Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:161

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan mục tiêu đa điểm chói trên biển; Ước lượng các tham số và thuộc tính điểm dấu các mục tiêu trên biển; Nâng cao chất lượng bài toán lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ VÕ XUNG HÀ VÕ XUNG HÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LỌC, BÁM QUỸ ĐẠO MỤC TIÊU ĐA ĐIỂM CHÓI TRÊN BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2024
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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ƯỜI HƯỚNG ẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Tru Kiên 2. TS Nguyễn Phùng Bảo NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Nguyễn Trung Kiên 2. TS Nguyễn Phùng Bảo HÀ NỘI - 2024
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể giáo viên hướng dẫn. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận án Võ Xung Hà
ii LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự/BTTM. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Trung Kiên, thầy giáo TS Nguyễn Phùng Bảo, các thầy đã có định hướng, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức khoa học, giúp đỡ kiểm tra và đánh giá kết quả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Phòng Đào tạo, Viện Ra đa đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Viện Ra đa, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật quân sự, Đại học Công nghệ/ĐHQGHN, Đại học Bách khoa Hà Nội và các nhà khoa học, chuyên gia đã cho tôi những lời khuyên, những ý kiến đóng góp quý báu. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã cho tôi điểm tựa vững chắc, sự động viên lớn lao giúp tôi hoàn thành luận án này. Trân trọng Tác giả luận án Võ Xung Hà
i MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................. iii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................... viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN MỤC TIÊU ĐA ĐIỂM CHÓI TRÊN BIỂN .......... 7 1.1. Mô hình tín hiệu phản xạ và chân dung ảnh ra đa của mục tiêu trên biển 7 1.1.1. Mô hình tín hiệu phản xạ mục tiêu đa điểm chói trên biển .................... 7 1.1.2. Đặc điểm của mục tiêu trên biển bị phát hiện bởi đầu đo ra đa .......... 10 1.1.3. Chân dung ảnh ra đa các mục tiêu đa điểm chói trên biển .................. 11 1.2. Bài toán lọc, bám quỹ đạo mục tiêu trên biển.......................................... 15 1.3. Một số vấn đề trong bài toán xử lý ảnh mục tiêu trên biển ..................... 20 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ......................................................... 20 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.......................................................... 21 1.4. Định hướng nghiên cứu............................................................................ 24 1.4.1. Nâng cao độ chính xác đo bằng phương pháp xử lý ảnh ra đa ............ 24 1.4.2. Tổng hợp thuật toán phân cụm điểm chói của mục tiêu biển ............... 25 1.4.3. Tổng hợp thuật toán lọc, bám quỹ đạo mục tiêu trên biển ................... 25 1.5. Phương pháp thực hiện và đánh giá kết quả nghiên cứu ......................... 26 1.5.1. Cở sở dữ liệu mục tiêu đa điểm chói trên biển ..................................... 26 1.5.2. Phương pháp thực hiện và đánh giá kết quả nghiên cứu ..................... 27 1.6. Kết luận Chương 1 ................................................................................... 28 Chương 2. ƯỚC LƯỢNG CÁC THAM SỐ VÀ THUỘC TÍNH ĐIỂM DẤU CÁC MỤC TIÊU TRÊN BIỂN ...................................................................... 30 2.1. Ước lượng tham số động học mục tiêu dựa trên ảnh nhị phân ................ 30 2.1.1. Thuật toán tựa tối ưu phát hiện chùm tín hiệu lượng tử nhị phân........ 30 2.1.2. Thuật toán xác định ngưỡng tối ưu nhị phân hóa ảnh ra đa ................ 31 2.1.3. Ước lượng điểm dấu đại diện mục tiêu ra đa ....................................... 33
