>Здравствуйте, Юрий Владимирович!
> По случаю недавно обнаружил существование форума РПФ и ряда материалов, относящихся к приставочной аппаратуре «Рица». Среди этих материалов те, в которых Вами излагаются некоторые сведения по опыту практического применения данной приставки и ряд деталей технического характера. Среди этих материалов изложение условий и результатов проведенного натурного проверочного эксперимента, который, судя по описанию В.Г. Сугробова, (Вы с этим материалом, по-видимому, знакомы) закончился неудачей для приставки «Рица».
> Ваш материал свидетельствует, как мне представляется, о Вашей искренности и о большом Вашем стремлении к получению полезного результата. Именно это обстоятельство побудило меня попробовать задать Вам несколько вопросов. Это могло бы быть началом, как мне представляется, интересного для Вас разговора. Думаю, что мы будем согласны с Вами, по крайней мере, в том, что «истина превыше всего». Ибо трудно представить, чтобы в отношении одного и того же объекта были бы одинаково справедливы прямо противоположные суждения, опирающиеся, к тому же, на эксперимент. Материал В.Г. Сугробова представляется мне столь же искренним, как и Ваш. Я постараюсь не нарушать взятое Вами на себя табу в отношении неразглашения принципов работы приставки. Однако те сведения, которые уже получили довольно широкое распространение, по-видимому, могут быть использованы в нашем общении. Не так ли? Впрочем, Вы, разумеется, свободны в выборе Ваших ответов. Под уже распространенным материалом я имею в виду ряд различных документов, в числе которых, представлявшиеся несколько лет назад на сайте ЗАО «Невод» статьи, под названием «Информационно-адаптивный метод обнаружения сигналов и классификации их источников» и «Информационная оценка освещенности обстановки в заданном районе». Впоследствии, при Вашем желании мы могли бы коснуться также результатов, следующих из известных работ по обработке сигналов, в том числе, в акустике и, имеющих отношение к обсуждаемым вопросам.
> Пока что я буду обращаться к трем источникам и для удобства Ваши материалы обозначу как [ЮВ], материал Сугробова как [СВГ], материал под названием «Информационно-адаптивный метод…» как [ИАМ]. Для определенности и для удобства тоже, я вопросы пронумерую.
>1. Вы упомянули [ЮВ] эпизод, когда из-за увеличения скорости хода ПЛ -носителя и роста собственной помехи прервался контакт с целью.
> Согласны ли Вы с тем, что:
>1.1. Реальные возможности приемного тракта с приставкой зависят от отношения смеси сигнала с помехой к помехе (или от отношения сигнал/помеха) и могут быть описаны этой зависимостью.
>1.2. При понижении уровня сигнала на ту же величину, на которую возросла у Вас помеха, цель не будет «видна» и на той (первоначальной) дистанции, на которой она наблюдалась до прерывания контакта.
>1.3. При еще большем понижении уровня сигнала цель не будет видна на дистанции еще меньшей, чем эта первоначальная дистанция.
>2. Согласны ли Вы с тем, что:
>2.1. При наличии источника сигнала смесь сигнала с помехой всегда превышает помеху.
>2.2. Ваше согласие с пунктом 2.1. означает принципиальную возможность наблюдения за целью на любой, сколь угодно большой дистанции и при любом, сколь угодно малом отношении сигнала к помехе (при наличии совершенной обработки).
>2.3. (Здесь я цитирую из [ИАМ]) «В основе информационно-адаптивного метода (ИАМ) лежит постулат, что энергия смеси сигнала с помехой всегда больше энергии помехи».
>2.4. (Также из [ИАМ]) «По определению мощность смеси сигнала с помехой всегда больше помехи, тогда I(S) всегда положительно, при как угодно малой мощности сигнала», где «I(S) – информационная статистика наличия сигнала S в сигнальном процессе X…».
>3. (3.1) В случае Ваших утвердительных ответов и на первую, и на вторую группу вопросов, не обнаружили ли Вы противоречия?
>3.2 В случае несогласия с какими-либо пробными утверждениями пунктов 1 и
> 2 можете ли Вы объяснить это несогласие?
>3.3 Согласны ли Вы с тем, что и сигнал, и помеха, и их отношение или любые их комбинации сложным образом распределены в пространстве, окружающем ПЛ – носитель ГАК и во времени?
>3.4 Согласны ли Вы, что пространственная и временная изменчивость сигнала связана и с условиями распространения звука в море и со сложной и меняющейся пространственной характеристикой излучения ПЛ – цели, как сложного объекта, ее режимами работы и ее движением?
>3.5 Согласны ли Вы с тем, что пространственная и временная изменчивость окружающей помехи связана также с условиями распространения звука в море, включая неоднородности дна?
