальні дослідження повнопрозорих протирадіолокаційних покрить озброєння та військової техніки сухопутних військ” (шифр “Іподром–3”) [2].

Метою роботи є розробка методу і засобів відновлення квазіоптичних зображень літаків за даними технічних засобів вимірювання.

Відповідно до цієї мети в роботі вирішуються наступні задачі:

1. Морфологічний аналіз (сегментація) оптичних зображень літаків з метою вибору основних елементів зображення.

2. Визначення доступних радіолокаційному виміру фізичних параметрів повітряного об'єкту, по яким можливе відновлення квазіоптичного зображення.

3. Розробка бази знань про взаємозв'язок обмірюваних параметрів об'єкта спостереження і типів елементів його квазіоптичного зображення.

4. Синтез алгоритмів відновлення елементів зображення по обмірюваним радіолокаційним характеристикам.

5. Створення експертної системи відновлення квазіоптичних зображень літаків.

6. Аналіз залежності якості зображення від кількості обмірюваних параметрів (радіолокаційних характеристик) літака і точності їхнього виміру.

Об'єкт дослідження – експертні системи обробки вимірювальної інформації.

Предмет дослідження – експертна система відновлення зображень об'єктів, що візуально не спостерігаються (у даному випадку: літаків) по вимірах, отриманим за допомогою технічних засобів.

Методи досліджень:

Для рішення поставлених задач застосовувалися методи теорії імовірності, теорії прийняття статистичних рішень, методи обчислювальної і прикладної математики, методи структурного й об'єктно–орієнтованого програмування.

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в розвитку та удосконаленню теоретичних і методологічних основ розробки експертних систем відновлення зображень візуально–неспостерігаємих об'єктів за інформацією, яка отримується різноманітними технічними засобами. Новими науковими результатами дисертаційного дослідження є:

1. Розроблена база знань для відновлення КОЗ літаків, в якій знання представлені у вигляді трьох груп правил по типу інформації, яка в них використовується, наступним чином:

1) Правила, які визначають типи елементів КОЗ літака по висотно–швидкісним параметрам його польоту.

2) Статистичні правила, які визначають тип елемента КОЗ літака за вибіркою обміряних значень його продольно–поперечних розмірів, які можуть бути визначені сучасними РЛС.

3) Правила, які визначають типи елементів КОЗ літака по їх взаємній компоновці.

2. Розроблений метод відновлення КОЗ літака на основі інформації, яка змірюється технічними засобами, і бази знань про взаємозв'язок обміряних його параметрів і типів елементів квазіоптичного зображення літака.

3. Розроблений метод оцінки ефективності функціонування експертної системи відновлення КОЗ літаків за розмірами зони невизначеності прийняття рішень, який дозволяє оцінити потрібну точність вимірювання параметрів повітряного об'єкту, що спостерігається.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що створена експертна система відновлення КОЗ літаків без суттєвих додаткових матеріальних витрат може бути використана:

- для одержання додаткової інформації в існуючих системах спостереження за повітряними об'єктами АСУ ППО й УПР, що суттєво підвищить ефективність розпізнавання об'єктів, що спостерігаються, за рахунок застосування створеної експертної системи відновлення КОЗ літаків;

- при створенні нових систем радіолокаційного спостереження, що використовують засоби інтелектуальної підтримки баз комплексування даних для підвищення якості прийняття рішень;

- при побудові тренажерних комплексів для навчання і підвищення кваліфікації обслуговуючого персоналу радіометричних підрозділів і бойових розрахунків комплексів ППО (створена база даних и експертна система були використані для вивчення тактико–технічних характеристик літаків, для навчання та підвищення кваліфікації обслуговуючого персоналу радіометричних підрозділів и бойових розрахунків у військовій частині А0152;

- для розробки нових систем розпізнавання по відновленню близького до оптичного зображення, що використовують не тільки радіолокаційні характеристики об'єктів, що спостерігаються, але і дані від різних систем технічної розвідки (теплової, інфрачервоної, фото, телевізійної та інших) для відновлення зображень повітряних, наземних, надводних, і підводних об'єктів;

- запропоновані алгоритми та програмний продукт впроваджені в навчальний процес Одеського інституту Сухопутних військ і використовуються при вивчені дисциплін по використанню ПЕОМ для рішення військово–прикладних задач.

