От YB
К West
Дата 09.03.2008 01:50:20
Рубрики Современность;

Re: Алгоритм «Рица»

>Приставка "Рица". История создания. От YB К All Дата 03.03.2008 19:56:37. «...С благодарностью приму дополнения, пожелания и высказывания по данному вопросу. Хотелось бы выслушать мнение форумчан, особенно тех, кто был связан с г\а-ми системами... Ю. В. Буковский...»

>Юрий Владимирович. Я как раз из тех, кто был «связан с г\а системами». И если речь идёт о мнении форумчан по существу (то есть о собственно приставке «Рица», а не об околорицинской политике и дрязгах), то я хотел бы попробовать разглядеть в этой работе «революционность и новизну» и составить своё собственное мнение. Но, сами понимаете, мне для этого надо прежде всего иметь доступ к деталями процедуры обработки сигналов! Если знаете как это можно сделать, сообщите. С удовольствием поразмышляю над вопросом. Либо сообщите, пожалуйста, о невозможности раскрытия сведений по этой теме. Спасибо. West.

Алгоритм "РИЦА".

Попробую ответить на Ваши вопросы. Конечно, все тонкости я осветить не смогу. Во первых, я являюсь соавтором работ по разработке алгоритмов и без согласия Курышева не имею права выкладывать их в сеть, надеюсь на понимание в этом вопросе. Во вторых, считаю, что обсуждение на форуме технических деталей несколько не тот путь по которому следует двигаться.
Но по существу. Передо мной лежит оригинал работы Курышева и Сумачёва «Специализированный вычислитель-спектроанализатор для анализа г/а сигналов…». Хочу напомнить, что данная работа была написана в 1982 году. Основная её идея заключалась в обосновании установки на ПЛ аппаратуры УПА, подключаемой к ГАК ПЛ, для более качественного анализа принимаемого г\а сигнала. В работе описывается математика Фурье преобразования, предлагается структурная схема специализированного вычислителя спектра со спектральной обработкой, как спектра, так и профильтрованного вх. сигнала. Дано краткое описание алгоритма обработки.
Цитата: «…усиленный сигнал с выхода канала суммы подаётся на вход спец.вычислителя, где с помощью АЦП преобразуется в цифровой код. Далее цифровой сигнал поступает на цифровой фильтр /ЦФ/, где осуществляется дополнительная префильтрация сигнала в заданной полосе частот или выявление огибающей сигнала. Тип фильтра определяется необходимым затуханием вне полосы, т.е. передаточной характеристикой. Предполагается динамическое управление весовыми коэффициентами фильтра для изменения верхней и нижней границы полосы частот. Целесообразно использование структуры ЦФ с БИХ, как наиболее общей формой структуры ЦФ.
После ЦФ сигнал с согласованной частотой выборок поступает на процессор БПФ. Комплексный вид ДПФ конечной сигнальной реализации позволит вычислить сумму квадратов его мнимой и действительной компонент. Указанная сумма является приближением энергетического содержания сигнала на заданной гармонике, т. е. в совокупности является оценкой энергетического спектра сигнала. Оценка энерг.спектра, в том числе и нестационарного процесса, определяется достаточным усреднением мгновенных спектров сигнала. Мгн.спектром считается энерг.спектр одной конечной реализации. Эффективная оценка обобщённого энерг.спектра квазистационарных процессов получается исходя из теоремы Винера-Хинчина, через обобщённую автокорреляционную функцию процесса /АКФ/. Вычисление АКФ предполагает свёртку сдвинутой входной последовательности. Отсчёты сигнала с выхода ЦФ или АЦП с согласованной частотой выборок поступают на процессор обработки для вычисления АКФ прямым методом или программным путём с помощью процессора БПФ.
Определённый информативный интерес представляет и сам вид АКФ обнаруженного сигнала. Недавние исследования показали эффективность использования для классификации моментных характеристик случайного процесса более высоких порядков. Поэтому следует учесть возможность формирования и этих моментных характеристик.
Существенную трудность для средств аналоговой обработки представляет нормировка сигнала, которая, по нашему мнению, является одним из основных видов предварительной обработки. Только при нормировке вх. последовательности или выходных спектральных образов можно говорить об эффективном автоматизированном сравнении спектров в квадрируемом пространстве. Процессор должен обеспечить реализацию микропрограммы энергетической нормировки любых информационных массивов. Конечность прямоугольного окна или реализации несколько снижает темпы получения оценок спектров, особенно стационарных процессов. Однако следует помнить, что конечность прямоугольного окна в общем случае и определяет возможность оценки обобщённого спектра квазистационарного или нестационарного процессов. Однако несомненно и то, что имеет очевидный интерес использование окна определённого типа, способного представить по одной конечной реализации шумового г\а сигнала усреднённый вид его энергетического спектра…». «…Определённый интерес представляет разность спектрального образа сигнальной реализации и усреднённого образа помехи. Физически предполагается псевдоотделение сигнала от помехи. Это согласуется с линейностью преобразования Фурье, а так же с некоррелированностью фаз узкополосной помехи и сигнала при их возможном наложении. Далее предполагается с помощью процессора обработки «очищенный» от помехи спектральный образ подвергнуть согласованной фильтрации…».
Я привел выдержки из работы, но думаю,что обсуждать здесь нечего. Работа написана 26 лет назад, для того времени она была достаточно передовая. На сегодняшний день идеи в ней изложенные достаточно тривиальные. И так понятно, что дополнительная аппаратура УПА, подключенная к тракту ШП ГАК всё же лучше, чем вообще ничего. Однако хочу заметить, ещё раз, что использование аппаратуры УПА без специальных алгоритмов обработки на универсальной ЭВМ, крайне неэффективно. Я бы даже сказал совершенно бесполезно. Пойти на такой шаг могут только для галочки, дескать у «них» есть в составе комплексов аппаратура УПА и у нас она появилась, и мы не хуже. Но так могут рассуждать только те, кто в море не работал со спектроанализаторами. Эффект от него нулевой. Вся фишка «РИЦЫ» как раз и заключалась в том, что энергетические спектры с УПА поступали на дальнейшую обработку в ЭВМ, с последующим выводом на экран обобщённой информации. По понятным причинам я не могу дать описание именно этой части алгоритма, не уполномочен. Могу только сказать, что алгоритм прост и эффективен. Его необходимо внедрять в существующие г\а системы в виде встроенной или дополнительной аппаратуры, подключаемой к тракту ШП. Кстати, хотелось услышать, что имел в виду mk говоря, что 15 лет назад всё это было сделано. Я точно знаю, что в этой области у нас очень большой провал и никаких перспектив вылезти из этой ямы нет.