>3.6 И, наконец, последнее здесь. Итак, возможности приемного тракта с приставкой зависят от сигнала и помехи (о чем свидетельствует Ваш материал – см. пункт 1). Сигнал и помеха в свою очередь зависят от указанных выше (п.п. 3.4, 3.5) факторов. Значит ли это, что упомянутая Вами (как особо значимое нововведение [ЮВ]) «инвариантность» не распространяется на влияние особенностей цели, помехи и условий распространения?
>4. Материалы [ЮВ] не исключают того, что, изложенное в отношении обнаружения своих ПЛ, можно понять так, как будто наблюдение осуществлялось в условиях знания сектора углов, в которых цели могут появляться.
>4.1. Так ли это?
>4.2. Может ли быть так, что два эксперимента, один из которых описан [ЮВ], а другой описан [СВГ] различались, в частности, в том, что в первом случае направление на ожидаемую цель было примерно известно, а во втором случае нет?
>5. Знакомились ли Вы лично с результатами предшествующих «Рице» работ по изучению особенностей работы ГАК ПЛ с приставочной аппаратурой в виде сочетания спектроанализатора и ЭВМ? Знаете ли Вы отмеченные в процессе таких работ положительные качества и недостатки указанного сочетания?
>6. (6.1) Не могли бы Вы пояснить особенности работы сочетания ГАК ПЛ с «Рицей» в режиме кругового обзора ГАК, т.е. работы, по существу, одноканального приставочного устройства (при требующихся временных затратах на выборку, обработку и накопление данных) в условиях сканирования характеристики направленности (или N пространственных каналов)? (6.2) Сколько времени требовалось на обзор пространства с приставкой «Рица» в условиях эксперимента [СВГ] и какой режим работы ГАК при этом использовался?
>7. Не могли бы Вы хоть как-то охарактеризовать спектральные характеристики сигналов обнаруживаемых источников. При наличии спектроанализатора у Вас такая возможность должна была быть. Не так ли?
>7.1. Хотел бы уточнить наличие, параметры и «поведение» дискретных составляющих (чтобы избежать ненужной здесь детализации - без их привязки к частоте и уровню).
>7.2. Что Вы можете сказать об обычно визуально наблюдаемых в эксперименте особенностях сплошной компоненты спектров?
>8. Хотелось бы также уточнить техническую деталь. Имеются ли у Вас данные об амплитудно-частотных характеристиках используемого Вами приемного тракта от гидрофонов до точки подключения Вашей приставки?
>9. В заключение этой, начальной фазы нашего возможного общения позволю себе задать Вам несколько более общих вопросов.
>9.1. Как Вы относитесь к результатам, описанных в [СВГ] экспериментальных работ? Поясните, как Вы лично объясняете отрицательный результат?
>9.2. Есть ли у Вас работа [ИАМ]? Если нет, не хотите ли ознакомиться? Выше я процитировал только пару фраз из этого источника. Если да, то, как Вы лично к ней относитесь, как Вы ее понимаете?
>Всего доброго.
Прежде чем касаться ответов по существу вопросов хотелось бы пояснить принципы, заложенные в идеологию приставки.
Мы исходили из посылки, что вокруг приёмной антенны формируется т.н. поле неопределённости или поле энтропии. Задача
заключалась в разрешении энтропии в фиксированный момент времени. Одновременно с этим осуществлялось снятие неопределённости по пространству. Т.е.реализовывалось пространственно временное разрешение энтропии вокруг приёмной антенны. Энтропия системы(поля) есть сумма произведений вероятностей различных состояний системы на логарифмы этих вероятностей Н(Х) = - сумма Р logР Энтропия Н(Х) обладает рядом свойств, в частности, при заданном числе состояний она обращается в максимум, когда эти состояния равновероятны (некоррелируемые процессы),а при увеличении числа состояний энтропия увеличивается .Энтропия обладает свойством аддитивности , т.е. когда несколько независимых систем объединяются в одну их энтропии складываются. Энтропия системы с равновероятными состояниями равна логарифму числа состояний Н(Х)=logn, где n-число состояний системы.
Так вот, приставка определяет в каждый момент времени Т энтропию сигнального поля с различных направлений и представляет её в виде математического ожидания Н(Х)=М[- logР(Х)].В дальнейшем происходит нахождение информации как разность энтропий, полученных в различные моменты времени и по различным направлениям j(х)=Н1(х)-Н2(х).