Особистий внесок здобувача:

Основні результати дисертаційної роботи отримані автором особисто. У роботах, опублікованих у співавторстві, автору належить: [3] – запропонована методика синтезу зображень літаків на основі їх параметрів, що вимірюються радіолокаційними засобами з урахуванням знань про конструкцію літака, розроблено програмне забезпечення, [4] – запропонована структура експертної системи формування квазіоптичних зображень літаків, розроблена динамічна база знань експертної системи, дано пояснення її структури та функціонування, розроблено програмне забезпечення, [5] – запропоновано використання елементів штучного інтелекту для оцінки фоно–цілевої обстановки і управління параметрами приймально–передаючих засобів з метою забезпечення заданої якості спостерігання, [6] – запропоновані алгоритми синтезу зображень літаків за їх параметрами, що вимірюються радіолокаційними засобами, з урахуванням знань про тактико-технічні характеристики та конструкцію літаків, розроблено програмне забезпечення, [7] – запропонований метод формування зображення літака, близького до оптичного за обміряними значеннями траєкторних параметрів і обміряним значенням довжини літака, [8] – запропонований метод перетворення радіолокаційної інформації про повітряний об'єкт, що спостерігається, в оптичне зображення цього об'єкту.

Апробація результатів дисертації:

Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на Другій Національній науковій конференції "Інформатика: теорія, технологія, техніка - ІТТТ - 95" (м.Одеса, 1995), Третьої Національної наукової конференції " Інформатика: теорія, технологія, техніка - ІТТТ - 97" (м.Луцьк, 1997), Четвертої Національної наукової конференції " Інформатика: теорія, технологія, техніка – ІТТТ - 98" (м.Одеса, 1998), Науково-практичної конференції “Оптимізація керування, інформаційні системи і комп'ютерні технології” (м.Одеса, 1999), 60 ювілейній науковій конференції Одеської державної Академії харчових технологій (м.Одеса, 2000), а також обговорення результатів дисертаційних досліджень проводилося на щомісячних науково-технічних семінарах наукових співробітників і ад'юнктів ОІСВ (1998-1999 р.).

Публікації:

Матеріали дисертації опубліковані в 8 друкованих працях, з яких чотири статті – у фахових виданнях, перелік яких затверджений ВАК України [1,3,4,7].

Структура й обсяг дисертації:

Дисертаційна робота містить 148 сторінок основного тексту, 121 малюнок і 28 таблиць. Список використаних джерел містить 103 найменування.

ЗМІСТ РОБОТИ

В введенні обґрунтована актуальність теми, освітлений стан досліджуваного питання, сформульована мета роботи, задачі досліджень, приведені відомості про зміст роботи.

У першому розділі проаналізовані існуючі способи виміру радіолокаційних характеристик (подовжніх і поперечних розмірів, типу двигуна) про спостерігаємі повітряні об'єкти, за даними сучасних засобів радіолокаційної розвідки. Встановлено, що існуючі РЛС здатні оцінювати радіальний і поперечний розміри об'єкту, а також визначати тип двигуна. Визначення всіх радіолокаційних характеристик об'єкту спостереження можливо тільки угрупованням різних РЛС.

Зазначено типи сучасних РЛС, що здатні забезпечити необхідною інформацією. Визначено вимоги до існуючих зразків радіолокаційної техніки, що знаходяться на озброєнні, про необхідну якість виміру радіолокаційних характеристик.

В другому розділі запропоновано для рішення задачі розпізнавання такого повітряного об'єкта як літак відновлювати його КОЗ за даними одержуваним у радіолокаційному діапазоні. Двовимірне зображення літака можна представити як функцію:

(1)

де - i= число елементів об'єкта; Si(x,y)- зображення i-го елемента об'єкта;

Pi(x,y)- функція розміщення i-го елемента об'єкта( Si(x,y)).

Для побудови квазіоптичного зображення необхідно визначити кількість і типи елементів та їхнє взаємне розташування.

Для рішення задачі побудови КОЗ літаків була створена база даних, що містить креслення, фотографії та тактико-технічні характеристики більш 200 різних літаків.

Був проведений морфологічний аналіз зображень літаків, що містяться в створеній базі даних, і були виділені основні елементи КОЗ, що впливають на якість його сприйняття і розпізнавання (тобто зроблена сегментація зображення повітряного об'єкта типу “літак”). Установлено, що кожен літак може бути представлений у вигляді сукупності виділених елементів конструкції Si(x,y): 1)Носова частина ; 2)Крило; 3)Хвостова частина; 4)Тип двигуна.