ii 2.1.4. Kết quả ước lượng điểm dấu đại diện dựa trên ảnh nhị phân .............. 36 2.2. Ước lượng điểm dấu đại diện dựa trên sự phân lớp ảnh ra đa ................. 47 2.2.1. Phân lớp tối ưu ...................................................................................... 47 2.2.2. Ước lượng tâm các vùng chói và điểm dấu đại diện mục tiêu.............. 50 2.2.3. Phân tích ảnh mục tiêu ra đa trên biển, lựa chọn số lượng lớp tối ưu. 58 2.3. Khai thác các đặc trưng chuyển động của mục tiêu................................. 72 2.4. Kết luận Chương 2 ................................................................................... 74 Chương 3. NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LỌC, BÁM QUỸ ĐẠO MỤC TIÊU… ĐA ĐIỂM CHÓI TRÊN BIỂN ........................................................................ 76 3.1. Phân cụm đa điểm chói cho mục tiêu đơn và bài toán xử lý dữ liệu màn hình ra đa ......................................................................................................... 76 3.1.1. Mô tả tập dữ liệu đầu vào cho bài toán lọc, bám quỹ đạo ................... 76 3.1.2. Thuật toán phân cụm đa điểm chói mục tiêu ........................................ 78 3.1.3. Kết quả phân cụm đa điểm chói mục tiêu theo thuật toán K-means.......... 82 3.2. Lọc, bám quỹ đạo đơn mục tiêu kết hợp thuật toán FCM-M .................. 86 3.2.1. Thuật toán FCM-M ............................................................................... 86 3.2.2. Kết quả mô phỏng phân cụm dựa theo logic mờ FCM-M .................... 93 3.2.3. Kết quả lọc, bám quỹ đạo đơn mục tiêu ................................................ 96 3.3. Lọc, bám quỹ đạo mục tiêu nhóm, mục tiêu có quỹ đạo giao cắt sử dụng….. thuộc tính đa điểm chói ................................................................................. 101 3.3.1. Xây dựng thuật toán nâng cao chất lượng lọc, bám nhóm mục tiêu .......... 101 3.3.2. Kết quả mô phỏng, đánh giá hiệu quả của thuật toán đề xuất ........... 112 3.4. Kết luận Chương 3 ................................................................................. 118 KẾT LUẬN ................................................................................................... 119 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............. 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 122 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 135
iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT  DTPXHD của mục tiêu đa điểm chói, [m2]. ˆ( x k) Véc tơ trạng thái.  i (k ) Xác suất liên kết tại chu kỳ thứ k.  Độ phân giải, [mxm]. i Hệ số trọng lượng. ij Bình phương lượng dư chuẩn hóa. nm Cường độ điểm ảnh ở hàng thứ n cột thứ m. µ(Pi) Hàm logic mờ xác suất của điểm chói Pi. Ai Diện tích vùng chói thứ i. ai Giới hạn góc quan sát của điểm chói thứ i. Anm[n, m, nm] Ma trận điểm ảnh. C0(x0, y0) Tọa độ tâm của hình khối chiếu trên mặt phẳng Oxy. CD(xD, yD) Tọa độ tâm của bản phẳng D. Cl(xl, yl) Tọa độ tâm của vùng chói thứ l. D Tập các vùng chói. dij Khoảng cách giữa các tâm vùng chói thứ i và thứ j [m]. dl Khoảng cách giữa tâm các điểm chói, [m]. Dl Vùng chói thứ l. E[m(j)] Hàm hiệp phương sai. Ei Năng lượng vùng chói thứ i. F(a, b, c) Ma trận chuyển đổi. hi Quỹ đạo thứ i. J Hàm bình phương độ lệch của điểm xi với tâm cụm, [m2]. Jm Hàm bình phương độ lệch của điểm xi với tâm cụm Ci theo C-mean, [m2]. k, h Số lượng, độ rộng thanh biểu đồ Histogram. Kopt Ngưỡng tối ưu nhị phân hóa. l0.5 Độ lớn cung theo góc phương vị, [m]. L(k, N) Dữ liệu thông tin quỹ đạo N chu kỳ. lxg Độ dài xung, [m].
iv N Tổng số các điểm ảnh có cường độ lớn hơn 0. ni Véc tơ pháp tuyến của DTPXHD điểm chói thứ i. Nqd Số lượng các quỹ đạo. Oi Đường lọc bám quỹ đạo thứ i. P(k) Hàm hiệp biến. Pij Xác suất thuộc cùng cụm của hai điểm chói thứ i và j. Ri Cự ly từ đầu đo đến điểm chói. ri(xi,yi,zi) Véc tơ tọa độ điểm chói thứ i. s Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu đa điểm chói. T Giá trị cường độ trung bình các điểm ảnh. TG Ma trận mô tả tập các tham số mục tiêu. TGk Ma trận mô tả tham số mục tiêu thứ k. Tqs Chu kỳ quan sát, [s]. vij Véc tơ dư. Wh(U) Mật độ phân bố xác suất hỗn hợp tín hiệu, tạp âm. Wt(U) Mật độ phân bố xác suất tạp âm. xi Chuỗi xung lượng tử hóa nhị phân. Xi Véc tơ quan sát của đầu đo với điểm chói thứ i. xn , ym Tọa độ điểm ảnh ở hàng thứ n cột thứ m. Z(k) Tập các điểm dấu thu được tại chu kỳ thứ k. βi Góc giữa véc tơ bán kính điểm chói và pháp tuyến. Δk Bước cường độ chia ảnh theo mức. σi DTPXHD của điểm chói thứ i, [m2]. CH&ĐK Chỉ huy và điều khiển. ĐDĐD Điểm dấu đại diện. DTHD Diện tích hiệu dụng. DTPXHD Diện tích phản xạ hiệu dụng. FC2S Hệ thống chỉ huy và điều khiển hỏa lực (Fire Command & Control Systems). FCM Thuật toán phâncụm logic mờ (Fuzzy C-Means).