Из вышесказанного следует ряд требований к представленному к обработке сигналу. В частности, для повышения чувствительности системы обнаружения необходимо увеличивать энтропию. Увеличение энтропии зависит от числа независимых состояний, а оно, в свою очередь, зависит от размерности АЦП, количества обрабатываемых отсчётов в спектре и количества мгновенных спектров, т.е. от времени накопления. Для выполнения этих требований необходимы многоразрядные АЦП(чем больше, тем лучше, но не менее 16 разрядов), большое количество отсчётов в спектре и достаточно большое количество мгновенных спектров (т.е. большое время накопления). Реализация этих требований даст вполне приличную дистанцию обнаружения слабых сигналов. Но для их (слабых сигналов) обнаружения на больших дистанциях необходимо ещё одно условие, необходимо иметь сформированный образ цели, т.н. фильтр-маску, хранящийся в базе данных и который участвует в фильтрации сигнала перед обработкой и выводом полученной информации на экран. Вот такая идеология. Никаких противоречий с физической моделью здесь нет.
Отвечая на вопросы 1 и 2 группы могу заметить, что противоречий нет и здесь, т.к. в идеальных условиях (изотропная помеха и наличие одиночного источника излучения), при отсутствии взаимного перемещения излучателя и приёмника, будут выполняться требования 2-й группы вопросов. Теоретически, в идеальных условиях, при бесконечном времени накопления, существует принципиальная возможность наблюдения за целью на сколь угодно большой дистанции, при сколь угодно малом соотношении с/п. При помещении источника излучения и приёмника в реальную среду, которая далека от идеальной, будут выполняться условия первой группы вопросов, т.к. в реальной ситуации существуют определённые пределы по накоплению сигнала. Они обусловлены объективными причинами. Одна из них- конечное время нахождения цели в лепестке ДН.
Что касается эпизода потери контакта из-за увеличения скорости хода ПЛ-носителя, поясню, в реальной обстановке, при увеличении хода носителя, параметры приставки по накоплению не изменялись, т.е. с увеличением энтропии сигнального поля (это понятно?) параметры аппаратных средств для её разрешения (разрядность АЦП, количество отсчётов в спектре, количество накопленных спектров) оставались прежними. Это стало причиной потери контакта.( Для компенсации возросшего уровня помех необходимо было увеличить время накопления, что существенно увеличило бы время обзора. Это явилось причиной не увеличения времени накопления ).
По п.3.3, 3.4, 3.5 я согласен с утверждением, что пространственно временная изменчивость сигнала связана с условиями распространения звука в море и со сложной и меняющейся пространственной характеристикой излучения ПЛ. Сюда же следует отнести и собственную помеху работе ГАК, неравномерно распределённую по курсовым углам. Это, в частности, обуславливает сложное распределение сигнала и помехи в поле приёмной антенны. По п.3.6 хотелось бы пояснить следующее. Поскольку сигнально- помеховая обстановка в районе приёмной антенны имеет сложную стохастическую структуру, определяемую влиянием факторов п.3.3, 3.4, 3.5, и т.д., возникает существенная сложность получения инвариантного спектрального «портрета» цели. Абсолютного инварианта не существует. Однако, можно создать допустимо приемлемый инвариант, т.н. информационный портрет, который формируется в процессе наблюдения за целью в течение определённого времени. Процесс этот сложный и требует качественного понимания вопроса. Применив определённую методику можно в области низких частот получить вполне приличный информационный портрет, имеющий значимые отличия от информационных портретов других целей. Хочу особо подчеркнуть, что попытки создания вектора классификационных признаков из записанных в базу данных усреднённых энергетических спектров обречены на провал. Не помогут никакие, даже самые современные алгоритмы классификации на базе нейронной обработки. Количество сформированных объектов значительно превысит количество имеемых признаков. Если их (объектов) уменьшить, количество правильно классифицированных целей снизится до уровня случайной величины. Поэтому автоматический классификатор до сих пор не создан. Ни у нас, ни у них. Для удовлетворительной классификации по энергетическим спектрам потребуется хорошее соотношение С/П (т.е. небольшая дистанция), опытный специалист с хорошим спектра анализатором и время на анализ, тогда как средне подготовленный акустик, без всякой этой мудрёной техники, успешно решит задачу классификации быстрее и надёжнее. Круг замкнулся. А весь смысл автоматической классификации заключается в том, чтобы осуществить классификацию тогда, когда не то что акустик что-то услышит, а даже на комплексе отметки от цели практически не будет видно.
Суть термина «максимально возможный инвариант» означает, что накопленный и сформированный информационный портрет минимально зависит от влияния воздействий факторов, перечисленных в п.п. 3.3, 3.4, 3.5, а также от нестабильности элементов в каналах предварительной обработки. Т.е. можно осуществлять параллельную обработку информации по многим каналам одновременно. Нестабильность каналов компенсируется алгоритмами ИАМ..