С уважением Ю.В.Буковский.
От mk
К YB (09.03.2008 01:50:20)
Дата 12.03.2008 13:04:07

Re: Алгоритм <Рица>

Здравствуйте, Юрий Владимирович!

> Кстати, хотелось услышать, что имел в виду mk говоря, что 15 лет назад всё это было сделано.

Тогда сделан макет комплекса, позволяющий выявлять пространственно-частотные акустические неоднородности с
"нужными" параметрами, в том числе - и с накоплением/анализом. К нынешнему моменту он испытан и его решения
наверняка (могут быть) использованы в существующих ГАК пл.

> Я точно знаю, что в этой области у нас очень большой провал и никаких перспектив вылезти из этой ямы нет.

Я очень плохо знаком с ГАК пл вообще, поэтому не могу оценить ни мнения В.Г.Сугробова
http://nvs.rpf.ru/nvs/forum/2/archive/92/92509.htm , ни рассказов коллег (подтверждённых
http://nvs.rpf.ru/nvs/forum/2/archive/92/92559.htm ) о том, что сделать систему классификации на основе
лодочных ГАК 80-х гг было нельзя (причины - частотный диапазон и пространственная селективность). Но хотелось
бы узнать, были ли:
1. Утверждённые и выполненые программы испытаний "Рицы";
2. Разработанные программы обучения операторов?
3. Почему Ваши разработки не применялись для наиболее перспективной области, где положительный результат мог
бы быть более выраженным - стационарных ГАК?

По поводу провала: http://nvs.rpf.ru/nvs/forum/2/archive/66/66552.htm ... Доклады Морфиза были очень и очень
"на уровне". Последнее, что у нас было: http://rao.akin.ru/r_raoact.htm#part19 Можно сходить на конференцию
http://www.oceanpribor.ru/text/66.htm .