Функція розміщення i-го елемента об'єкта Pi(x,y) визначає його розташування щодо іншихелементів об'єкта. Тобто Pi(x,y) у цілому, для i=, визначає взаємне розташування (компонування) елементів об'єкта. З аналізу створеної бази даних літаків було встановлено, що Pi(x,y) подібно для всіх типів виділених елементів літаків Si(x,y) (для i= ), за винятком S4, значить для нього і необхідно визначити Pi(x,y).

Носові частини сучасних літаків можуть бути п'яти типів: конусоподібного типу (S11), конусоподібного типу з закругленим кінцем (S12), типу усіченого конуса (S13), циліндричного типу з закругленим кінцем (S14) і з гвинтом попереду (S15).

Крила сучасних літаків можуть бути п'яти типів: трикутного типу (S21), cтріловидного типу (S22), трапецієподібного типу (S23), типу "літаюче крило" (S24) і крило літаків, сконструйованих за схемою "утка" (S25).

Хвостові частини сучасних літаків можуть бути чотирьох типів: хвостова частина з трапецієвідним оперенням (S31), хвостова частина зі стріловидним оперенням (S32), двухкільова хвостова частина (S33) і хвостова частина без керма висоти (S34).

Сучасні літаки можуть мати один із двох типів двигунів: реактивні (S41) і гвинтові (S42). Літаки кожного з виділених типів двигунів (S41 і S42) можуть мати різне розташування. Так для літаків з реактивним типом двигунів (S41) було виділено чотири варіанти розташування: розташування двигуна у фюзеляжі (Р411), розташування двигунів на крилі (Р412), розташування двигунів у хвостовій частині фюзеляжу (Р413), розташування воздухозаборників двигунів, притиснутих до середньої частини фюзеляжу (Р414). А для літаків із гвинтовим типом двигунів (S42) було виділено два варіанти розташування: розташування гвинтового двигуна попереду (Р421); розташування двигунів на крилі (Р422).

У третьому розділі для побудови КОЗ літака досліджені висотно-швидкісні характеристики, подовжні і поперечні розміри і тип двигуна, що можуть бути отримані радіолокаційним способом.

Встановлено зв'язок висотно-швидкісних характеристик з конструкторськими особливостями планера літака і характеристиками його двигунів. У результаті аналізу створеної бази даних існуючих типів літаків, отримані висотно-швидкісні характеристики літаків з різними елементами конструкції Si(x,y). Як приклад на рис.1 представлені висотно-швидкісні характеристики літаків, що мають різні типи носових частин.

Рис.1. Висотно-швидкісні характеристики літаків з різними типами носових частин

Отримані подібні висотно-швидкісні характеристики і для інших елементів КОЗ літака і для різних типів розміщення рухової установки.

Запропоновано методику побудови правил визначення (прийняття рішень) елементів КОЗ літака по висотно-швидкісним характеристикам.

Наприклад (у дужках зазначений коефіцієнт довіри):

1. Якщо швидкість літака більше 1820 км/год чи висота польоту від 15500 м до 22000 м, то в цього літака носова частина конусоподібного типу S11(1) (Кд=1).

2. Якщо швидкість літака більше 1200 км/год, то в цього літака носова частина або конусоподібний тип (S11) (Кд=0.5), або типу усіченого конуса (S13) (Кд=0.5).

3. Якщо швидкість літака понад 1500 км/год і висота польоту понад 17500м, то в цього літака крило стріловидного типу (S22) (Кд=1).

4. Якщо швидкість літака понад 1200 км/год і висота польоту понад 15000м, то в цього літака крило або трикутний тип (S21)(Кд=0.33), або стріловидного типу (S22)(Кд=0.33), або цей літак сконструйований за схемою “утка” (S25) (Кд=0.33).

5. Якщо швидкість літака понад 2450 км/год, то в цього літака хвостова частина без керма висоти (S34) (Кд=1) та інші правила.

Установлено, що при середніх значеннях висоти і швидкості польоту літака неможливо однозначне визначення елементів його КОЗ через перекриття висотно-швидкісних областей літаків з різними типами виділених елементів конструкції (наприклад, правила 2 і 4). Тому для визначення типів елементів КОЗ літака у всьому діапазоні висот і швидкостей було запропоновано використовувати додаткову інформацію. В якості котрої можливо використання інформації про зміряні значення продовжніх та поперечних розмірів літаків. Були побудовані гістограми законів розподілу довжини та відношення довжини до розмаху крила літака для всіх типів елементів його КОЗ та функцій розташування двигунів. На рис.2, як приклад, представлена гістограма розподілу довжини для літаків з носовою частиною типу S13.