Идеальных «портретов» получить не возможно, но приемлемый, для автоматической классификации набор «портретов» сформировать вполне посильная задача. Было бы желание этим вопросом заняться. Причём, информационные портреты НК и ПЛ имеют существенные различия.
Более того, информационные портреты можно сформировать, пользуясь отдельным гидрофоном, сложной направленной антенной, линейной протяжённой антенной и т.д., при обработке спектра с различным разрешением f (шириной узкополосного фильтра одного отсчёта). На выходе любой г/а системы, начиная от буя с ненаправленным гидрофоном и кончая самой сложной антенной системой, можно получить информационный портрет, который, в дальнейшем, может быть использован в любой другой г/а системе. Поскольку информационный портрет является распределением информации по частотной оси, внешним видом он напоминает энергетический спектр, однако по сути существенно от него отличается. Его можно использовать в качестве входного фильтра для поиска конкретных целей, либо для длительного скрытного слежения за обнаруженной ПЛ на дистанциях, существенно превышающих дистанции обнаружения ГАК лодки цели. Тем более, что накопление информации происходит в НЧ диапазоне, где влияние среды на распространение звука минимально, либо практически отсутствует, а затухание сигнала незначительно. При этом сформированная ДН позволяет достаточно точно определить направление на цель. Использование ИАМ позволяет повысить дальность действия ненаправленного буя по ПЛ на порядок, против обычной обработки. С использованием информационного портрета дальность может быть увеличена ещё на порядок. Вот такие возможности. При этом на поле ненаправленных буёв однозначно определяются ЭДЦ цели в автоматическом режиме и далее, контролируется её текущее место положения.
По 4 вопросу могу сказать, что поиск целей вёлся в обстановке полной неопределённости. Было два обнаружения, когда цели попали в зону обзора приставки. Всего через район проходили 4 цели. Если их условно пронумеровать как 1,2,3,4, то цели 1 и 2 попали в зону обзора приставки и были обнаружены. Цель 3 прошла по корме и не вошла в зону обзора, цель 4 прошла через район, когда приставка была выключена.
По вопросу использования спектра анализатора совместно с ГАК я уже неоднократно высказывал своё мнение. Заниматься исследовательской работой в период выполнения боевых задач, это не приемлемо. Разобраться в энергетических спектрах оператору не представляется возможным, особенно в условиях полной неопределённости и дефицита времени наблюдения за целью. Специалисты, занимающиеся анализом шумов, могут выявить какие-либо классификационные признаки, но при условии хорошего соотношения С/П и длительного времени анализа. Однако эти классификационные признаки нельзя будет применить в обобщённом случае для последующей классификации других целей и даже этой же цели, но в других условиях.
По п.6 могу сказать, что «РИЦА» реализовывала круговой обзор на МГК-400 путём накопления спектров в определённых секторах. Синхронизация осуществлялась путём подачи синхронизирующего импульса. Для этого режима была написана специальная программа забора информации, синхронизированная со скоростью вращения ХН. По временным параметрам я говорить не буду, т.к. это относиться к параметрам ГАК.
Со спектральными характеристиками сигналов я, с определённого времени, вообще не работал, не имело смысла. Анализ проводился только информационных портретов, полученных в ходе обработки г/а сигналов ПО ИАМ.
Вопрос 7.1 интересный, чувствуется, что его задаёт не посторонний. ДС в спектрах реальных сигналов не бывают стабильными. Их энергия, если так можно сказать, «размазана» в определённых «окнах». Причём ширина этих «окон» так же менялась, хотя и незначительно, как, впрочем, и амплитуда отдельных составляющих в «окне», даже при сильном сигнале. Чем слабее был сигнал, тем эти проявления были заметнее. Это явление и явилось причиной отказа от работы с энергетическими спектрами непосредственно.
АЧХ каналов у меня есть, как отдельных элементов предварительной обработки, так и всего канала до точки подключения. Однако этот вопрос не обсуждаем.
В заключение хочу сказать, что любой метод обработки г/а сигналов даст результат. Весь вопрос в дистанции и количестве правильных обнаружений. «РИЦА» задумывалась, как дополнительная аппаратура к ГАК, позволяющая на больших дистанциях обнаруживать малошумные цели. Это не антагонист комплексу, а дополнительный элемент, позволяющий повысить его эффективность. На каких-то испытаниях, в силу субъективных причин, «РИЦА» не сработала, а где-то, наоборот, она показала исключительный результат. Это не противоречит принципу вероятностной оценки результатов.
В качестве доказательства работоспособности приставки привожу графики ХН, сформированных в море при работе по реальным целям. По оси Х пеленга, по оси У количество информации. Приведены также графики ХН, полученные французами методами ВРС (высокая разрешающая способность), правда в лабораторных условиях и с учётом моделирования пространственной когерентности фонового шума.