v GĐBXTC Giản đồ bức xạ thứ cấp. GNN Thuật toán lân cận toàn cục (Global Nearest Neighbour). JPDA Thuật toán liên kết dữ liệu theo xác suất đồng thời (Joint Probabilistic Data Association). LKĐD Liên kết điểm dấu. NN Thuật toán lân cận (Nearest Neighbour). PDAA Thuật toán liên kết dữ liệu theo xác suất (Probabilistic Data Association Algorithm). SCT Siêu cao tần. TLN Chùm xung lượng tử nhị phân. XLC1 Xử lý cấp 1. XLC2 Xử lý cấp 2. XLC3 Xử lý cấp 3. XLQĐ Xử lý quỹ đạo.
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Tham số của mục tiêu biển .............................................................. 37 Bảng 2.2 Dữ liệu mục tiêu tàu container MT3 ............................................... 41 Bảng 2.3 Dữ liệu mục tiêu tàu cá MT4 ........................................................... 41 Bảng 2.4 Dữ liệu mục tiêu tàu hàng MT5....................................................... 41 Bảng 2.5 Dữ liệu mục tiêu tàu container đi hướng tâm MT6 ......................... 42 Bảng 2.6 Dữ liệu mục tiêu tàu container đi ngang MT7 ................................ 42 Bảng 2.7 Kết quả ước lượng ĐDĐD mục tiêu MT1, MT2............................. 43 Bảng 2.8 So sánh ước lượng tốc độ ................................................................ 44 Bảng 2.9 Kết quả ước lượng ĐDĐD mục tiêu MT1 ....................................... 44 Bảng 2.10 Tham số mục tiêu biển................................................................... 58 Bảng 2.11 Số lớp chia các nhóm mục tiêu ...................................................... 58 Bảng 2.12 Số lớp và số vùng chói của mục tiêu TG1 qua 15 chu kỳ ............. 60 Bảng 2.13 Tâm ảnh ra đa của mục tiêu TG1 qua 15 chu kỳ ........................... 61 Bảng 2.14 Phương sai và độ lệch chuẩn theo cự ly TG1 ................................ 62 Bảng 2.15 Phương sai và độ lệch chuẩn theo phương vị TG1 ....................... 62 Bảng 2.16 Số lớp và số vùng chói của mục tiêu TG2 ..................................... 63 Bảng 2.17 Phương sai và độ lệch chuẩn theo cự ly TG2 ................................ 64 Bảng 2.18 Phương sai và độ lệch chuẩn theo phương vị TG2 ....................... 64 Bảng 2.19 Số lớp và số vùng chói của mục tiêu TG3 ..................................... 65 Bảng 2.20 Số lớp và số vùng chói của mục tiêu TG4 ..................................... 67 Bảng 2.21 Số lớp và số vùng chói của mục tiêu TG5 ..................................... 68 Bảng 2.22 Số lớp và số vùng chói của mục tiêu TG6 ..................................... 69 Bảng 2.23 ĐDĐD mục tiêu TG1, TG3, TG5 .................................................. 71 Bảng 3.1 Phân cụm theo thuật toán K-means ................................................. 83 Bảng 3.2 Các bước thuật toán FCM-M ........................................................... 87
vii Bảng 3.3 Quy tắc logic mờ áp dụng cho đầu ra P .......................................... 90 Bảng 3.4 Bảng tham số của các điểm chói ..................................................... 92 Bảng 3.5 Kết quả tính xác suất cặp điểm chói Pij ........................................... 93 Bảng 3.6 Mô tả tham số của các mục tiêu ...................................................... 94 Bảng 3.7 Tham số mục tiêu sử dụng cho mô phỏng ....................................... 98 Bảng 3.8 Sai số lọc, bám quỹ đạo trung bình ............................................... 100 Bảng 3.9 Thuật toán ước lượng tham số của mục tiêu ................................. 107 Bảng 3.10 Lọc, bám quỹ đạo mục tiêu nhóm ............................................... 110 Bảng 3.11 Tham số của mục tiêu .................................................................. 113 Bảng 3.12 Bảng so sánh thời gian tính toán.................................................. 116