Закони розподілу довжини і відношення довжини до розмаху крила літака для виділених типів елементів КОЗ та функцій розміщення двигунів літака були апроксимовані нормальними законами. На рис.3, як приклад, представлені отримані апроксимовані закони розподілу довжини літака для різних типів носової частини.

Рис.2. Гістограма закону розподілу довжини літака для третього типу носової частини (S13)

З рис.3 видно, що закони розподілу довжини літака для різних елементів різні, отже, мається принципова можливість, використовуючи статистичну теорію прийняття рішень, визначати тип носової частини по вибірці обмірюваних значень довжини літака.

Рис.3. Закони розподілу довжини літака для різних типів носової частини

Аналогічні закони розподілу довжини і відношення довжини до розмаху крила літака були отримані і для всіх інших типів виділених елементів конструкції КОЗ літака і для різних типів розміщення елементів КОЗ літаків. Закони розподілу довжини і відношення довжини до розмаху крила літака були апроксимовані нормальними законами. При перевірці відповідності нормальності для більшості гістограм рівень значимості не перевищував 10%, при довірчій імовірності не менш 95%.

Таким чином, у результаті дослідження продовжніх і поперечних розмірів літаків з різними типами КОЗ. Було встановлено, що літаки з різними типами елементів КОЗ мають різні продовжні і поперечні розміри і, отже, по вибірці обмірюваних значень довжини і(чи) відношення довжини до розмаху крила літака можна визначити тип елемента його КОЗ. Запропоновано методику побудови правил прийняття рішень про тип елемента КОЗ літака по вибірці обмірюваних значень довжини і відношення довжини до розмаху крила літака. Методика побудови правил, що дозволяють по вибірці обмірюваних значень довжини і відношення довжини до розмаху крила літака, визначати тип елемента його КОЗ, реалізована в базі знань ЕС відновлення КОЗ літака.

Запропоновано методику визначення елементів КОЗ Si(x,y) по їхньому взаємному компонуванню з коефіцієнтом довіри по загальній базі даних. Приклади правил приведені в таблиці 1.

Для розпізнавання приведених елементів літака і побудови по ним КОЗ літака за даними, одержуваними за допомогою радіолокаційних засобів (траєкторним ознакам і розмірам літака) була побудована експертна система структурна схема якої приведена на рис.4.

Таблиця 1

Взаємне компонування елементів КОЗ літака

№ п/п УМОВА (тип елемента КОЗ літака) РІШЕННЯ (тип елемента КОЗ літака) КОЕФІЦІЄНТ ДОВІРИ (прийняття рішення)

1 S14 S31 0.9

2 S11 S42 0.92

3 S21 S11 0.97

4 S24 S34 1

5 S21 S42 1

6 S33 S11 1

7 S31 S23 1

8 S32 S42 0.97

9 S41 S14 1

Призначення окремих елементів ЕС.

Апріорні дані це апріорні відомості про літаки, що спостерігаються, і служать для формування робочої бази даних.

Блок формування вхідних даних являє собою пристрій перетворення вхідних даних (характеристик повітряного об'єкта, що спостерігається, обмірюваним радіолокаційним способом і впливають на формування його КОЗ) до необхідного виду, прийнятому для введення в ЕС. До характеристик повітряного об'єкта, що спостерігається, відносяться: траєкторні ознаки (висота і швидкість польоту літака), продовжно–поперечні розміри об'єкта, що спостерігається, (довжина і розмах крила літака), тип двигуна (гвинтовий, реактивний).

Перетворення і введення даних у ЕС може здійснювати людина, що вводить інформацію у виді числових даних. Оскільки ЕС реалізована на персональному комп'ютері (ПК), то інформація про обмірювані характеристики спостерігаємого об'єкта, що надходить від різних РЛС повинна бути перетворена до єдиного виду. У найпростішому випадку блок формування вхідних даних може являти собою систему зв'язку з різними РЛС. Інформація від РЛС може надходити по телефонним чи телекодовим каналам, прийматися людиною-оператором і вручну вводитися в ПК. При наявності АСУ блок формування вхідних даних може являти собою пристрій на вході ПК, що узгоджує електричні й інформаційні параметри ліній зв'язку і вхідних портів ПК.