А как Вам такая штука: http://nvs.rpf.ru/nvs/forum/2/archive/70/70092.htm ?
Пример очень старой антенны: http://www.acoustician.ru/rus/hacoustics/digan/digan.shtml В каждом приёмном
элементе - маленькая "Рица".

С уважением, Михаил.

От arch
К YB (09.03.2008 01:50:20)
Дата 09.03.2008 02:24:37

Re: Алгоритм «Рица»

Тут интересная фишка в том, что возможности чистого спектрального анализа в применении к этим задачам в общем-то исчерпаны лет 20 назад. А вот ежели спектр развернуть по времени да приложить к неиу алгоритмы распознавания образов, довольно интересные вещи получаются, особенно если брать не один приемник, а несколько, и смотреть не столько на собственно спектр, сколько на его разницу картинок его временной динамики у разных приемников (например, кое-что видно даже если дискрет в спектре нет вообще).
При таком подходе можно играть параметрами на трех уровнях, традиционной (полу) аппаратно реализованной фильтрации, распознавания характерных признаков на развернутых картинках и дельты этих признаков на картинках с разных источников.

Правда, лучшие специалисты по распознаванию паттернов в квазистанционарном сильно зашумленном сигнала работают на финансовых аналитиков, а не на ВМФ, куда их никакими калачами не заманишь. Да и программисты тут нужны гораздо выше среднего, а с ними та же проблема - 5-10 К$ всяко лучше, чем 10 т.р., да еще и невыездным навечно (:

Опять - все возможно при наличии организации вменяемой и бабла непопиленного, только где ж их взять-то...
От YB
К arch (09.03.2008 02:24:37)
Дата 11.03.2008 00:20:58

Re: Алгоритм «Рица»

>Тут интересная фишка в том, что возможности чистого спектрального анализа в применении к этим задачам в общем-то исчерпаны лет 20 назад. А вот ежели спектр развернуть по времени да приложить к неиу алгоритмы распознавания образов, довольно интересные вещи получаются, особенно если брать не один приемник, а несколько, и смотреть не столько на собственно спектр, сколько на его разницу картинок его временной динамики у разных приемников (например, кое-что видно даже если дискрет в спектре нет вообще).
>При таком подходе можно играть параметрами на трех уровнях, традиционной (полу) аппаратно реализованной фильтрации, распознавания характерных признаков на развернутых картинках и дельты этих признаков на картинках с разных источников.

>Правда, лучшие специалисты по распознаванию паттернов в квазистанционарном сильно зашумленном сигнала работают на финансовых аналитиков, а не на ВМФ, куда их никакими калачами не заманишь. Да и программисты тут нужны гораздо выше среднего, а с ними та же проблема - 5-10 К$ всяко лучше, чем 10 т.р., да еще и невыездным навечно (:

>Опять - все возможно при наличии организации вменяемой и бабла непопиленного, только где ж их взять-то...