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Mô hình tàu quân sự cỡ trung bình .................................................... 8 Hình 1.2 Độ phân giải của đầu đo ra đa .......................................................... 11 Hình 1.3 Đài ra đa SCORE 3000 .................................................................... 12 Hình 1.4 Màn hình đài ra đa SCORE 3000 .................................................... 13 Hình 1.5 Ảnh 3D của mục tiêu trên màn hình ra đa ....................................... 13 Hình 1.6 Chân dung ảnh ra đa 3D của mục tiêu đa điểm chói trên biển ........ 14 Hình 1.7 Ma trận điểm dấu mục tiêu đa điểm chói trên biển ......................... 14 Hình 1.8 Các bước lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển .......... 15 Hình 1.9 Các tình huống cần liên kết chính xác ............................................. 16 Hình 1.10 Ngưỡng phát hiện mục tiêu đa điểm chói ...................................... 21 Hình 1.11 Màn hình đài ra đa tầm trung băng X của Viettel .......................... 22 Hình 1.12 Mục tiêu đa điểm chói của đài ra đa tầm trung băng X ................. 22 Hình 1.13 Mục tiêu của đài ra đa tầm trung băng X của HVKTQS ............... 23 Hình 1.14 Quỹ đạo sau lọc, bám của các mục tiêu biển ................................. 23 Hình 1.15 Phương pháp thực hiện và đánh giá kết quả nghiên cứu ............... 28 Hình 2.1 Mục tiêu MT1 (chu kỳ quét 1) ......................................................... 32 Hình 2.2 Ước lượng tâm của hình khối và bản phẳng D .................................... 34 Hình 2.3 Ước lượng tâm của ma trận điểm ảnh................................................. 35 Hình 2.4 Tính toán ngưỡng nhị phân hóa ảnh ra đa MT1 .............................. 37 Hình 2.5 So sánh giá trị ngưỡng tối ưu với mức năng lượng ảnh ra đa MT1. 37 Hình 2.6 Hình ảnh các giá trị biên ảnh dưới ngưỡng K=0,5T ........................ 38 Hình 2.7 Tính toán ngưỡng nhị phân hóa ảnh ra đa MT2 .............................. 39 Hình 2.8 So sánh giá trị ngưỡng tối ưu với mức năng lượng ảnh ra đa MT2. 39 Hình 2.9 Hình ảnh 3D MT1 ............................................................................ 40 Hình 2.10 Hình ảnh 3D MT2 .......................................................................... 40
ix Hình 2.11 Kết quả ước lượng ĐDĐD mục tiêu MT1 ..................................... 43 Hình 2.12 ĐDĐD mục tiêu MT1 (16 chu kỳ) ................................................. 45 Hình 2.13 Ước lượng vận tốc MT1................................................................. 46 Hình 2.14 Mô tả các vùng chói của ảnh ra đa ................................................. 51 Hình 2.15 Số lượng và kích thước vùng chói đối với mục tiêu tàu container 52 Hình 2.16 Lưu đồ thuật toán tìm vùng cực trị (vùng chói) ............................. 55 Hình 2.17 Histogram của nhóm mục tiêu tàu cá ............................................. 59 Hình 2.18 Histogram của nhóm mục tiêu tàu hàng ........................................ 66 Hình 2.19 Vùng chói của TG5 ........................................................................ 72 Hình 2.20 ĐDĐD và trọng tâm mục tiêu TG1................................................ 73 Hình 2.21 ĐDĐD và trọng tâm mục tiêu TG3................................................ 73 Hình 2.22 ĐDĐD và trọng tâm mục tiêu TG5................................................ 