База даних створена в СКБД Access, що входить у пакет програм Місrоsоft Office і містить тактико-технічні характеристики, креслення, малюнки, фотографії більш 200 різних літаків.

Механізм висновку являє собою програмно-реалізований алгоритм прийняття рішень, що на основі вхідної інформації, що надходить, попередньо перетвореної в блоці формування вхідних даних, на основі наявної бази даних літаків і бази знань, визначає типи елементів КОЗ.

База знань містить знання у вигляді продукційних правил з коефіцієнтами довіри для відновлення КОЗ літака.

Продукційні правила бази знань можуть бути представлені в такий спосіб: ЯКЩО умова, ТО дія Кд = число

де умова - логічне вираження, значенням якого може бути істинність чи хибність тверджень, у залежності від типу правила; рішення - рішення про номер елементу КОЗ літака; число - числове значення коефіцієнта довіри (Кд), що приймає значення від 0 до 1.

Усі закладені в Базу знань правила можна розділити по типу використаної в них інформації в такий спосіб:

4) Правила, що визначають типи елементів КОЗ літака Si у залежності від його висоти і (чи) швидкості польоту. У цьому випадку: умова – це інтервал, у якому може знаходитися обмірюване значення висоти і (чи) швидкості польоту. Дія – це тип елемента Si, що відповідає даному діапазону висоти і (чи) швидкості польоту. Коефіцієнт довіри Кд у цьому випадку дорівнює величині зворотній загальному числу типів елементів Si КОЗ літака, що відповідають даному діапазону висоти і (чи) швидкості польоту.

5) Статистичні правила, що визначають тип елемента КОЗ літака Si, по вибірці обмірюваних значень його розмірів (довжини і (чи) відношення довжини до розмаху крила), що можуть бути визначені сучасними РЛС. У цьому випадку умова – це достатня статистика для вибірки обмірюваних розмірів літака. Дія – це тип елемента КОЗ літака Si, обумовлений по достатній статистиці. Коефіцієнт довіри Кд у цьому випадку розраховується, як імовірність прийняття даного рішення.

6) Правила, що визначають типи елементів КОЗ літака Sk по взаємному компонуванню елементів Si. У цьому випадку: умова – це тип елемента КОЗ літака Si, а дія – це тип елемента КОЗ літака Sk, що може відповідати типу елемента Si, зазначеному в умові. Коефіцієнт довіри Кд у цьому випадку дорівнює відношенню кількості літаків у базі даних, з типом елемента Si і Sk, до загальної кількості літаків з типом елемента Si.

Протокол формування побудови КОЗ являє собою послідовність продукційних правил бази знань, що були використані для відновлення КОЗ літака в кожному конкретному випадку.

Блок квазіоптичне зображення літака служить для побудови КОЗ літака, що спостерігається, по номерам елементів його зображення.

Створена ЕС припускає введення інформації вручну людиною-оператором. Створена експертна система дозволяє за апріорною інформацією про можливі типи об'єктів, що можуть з'явитися в зоні спостереження групи РЛС створити робочу базу даних про тактико-технічні характеристики цих об'єктів на основі загальної бази даних. По робочій базі даних динамічно виробляються розрахунки і формулюються правила для бази знань, які використовуються для побудови КОЗ. За рахунок цього зменшується число альтернатив, що веде до підвищення якості зображення. Зображення в розробленій ЕС будується при одержанні інформації про параметри руху об'єкту спостереження хоча б від однієї РЛС, а в міру введення додаткової інформації про радіолокаційні характеристики цього об'єкту, отриманих різними РЛС, його зображення уточнюється.

Приклад синтезованого квазіоптичного зображення літака (праворуч), отримане при введенні інформації про висоту, швидкість польоту і продовжніх і поперечних розмірах, і відповідного йому оптичного зображення літака (літака F-15) (ліворуч) приведені на рис.5.

Таким чином, створена на основі розробленої бази знань ЕС дозволяє одержувати КОЗ, близькі до реальних оптичних зображень при спостереженні літака зверху.

Експертна система може працювати на ПЭВМ із процесором типу Intel 80486 і вище, під керуванням операційної системи Windows-95 і вище.