Хочу заметить, что спектральный анализ, применительно к боевым г\а системам, устанавливаемым на ПЛ и НК, мало информативен, куда спектры не разворачивай всё одно получишь ноль на выходе. Оператор, использующий аппаратуру УПА, анализирует уже обнаруженный комплексом сигнал и, как правило, осуществляет классификацию цели на слух. А это подразумевает хорошее соотношение С\П в точке приёма. Приставка «РИЦА» была задумана как дополнительный прибор к ГАК, позволяющий обнаруживать и одновременно классифицировать цели, когда не то что на слух цель не слышно, а даже на экране индикатора комплекса её не видно. Я тут ознакомился с историей создания нашей гидроакустики, очень интересно. Оказывается МОРФИЗПРИБОР все проблемы решил. И цифровые комплексы создал, и системы автоматической классификации в Скат внедрил, и буксируемые антенны внедряет и всё у нас замечательно. Я эту песню слышу с 1981 года и, поверьте, слова не меняются. А воз и ныне там. Автоматической классификации нет, т.к. не создано инвариантное признаковое пространство, буксируемая система низкоэффективная, если не сказать более жёстко, цифровая обработка реализует старые алгоритмы, массогабаритные размеры зашкаливают, разрядность АЦП ни в какие ворота не лезет. Да, исследования проводятся, диссертации защищаются, не более того. Акустика это непочатый край для исследований. Не одно поколение учёных может проводить исследования в различных областях и ещё останется. Я эксплуатировал всю эту технику на ПЛ и НК и знаю чего она стоит. Но не будем о грустном. Одним из самых ярых оппонентов внедрению приставки «РИЦА» был как раз МОРФИЗ. Большое ему за это спасибо. Ну это так, зацепило, уж больно всё гладко и сладко расписано, как будто и проблем никаких нет. И от американцев мы не отстаём. Ну это как всегда, любят у нас пыль в глаза пускать.
В настоящее время одними из самых неуязвимых средств доставки ядернoго оружия являются РПК СН. Кому это не понятно? Поэтому их неуязвимость важнейший приоритет заботы государства. Неуязвимость достигается скрытностью, которая, в свою очередь складывается из низкой шумности и эффективных средств г\а наблюдения, обеспечивающих упреждение в обнаружении противника. Победит тот, кто имеет, при одинаковой шумности, наиболее эффективные средства обнаружения и классификации. Поэтому в данной области государство обязано использовать все наработки, предлагаемые различными коллективами и организациями. Ведь у нас так любят говорить, что в России умных людей полно. А попробуй предложить идею, так бизнесмены лучше купят яйца Фаберже, чем профинансируют действительно необходимые работы. Видно для них наиболее выгодное финансовое вложение это яйца. А государство ещё не создало эффективной системы поддержки инновационных проектов, особенно в области военного строительства.
Возвращаясь к алгоритмам информационно-адаптивной обработки г\а сигнала, хочу заметить, что при их разработке рассматривалась следующая модель. Есть источник г\а сигнала, канал распространения и точка приёма антенной в поле собственных помех носителя. Г\а сигнал от цели, поступающий в приёмники антенны, проходит по г\а каналу, искажаясь средой распространения, затухает на различных частотах, искажается эффектом многолучёвости и в точке приёма мы имеем не сигнал, а его обрывочные фрагменты. Наша задача разложить его в узких полосах, накопить, усреднить, нормализовать, извлечь пространственно-информационную составляющую на различных частотах, сформировать признаковое пространство, запомнить в базе данных информационный образ. Ещё раз хочу напомнить, что усреднённый спектр УПА, полученный с канала АСЦ и информационный образ, созданный на основе пространственно-временной обработки усреднённых спектров, совершенно разные статистики. Их сравнивать нельзя. И ещё одно замечание, думаю специалисты его оценят. Разрядность АЦП должна быть не менее 16, иначе неизбежны потери слабых сигналов.
Если есть интерес или какие возражения, готов полемизировать.

С уважением, Ю.В.Буковский.
От arch
К YB (11.03.2008 00:20:58)
Дата 13.03.2008 23:39:00

Re: Алгоритм «Рица»

>...информационный образ, созданный на основе пространственно-временной обработки усреднённых спектров

Ну так и я о том же, только другими словами :) Первичная оцифровка, получение спектров на коротеньких интервалах, развертка по времени, визуализация, выделение характерных признаков операторм, выбор алгоритма распознавания, настройка модулей фильтрации и накопления под этот алгоритм... по моему мнению, без гибкой и настраиваемой визуализации надеяться на прорывные результаты трудно - распознавание образов строится в значительной части на эвристиках, которые из физических и мат. моделей неочевидны.

За последние 15-20 лет цифровая обработка сигналов из эзотерика превратилась в обыденную массовую реальность, соответственно НИ(ОК)Р выросли на 2-3 порядка, терафлопы и терабайты доступны практически школьникам, но все это случилось не у нас. Учитывая, что реалистичный бюджет небольшого(!) программного проекта сегодня измеряется миллионами USD, а ситуацию с кадрами и управлением проектами в ВПК назвать катастрофической может только заядлый оптимист, то, что совморнаука счастливо пребывает если не в каменном, так в бронзовом веке - неудивительно совершенно. Про полный развал даже тех убогих технологических цепочек, которые были в СССРе, уж и говорить нечего.