73 Hình 3.1 Sơ đồ các bước xử lý theo tia của đài ra đa cảnh giới biển ............. 77 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán K-means phân cụm điểm chói ............................ 82 Hình 3.3 Kết quả xử lý phân lớp ảnh ra đa theo cường độ ............................. 84 Hình 3.4 Kết quả áp dụng thuật toán K-means cho 6 mục tiêu ...................... 85 Hình 3.5 Sơ đồ chức năng thuật toán FCM-M................................................ 86 Hình 3.6 Sơ đồ tổng quan của hệ thống logic mờ........................................... 88 Hình 3.7 Các hàm logic mờ đầu vào và đầu ra ............................................... 89 Hình 3.8 Tính xác suất Pij ............................................................................... 91 Hình 3.9 Ảnh ra đa của 3 mục tiêu biển TG1, TG2 và TG3........................... 92 Hình 3.10 Kết quả của ví dụ phân cụm theo FCM-M .................................... 93 Hình 3.11 Tình huống khảo sát cho 06 mục tiêu ............................................ 94 Hình 3.12 Kết quả phân cụm đa điểm chói sử dụng thuật toán K-means ...... 95 Hình 3.13 Kết quả mô phỏng của thuật toán FCM-M .................................... 96 Hình 3.14 Mô tả các dạng dữ liệu đầu vào cho bộ lọc Kalman ...................... 97 Hình 3.15 Mục tiêu sử dụng mô phỏng thuật toán lọc, bám đơn quỹ đạo...... 98
x Hình 3.16 Mô tả quỹ đạo sử dụng cho mô phỏng ........................................... 98 Hình 3.17 Mô tả phương pháp tạo dữ liệu mô phỏng ..................................... 99 Hình 3.18 So sánh kết quả lọc, bám mục tiêu đơn........................................ 101 Hình 3.19 Mô hình hệ lọc, bám đa mục tiêu ................................................. 103 Hình 3.20 Ví dụ minh họa lọc, bám nhóm mục tiêu biển ............................. 104 Hình 3.21 Ví dụ lọc, bám nhiều quỹ đạo dựa vào các tham số của mục tiêu106 Hình 3.22 Sơ đồ chức năng của thuật toán GNN-M ..................................... 107 Hình 3.23 Kết quả ước lượng các tham số mục tiêu ..................................... 109 Hình 3.24 Sơ đồ chức năng thuật toán lọc, bám sử dụng đặc trưng đa điểm chói. 109 Hình 3.25 Ví dụ minh họa lọc, bám nhóm hai mục tiêu ............................... 111 Hình 3.26 Lưu đồ thuật toán GNN-M........................................................... 112 Hình 3.27 Mô tả quỹ đạo sử dụng làm dữ liệu chuẩn ................................... 113 Hình 3.28 Mô tả phương pháp gieo điểm dấu đại diện mục tiêu.................. 114 Hình 3.29 Kết quả lọc, bám quỹ đạo sử dụng thuật toán GNN-M ..................... 115 Hình 3.30 Thuật toán đề xuất nâng cao chất lượng lọc, bám ....................... 117
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Hiện nay, sự phát triển nhanh chóng của khoa học, công nghệ cho phép nghiên cứu phát triển các hệ thống chỉ huy và điều hành tác chiến đa nhiệm mà trong đó các đài ra đa đóng vai trò quan trọng hàng đầu [81], [82]. Các đài ra đa có nhiệm vụ phát hiện thông tin quỹ đạo các mục tiêu địch, ta; cảnh giới trong vùng quản lý; dẫn đường cho các phương tiện chiến đấu; điều hành phân phối thông tin cho các đơn vị; cung cấp thông tin chính xác, kịp thời để điều khiển các phương tiện hỏa lực v.v. Những vấn đề nêu trên đều có cùng chung nội dung là xử lý quỹ đạo mục tiêu [30]. Yêu cầu về nâng cao chất lượng xử lý quỹ đạo (XLQĐ) các mục tiêu ra đa trên biển phục vụ công tác chỉ huy, điều hành và điều hành tác chiến. Đặc biệt đối với bài toán điều khiển các phương tiện chiến đấu rất cấp thiết trong giai đoạn