Рис.5

У четвертому розділі в результаті запропонованих методик оцінки якості роботи експертної системи відновлення квазіоптичного зображення літака, було встановлене наступне:

- якість ухвалення рішення про тип елемента КОЗ тим вище, чим більше інформації надходить на вхід ЕС;

- задаючи рівень імовірності ухвалення правильного рішення про елемент КОЗ літака р = 0.8, можна затверджувати, що урахування інформації про довжину мети приводить до зниження області невизначеності ухвалення рішення про елемент КОЗ (областю невизначеності будемо вважати область, в якій імовірність прийняття правильного рішення про елемент КОЗ РпрЈ0,9) об'єкту спостереження як мінімум у 3 рази;

- при прийнятті рішення про елемент КОЗ літака за обмірюваним значенням довжини і відношенню довжини до розмаху крила літака й обчисленні коефіцієнта довіри прийняття цього рішення всі обчислення повинні бути автоматизовані;

- використання робочої бази даних, формованої по відомому діапазону продовжніх розмірів об'єкту, що спостерігаються, дозволяє зменшити число альтернатив типів елементів КОЗ, що приводить до підвищення імовірності розпізнавання цих елементів.

- визначивши один з елементів конструкції літака, можна, у деяких випадках, з високою вірогідністю визначити й інші, тобто, взаємний облік різних радіолокаційних характеристик повітряної об'єкту, що спостерігається, дозволяє підвищити якість ухвалення рішення про виділений тип елемента КОЗ цього об'єкту.

Розроблені методи підвищення якості ухвалення рішення про тип елемента КОЗ літака використані в експертній системі відновлення КОЗ літака.

ВИСНОВКИ

1. У результаті морфологічного аналізу оптичних зображень літаків, що маються в створеній базі даних було встановлено, що двомірне зображення літака, створюване для рішення задач розпізнавання оператором, можна представити як функцію .

2. Кожен літак може бути представлений у виді сукупності наступних елементів конструкції : носової частини (один з п'яти типів S11 - S15), крила (один з п'яти типів S21 -S25), хвостової частини (один з чотирьох типів S31-S34), тип двигуна (S41 - S42).

3. Функції розміщення Pi(x,y) елементів КОЗ подібні для всіх типів літака, за винятком двигунів для яких і були визначені функції розміщення.

4. Були визначені три типи правил бази знань ЕС для відновлення квазіоптичних зображень літаків.

5. Розроблено механізм формування правил бази знань, що дозволяє за даними про тип одного з елементів КОЗ літака визначати інші його елементи конструкції.

6. Розроблено алгоритми автоматизованої обробки бази даних, що припускають створення РБД на основі загальної БД, апріорних даних і вхідної інформації, визначення параметрів законів розподілу довжини і відносини довжини до розмаху крила літака для різних типів елементів КОЗ літаків, визначення границь прийняття рішень про тип елемента КОЗ літака при обчисленні коефіцієнта довіри.

7. Створено експертну систему для відновлення КОЗ літака по його обмірюваним параметрам.

8. Розроблено методику оцінки залежності якості функціонування ЕС від кількості вхідної інформації (висоти, швидкості польоту, про продовжні та поперечні розміри літака, що спостерігається). При наявності інформації про продовжні і поперечні розміри літака, що спостерігається, область невизначеності ухвалення правильного рішення про тип елемента Si, у порівнянні з областю невизначеності при відсутності такої інформації зменшується в 2,5 - 3 рази.

9. Розроблено методику оцінки якості функціонування ЕС відновлення КОЗ літака від кількості і точності незалежних вимірів продовжніх і поперечних розмірів літака, що спостерігається. Для одержання якісного КОЗ (при імовірності ухвалення рішення про елемент КОЗ Рі0.9), необхідна вибірка обмірюваних значень розмірів цього літака порядку 5–7 значень (у залежності від типу елемента КОЗ і реального розміру об'єкта спостереження) при точності виміру s=10м.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Данилюк И.А. Оценка качества работы экспертной системы формирования квазиоптического изображения самолета // Праці УНДІРТ: Теоретичний та науково-практичний журнал радіозв'язку, радіомовлення і телебачення. - Одеса, 2001 - Вип.3(27). - С.54-58.

2. Експериментальні дослідження повнопрозорих протирадіолокаційних покрить озброєння та військової техніки сухопутних військ (шифр “Іподром-3”): Відгук про НДР (Розділ 1) / ОІСВ - Одеса, 1999. - С.8 - 12.

3. Козак Ю.А., Куприянов А.Б., Данилюк И.А. Синтез квазиоптических изображений самолетов по данным радиолокационных средств // Труды Одесского политехнического университета: Научный и производственно-практический сборник по техническим и естественным наукам. - Одесса, 2000 - Вып.3(12). - С.123-126.