Лет через 10 мы будем покупать ГАКи и БИУСы у китайцев. Без шуток.
От YB
К arch (13.03.2008 23:39:00)
Дата 14.03.2008 03:01:42

Re: Алгоритм «Рица»

>>...информационный образ, созданный на основе пространственно-временной обработки усреднённых спектров
>
>Ну так и я о том же, только другими словами :) Первичная оцифровка, получение спектров на коротеньких интервалах, развертка по времени, визуализация, выделение характерных признаков операторм, выбор алгоритма распознавания, настройка модулей фильтрации и накопления под этот алгоритм... по моему мнению, без гибкой и настраиваемой визуализации надеяться на прорывные результаты трудно - распознавание образов строится в значительной части на эвристиках, которые из физических и мат. моделей неочевидны.

>За последние 15-20 лет цифровая обработка сигналов из эзотерика превратилась в обыденную массовую реальность, соответственно НИ(ОК)Р выросли на 2-3 порядка, терафлопы и терабайты доступны практически школьникам, но все это случилось не у нас. Учитывая, что реалистичный бюджет небольшого(!) программного проекта сегодня измеряется миллионами USD, а ситуацию с кадрами и управлением проектами в ВПК назвать катастрофической может только заядлый оптимист, то, что совморнаука счастливо пребывает если не в каменном, так в бронзовом веке - неудивительно совершенно. Про полный развал даже тех убогих технологических цепочек, которые были в СССРе, уж и говорить нечего.

>Лет через 10 мы будем покупать ГАКи и БИУСы у китайцев. Без шуток.


Я так понимаю, что под визуализацией Вы подразумеваете трехмерное изображение усреднённых спектров. По координате x частота, по y амплитуда, по z время. На основании полученной во времени картинки оператор выбирает характерные повторяющиеся частоты т.н. временные треки частотных составляющих, анализирует их и на этой основе формирует модули фильтров вх. сигнала. Если я не совсем точно Вас понял, поправте. Но если Вы это имели ввиду, то хочу Вас разочаровать. Алгоритм "РИЦЫ" работает несколько по другому. После усреднения спектров осуществляется нормализация вх. сигнала и выделяется информационный образ в каждом секторе обзора. Как это происходит я описывать не буду, это, как сейчас принято говорить, ноу-хау, а по русски профессиональный секрет. В своё время мы столько раз подробно пытались это объяснить всем кто спрашивал, что языки сломали. Но мне кажется толком так эти принципы никто и не понял. А если и поняли чисто теоретически то не смогли довести до практической реализации. Хотя если быть откровенным, то в Ваших словах есть доля истины. Только Вы остановились на пол пути. Наш алгоритм выполняет ещё ряд очень важных операций без которых практический результат получить не возможно. И не забывайте, что мы расчитывали на эксплуатацию приставки матросом и ЭВМ была ДВК. На ней никакой визуализации трёхмерной графики сделать было невозможно впринципе. Ну а с остальными Вашими замечаниями я вполне согласен. В своё время наши недоучки руководители государства профукали развитие генетики и кибернетики. Не хватило у них образования и мозгов, чтобы оценить всю значимость этих двух направлений в развитии человечества. Поэтому мы сейчас в такой заднице. Истинные масштабы нашего отставания могут оценить только немногие специалисты. Самое страшное для государства это утрата передовых позиций в стратегических технологиях. Ракетостроение, строительство кораблей и ПЛ, самолетостроение, создание индустрии микроэлектроники, космос, генетика и т.д. Нас уже догоняют и скоро будут перегонять вчерашние аутсайдеры. А мы будем топтаться на месте и думать, стоит ли нам внедрять передовые разработки своих "кулибиных" или подождём, пока на западе это сделают и нам же продадут втридорога. А в военной сфере мы можем очень сильно проиграть с таким подходом. Как раз приставка "РИЦА" из этой области. Не внедрение её на флоте в своё время сыграло свою негативную роль в проблеме повышения эффективности наших корабельных средств обнаружения ПЛ. И пусть МОРФИЗ не рассказывает сказки о своих достижениях. В вопросах автоматической классификации, буксируемых антеннах, обнаружении современных малошумных ПЛ основными средствами ГАК им ещё работать и работать. А задирать нос и говорить, что мы самые умные не есть признак большого ума. Одни амбиции. Пытаются ехать на старых заслугах. Сорок лет назад и ЖИГУЛЬ был машина на уровне. Однако время идёт вперёд и надо за ним поспевать.

С уважением Ю.В.Буковский.