hiện nay [69], [77-79]. Về cơ bản, nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo các mục tiêu trên biển hoàn toàn không khác những bài toán XLQĐ đã được công bố với nhiều phương pháp khác nhau [14], [58], [88], [93], [98], [100]. Nhóm các giải pháp kỹ thuật và công nghệ tiến tới giảm thể tích xung của đầu đo ra đa bằng cách sử dụng tín hiệu phức tạp và các thuật toán phát hiện mục tiêu nhằm nâng cao chất lượng lọc, bám [3], [78], [83], [101]. Cách tiếp cận thứ hai là ứng dụng các mô hình thuật toán XLQĐ khác nhau nhằm đảm bảo độ chân thực của quỹ đạo lọc, bám theo thời gian thực. Việc nâng cao độ chính xác đo dựa trên việc giảm thể tích xung của tín hiệu, tương ứng với giảm độ rộng xung tín hiệu thăm dò hoặc sử dụng tín hiệu phức tạp, đồng thời giảm độ rộng cánh sóng chính ăng ten trong hai mặt phẳng góc tà hoặc góc phương vị hoặc cả hai mặt phẳng [4], [5], [78], [91], [92], [97], [101]. Bên cạnh đó ứng dụng những thuật toán khác nhau của bộ phát hiện có ổn định xác suất báo động lầm cũng làm tăng độ chính xác các tham số tọa độ
2 của mục tiêu, đặc biệt là đối với những mục tiêu trên biển [33], [34]. Trong các bài toán XLQĐ, lọc Kalman và những biến thể của nó luôn là công cụ hữu hiệu để giải quyết các nội dung lọc, bám quỹ đạo mục tiêu [11], [44], [87]. Hai cách tiếp cận đã nêu trên ứng dụng cho nâng cao chất lượng lọc, bám quỹ đạo các mục tiêu trên biển phục vụ cho nhiều hoạt động khác nhau trong công tác chỉ huy và điều hành cũng tồn tại những vấn đề chưa được giải quyết triệt để như sau: Thứ nhất, bài toán phát hiện và ước lượng tham số tọa độ của mục tiêu có liên quan chặt chẽ tới tính năng chiến- kỹ thuật (CKT) của hệ đầu đo và mục tiêu được phát hiện. Việc giảm thể tích xung và sử dụng các ăng ten có tính định hướng cao hoặc sử dụng ra đa tổng hợp ngược mặt mở ăng ten đều dẫn tới hệ quả là tín hiệu phản xạ về là tổng hợp của các tín hiệu phản xạ từ các vật phản xạ thành phần cấu thành lên mục tiêu. Nói cách khác, mục tiêu trên biển không còn được coi là “điểm” mà là “đa điểm”. Trong kỹ thuật và công nghệ ra đa, lớp các mục tiêu như vậy được xác định là mục tiêu cấu trúc phức tạp với “đa điểm chói” [1], [4], [9], [19], [40], [43], [86], [90]. Chính vì sự bất đồng nhất giữa tính chất “đa điểm” trong bài toán phát hiện điểm dấu và tính chất “đơn điểm” trong cung cấp dữ liệu thông tin đầu vào cho bài toán XLQĐ đã dẫn tới làm giảm chất lượng bài toán lọc, bám quỹ đạo. Như vậy, xuất hiện sự cần thiết phải có cách tiếp cận mới trong giải quyết bài toán phát hiện, ước lượng các tham số đặc trưng cơ bản của các mục tiêu cấu trúc phức tạp - mục tiêu đa điểm chói [85], [89]. Thứ hai, theo [76] trong các nội dung của XLQĐ, bên cạnh sự cần thiết ứng dụng công cụ lọc Kalman hoặc biến thể của nó để ước lượng trạng thái động học mục tiêu, thì trong quá trình lọc, bám và phát triển quỹ đạo, việc liên kết điểm dấu phát hiện với quỹ đạo có ý nghĩa quan trọng. Kuzmin C.Z đã phát biểu rằng [11], [76]: “trong XLQD, thì bài toán lọc, bám và liên kết điểm dấu
3 cần được coi như là hai bước không thể tách rời nhau trong quá trình xử lý”. Tính cho tới thời điểm hiện nay, có rất nhiều kết quả nghiên cứu đã được công bố công khai giải quyết bài toán liên kết điểm dấu. Tuy nhiên, nhiều thuộc tính của ảnh ra đa mục tiêu đa điểm chói không được sử dụng một cách triệt để trong quá trình xử lý, dẫn tới hiệu quả không cao trong liên kết quỹ đạo hoặc làm tăng dung lượng tính toán dẫn đến làm giảm khả năng đáp ứng thời gian thực [25], [43], [76], [78], [84]. Thứ ba, thực tế cho thấy rằng việc đảm bảo chất lượng quỹ đạo cho hoạt