4. Куприянов А.Б., Данилюк И.А. Структура и особенности экспертной системы (ЭС) формирования квазиоптического изображения (КОИ) самолетов // Праці УНДІРТ: Теоретичний та науково-практичний журнал радіозв'язку, радіомовлення і телебачення. - Одеса, 2001 - Вип.1(25). - С.75-78.

5. Куприянов А.Б., Данилюк И.А. Цифровое управление зондирующим сигналом систем технического зрения // " Інформатика: теорія, технологія, техніка - ІТТТ - 95" з галузевою координаційною нарадою Мінмашпрому за науковим напрямком "Датчики фізичних величин та технологія їх виробництва": Матеріали доповідей Другої Національної наукової конференції 30.05.95 - 3.06.95 - Одеса, 1995. - С.88 - 89.

6. Куприянов А.Б., Данилюк И.А. Экспертная система формирования изображений воздушных объектов по их радиолокационным характеристикам // Оптимизация управления, информационные системы и компьютерные технологии: Труды Украинской академии экономической кибернетики (Южный научный центр). - Киев-Одесса: ИСЦ, 1999. - Вып.1. - Ч.1. - С.34-40.

7. Купріянов А.Б., Данилюк І.А. Синтез квазіоптичних зображень літаків за даними засобів радіолокаційної розвідки // Науково-технічний збірник: ОІСВ. - Одеса, 1998. - №4. - Ч.1. - С.48-53.

8. Купріянов А.Б., Захаров В.І., Данилюк І.А. Побудування зображень об'єктів за їх радіолокаційними характеристиками // Науковий вісник ВДУ. Журнал Волинського державного університету ім. Лесі Українки: Фізичні, хімічні, математичні науки, інформатика: ВДУ - Луцьк, 1997. - №4. - С.92 - 93.

Данилюк І.А. "Метод і засоби відновлення квазіоптичних зображень літаків в експертній системі комплексної обробки змірювальної інформації". - Рукопис Дисертації на змагання ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.06 – Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Одеський Державний політехнічний університет, Одеса, 2001. Дисертацію присвячено питанням розробки експертної системи відновлення зображень повітряних об'єктів за даними технічних засобів систем управління повітряним рухом та військ протиповітряної оборони. Пропонуються методики, що дозволяють за обмірюваним значенням радіолокаційних характеристик літаків, що можуть бути отримані сучасними радіолокаційними засобами, (траєкторні характеристики (висота і швидкість польоту), подовжні і поперечні розміри, тип двигуна), з урахуванням знань про типове компонування літака і взаємозв'язку його різних елементів відновлювати зображення мети, близьке до оптичного (квазіоптичне) і потім вирішувати задачу розпізнавання класу мети за участю людини оператора. Розроблено динамічну базу знань про закономірності перетворення радиолокационно вимірюваних параметрів об'єкта спостереження в параметри його квазіоптичного зображення (КОЗ). Приведено результати роботи ЕС відновлення КОЗ літаків. Розроблено основні шляхи підвищення якості прийняття рішень про елемент КОЗ літака. Розроблено методику оцінки залежності якості функціонування ЕС від вхідної інформації. Розроблено методику оцінки якості функціонування ЕС відновлення КОЗ літака від кількості і точності незалежних вимірів подовжніх і поперечних розмірів мети.

Ключові слова: квазіоптичне зображення, експертна система, база даних, база знань, робоча база даних.

Daniluyk I.А. "Method and means of recovery quasi-optical images of airplanes in the consulting model of integrated manufacturing of the measuring information ". - Manuscript of a Thesis on competition science degree of the candidate of technical science on a specialty 05.13.06 - Automized control systems and progressive information techniques. - Odessa institute of an Infantry troops, Odessa, 2001. A thesis is devoted to problems of development of the consulting model of nstitute of an Infantry troops, Odessa, 2001. A thesis is devoted to problems of development of the consulting model of reconstruction of airplanes images on the data of radar devices of Air Defense Troops and Air Control Traffic. The procedures permitting on measured values of radar performances of airplanes are offered which can be obtained by modern radar tools, (trajectory performances (altitude and flying speed), length and cross-sectional sizes, type of a engine), depend on knowledge of typical layout of an airplane and correlation of its different devices to recover the image of the purpose, close to optical (quasi-optical) and then to decide a problem of recognition of a class of the purpose with participation of the man of an operator. The dynamic knowledge base about regularities of transformation radar data of measured parameters of the purpose in parameters it quasi-optical image (QOI) designed. The outcomes of activity expert system (ES) of shaping QOI of airplanes are adduced. The main paths of improvement of the quality of decision making about a device QOI of an airplane designed. The procedure of an estimate of relation of quality of operation ES from the input information designed. The procedure of an estimate of quality of operation ES of recovery QOI of an airplane from quantity and exactitude of independent measuring of longitudinal and cross-sectional sizes of the purpose designed.