động chỉ huy, điều khiển các phương tiện chiến đấu đối với các mục tiêu trên biển trong điều kiện khi tình huống không gian tác chiến phức tạp sẽ đòi hỏi rất cao về độ chính xác cung cấp thông tin quỹ đạo. Việc sử dụng các mô hình cửa sóng lọc, cửa sóng bám theo các dạng khác nhau (hình vuông, hình tròn hoặc ellip, hình vành khăn...) vẫn tồn tại bám nhầm quỹ đạo [25], [96], [100]. Tổng hợp nội dung nghiên cứu ở lĩnh vực liên quan đã được công bố trên thế giới, có thể thấy rằng có nhiều cách tiếp cận khác nhau nhằm nâng cao chất lượng XLQĐ. Đặc biệt, kết quả nghiên cứu được đề xuất trong có đề xuất cách tiếp cận về ước lượng tham số tọa độ mục tiêu bằng phương pháp xử lý chân dung ra đa dựa trên tín hiệu phản xạ về. Các kết quả ứng dụng chân dung ảnh nhị phân cũng đã có trong một số tài liệu ở châu Âu và Mỹ nhưng chưa có cách giải quyết trọn vẹn đối với lớp các mục tiêu đa điểm chói [27]. Với những vấn đề được phân tích và xuất phát từ thực tiễn, đối với các mục tiêu đa điểm chói sẽ còn tồn tại những nhược điểm như “đa điểm dấu phát hiện” đối với một mục tiêu có kích thước xác định, các thuật toán lọc, bám theo các dạng khác nhau vẫn tồn tại hiện tượng bám nhầm quỹ đạo. Chính vì vậy, luận án lựa chọn nội dung 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 trong việc nghiên cứu, chế tạo ra đa.
4 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Trên cơ sở tổng hợp có phân tích lý thuyết và thực tiễn các nội dung XLQĐ các mục tiêu trên biển để 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, tính thời gian thực để đánh giá. 2.2. Mục tiêu cụ thể 1. Ứng dụng các công cụ xử lý ảnh ra đa để hình thành tập dữ liệu các điểm dấu đại diện (ĐDĐD) các mục tiêu trên biển. 2. Tổng hợp thuật toán ước lượng ĐDĐD của mục tiêu đa điểm chói trong một chu kỳ quan sát và khai thác các đặc trưng của mục tiêu đa điểm chói trên biển. 3. Tổng hợp thuật toán lọc, bám quỹ đạo các mục tiêu trên biển sử dụng các đặc trưng của mục tiêu đa điểm chói. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. 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. 2. Phạm vi nghiên cứu: 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 Để giải quyết vấn đề đặt ra ở trên, các nội dung nghiên cứu trong khuôn khổ luận án gồm:
5 - 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, thực tiễn 1. 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. 2. 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 Trên cơ sở các nội dung nghiên cứu, luận án được trình bày gồm phần Mở đầu, ba chương, Kết luận, Danh mục công trình khoa học đã công bố, Danh mục tài liệu tham khảo và phần Phụ lục. Trong đó: Chương 1 - Tổng quan mục tiêu đa điểm chói trên biển trình bày các nội dung về tính chất của mục tiêu biển trong bài toán phát hiện, phân lớp và nhận dạng; phân tích tính chất “đa điểm dấu phát hiện” của mục tiêu biển và bài toán lọc, bám quỹ đạo; tổng hợp và hình thành các nội dung nghiên cứu chính của luận án.
6 Chương 2 - Ước lượng các tham số và thuộc tính điểm dấu các mục tiêu trên biển tập trung trình bày phương pháp xử lý ảnh ra đa để hình thành tập dữ liệu đa điểm chói, sử dụng thuộc tính đa điểm chói để ước lượng điểm dấu đại diện (ĐDĐD), đặc trưng chuyển động mục tiêu đa điểm chói. Chương 3 - Nâng cao chất lượng bài toán lọc, bám quỹ đạo mục tiêu đa điểm chói trên biển trên cơ sở nâng cao chất lượng độ chính xác ước lượng ĐDĐD mục tiêu đa điểm chói và xử lý liên kết điểm dấu với quỹ đạo mục tiêu theo các yêu cầu về độ chính xác và tính thời gian thực; tổng hợp các thuật toán xử lý và kiểm nghiệm tính đúng đắn các kết quả nghiên cứu.