Key words: quasi-optical image, consulting model, database, knowledge base working database.

Данилюк И.А. "Метод и средства восстановления квазиоптических изображений самолетов в экспертной системе комплексной обработки измерительной информации". - Рукопись Диссертации на соискание ученной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Одесский Государственный политехнический университет, Одесса, 2001. Диссертацию посвящено решению вопросов разработки экспертной системы восстановления изображений воздушных объектов по данным современных технических средств. В современных информационных системах (системах управления воздушным движением (УВД), системах противовоздушной обороны (ПВО)) одной из решаемых задач является распознавание объектов наблюдения, то есть определение класса, к которому относится тот или иной объект и его идентификация, то есть установление типа или конкретного образца объекта наблюдения. Классификация объектов наблюдения производится в зависимости от задач, решаемых потребителем информации в различных постановках и, следовательно, в рамках различных методологических подходов. Следовательно, для успешного решения задачи распознавания при наблюдении за воздушными объектами в различных системах наблюдения (системах УВД, ПВО) необходимо создание интеллектуализированной системы (экспертной системы (ЭС) или советующей системы), на основе базы данных, содержащей полную и, в то же время, не избыточную информацию о наблюдаемых объектах наблюдения.

Имеется взаимосвязь между оптическим изображением воздушного объекта и параметрами отраженного им радиолокационного сигнала. Поэтому представляется возможным по измеренным значениям радиолокационных характеристик объекта наблюдения с учетом знаний о типичной компоновке самолета (взаимосвязи его различных элементов) восстановить изображение воздушного объекта, близкое к оптическому (квазиоптическое изображение(КОИ)) и затем решать задачу распознавания класса объекта наблюдения по полученному изображению с участием человека оператора или без него в различных системах обработки информации.

В диссертации проанализированы существующие способы измерения радиолокационных характеристик (продольных и поперечных размеров, типа двигательной установки) наблюдаемых подвижных воздушных объектов, использующих данные от современных средств радиолокационного наблюдения. Указаны типы современных РЛС, способных обеспечить базу данных экспертной системы необходимой информацией. Определены требования к существующим образцам радиолокационной техники по необходимому качеству измерения радиолокационных характеристик. Предложено для решения задачи распознавания такого подвижного объекта как самолет восстанавливать его КОИ по данным, получаемым в радиолокационном диапазоне электромагнитных измерений.

Проанализирована морфология форм изображений (сегментация) самолетов, имеющихся в созданной базе данных, и выделены основные элементы КОИ воздушного объекта типа “самолет”. Установлено, что каждый самолет может быть представлен в виде совокупности выделенных элементов конструкции: 1)носовая часть; 2)крыло; 3)хвостовая часть; 4)двигательная установка. Определены типы и функции размещения каждого из элементов КОИ.

Для построения КОИ самолета были исследованы высотно-скоростные характеристики, продольные и поперечные размеры и параметры двигательной установки, значения которых могут быть получены с помощью радиолокационных измерений. Установлена связь высотно-скоростных характеристик с конструкторскими особенностями планера самолета и характеристиками его двигательной установки. Предложена методика построения правил принятия решений для выбора элементов КОИ самолета по высотно-скоростным характеристикам. Исследованы продольно-поперечные размеры самолетов с различными типами элементов КОИ. Предложена методика построения правил принятия решений о типе элемента КОИ самолета по выборке измеренных значений длины и отношения длины к размаху крыла самолета. В результате морфологического анализа форм изображений самолетов установлена взаимосвязь выбранных элементов КОИ изображения самолета друг с другом и предложена методика определения элементов КОИ по их взаимной компоновке.

Для восстановления КОИ самолета по его измеренным радиолокационным характеристикам (высота и скорость полета, продольные и поперечные размеры, тип двигательной установки) была создана ЭС. В данной ЭС по общей базе данных, в зависимости от априорных сведений и в зависимости от поступающей радиолокационной информации формируется рабочая база