Пятакович В.А., Рычкова В.Ф., Филиппов Е.Г. «Нейронные сети как вариант вычислительной структуры системы классификации морских целей» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 163-174 (2020)

Многочисленные эксперименты по обучению нейронных сетей показали, что совокупное использование алгоритма локальной оптимизации, процедуры «выбивания» сети из локального минимума и процедуры увеличения числа нейронов приводят к успешному обучению нейронных сетей. Оценка адекватности результатов моделирования процесса распространения звука в морской среде выполнялась с использованием данных измерений потерь при распространении звука, полученных в ходе натурного эксперимента, на базе Центрального научно-исследовательского испытательного гидроакустического полигона. При этом использовались расчетные потери при распространении звука, полученные по апробированным программам, зарекомендовавшим себя на практике. В работе предложен метод формирования и редукции выборок, который обеспечивает сохранение в сформированной подвыборке важнейших свойств исходной выборки, не требуя при этом загрузки в память ЭВМ исходной выборки, а также многочисленных проходов исходной выборки, что позволяет сократить объем выборки и уменьшить требования к ресурсам автономного нейроклассификатора.

Пятакович В.А., Рычкова В.Ф., Филиппова А.В., Пятакович Н.В. «Расчет эффективности классификации целей интеллектуальной системой ВМФ, использующей комплекс вычислительных операций нейронных сетей» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 175-185 (2020)

Рассмотрены показатели эффективности и предложена методология оценки радиогидроакустических средств при использовании их в общей структуре системы мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде. Особенностью системы является привлечение аппарата нечеткой логики для решения задач классификации объектов нейросетевой экспертной системой совместно со спектральными линиями анализа приемного тракта разрабатываемой радиогидроакустической системы мониторинга морских акваторий с последующим комплексным анализом результатов в едином информационно-аналитическом центре. Результаты научных разработок авторов по данной тематике защищены патентами, изданы в виде монографий и отражены в научных статьях. Приведен расчет показателей эффективности обнаружения морской цели (надводного корабля, подводной лодки, специального морского аппарата) при различных условиях. Рассмотрены выражения показателя эффективности гидроакустических средств для различных видов функций полезности и аппроксимации характеристик обнаружения стандартным нормальным распределением. Реализация разрабатываемого комплекса вычислительных операций нейронных сетей на многопроцессорных нейроподобных сверхбольших интегральных схемах в виде нейросетевой экспертной системы для распознавания и классификации измеряемых информационных полей морских объектов системой мониторинга морских акваторий, обеспечит возможность решения многофункциональных задач морской науки и оборонного комплекса государства. Ключевые слова: классификация морских объектов, нечёткая логика, нейронные сети, гидрофизические поля, системы автоматического управления.

Пятакович В.А., Суров А.Б., Рычкова В.Ф. «Оптимальные и адаптивные методы классификации гидроакустических сигналов для морских интеллектуальных систем» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 186-194 (2020)

Рассмотрены обстоятельства, обусловившие необходимость разработки принципиально новых методов и средств, основанных на подсветке среды сигналами низкой звуковой частоты, обеспечивающих обнаружение акустически слабозаметных объектов, на дальних дистанциях, которые согласно результатам их испытаний, могут быть использованы при обнаружении малошумных объектов перспективными морскими интеллектуальными системами распознавания и классификации. Рассмотрена задача целенаправленной предобработки обучающей выборки для ускорения обучения нейронной сети. Рассмотрен метод извлечения обучающих выборок, который обеспечивает сохранение в сформированной подвыборке важнейших топологических свойств исходной выборки, не требуя при этом загрузки в память электронно-вычислительной машины исходной выборки, а также многочисленных проходов исходной выборки, что позволяет сократить объём выборки и уменьшить требования к ресурсам электронно-вычислительных машин.

Пятакович В.А., Пурденко А.П., Рычкова В.Ф., Филиппов Е.Г. «Адаптивная локальнооптимальная стратегия управления эксплуатацией нейросетевой системы классификации морских целей» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 195-204 (2020)

Рассмотрены задачи определения последовательности, характера и величины управляющих воздействий на состояние морского технического объекта и расчета надежности его аппаратуры, используемой в общей структуре нейросетевой экспертной системы классификации морских целей (морская система мониторинга с элементами искусственного интеллекта) при мониторинге морских акваторий. Определены локально и глобально оптимальные стратегии гарантированного управления эксплуатацией интеллектуальной автономной системы классификации морских целей. Предложена общая методика гарантированного управления эксплуатацией элементной базы аппаратуры интеллектуальной автономной системы классификации морских целей. Общая методика расчета наиболее целесообразных вариантов стратегий управления объектом, выработана на основе решения частных задач, исходя из реальных возможностей управления эксплуатацией и информационного обеспечения. Представленный в работе набор алгоритмов позволяет находить математическую модель прогнозируемого процесса по критерию гарантированного времени безотказного функционирования в ситуациях, когда неизвестны стохастические характеристики возмущающих факторов. Особенность исследуемых нами задач состоит в том, что они решаются в условиях неполной и не всегда достоверной информации.

Завьялов В.В., Агапов В.А. «Метод повышения точности корреляционного лага на основе предварительной фильтрации сигналов на входе схемы слежения» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 205-211 (2020)

Повышение точности автономных средств навигации, к которым относятся гидроакустические лаги, в том числе и корреляционные, в настоящее время является актуальной научной и конструкторской задачей. Целью работы является обоснование метода повышения точности корреляционного лага на основе предварительной фильтрации сигналов на входе схемы слежения. Показаны проблемы, решаемые с помощью корреляционных лагов. Проведен анализ основных уравнений корреляционных методов измерения скорости и структурных схем вычислительных устройств корреляционных лагов, основанных на этих методах. Показано, что при измерении продольной скорости судна на выходе схемы слежения (измеренная скорость) коррелятора даже в установившемся режиме слежения сигнал не равен нулю, в отличие от метода корреляции для измерения модуля полной скорости судна. Предлагается фильтровать сигналы на входах вычитателя с последующим интегрированием выходного разностного сигнала. Для подтверждения работоспособности предложенного метода были разработаны схемы корреляторов. Измерители продольного измерителя скорости и модуля скорости на полной скорости судна. Получены динамические характеристики переходных процессов вычислительных устройств лагов, дисперсии входных и выходных сигналов схемы слежения. Представлены результаты теоретических расчетов относительных среднеквадратичных ошибок методов измерения продольной скорости и модуля абсолютной скорости, а также результаты, полученные в ходе моделирования, которые подтвердили эффективность предложенного метода.

Стародубцев П.А., Сторожок Е.А. «Идентификация источника сигнала в измерительном узле системы морского экологического и гидроакустического мониторинга» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 212-214 (2020)

Вероятность ложной тревоги в измерительном узле системы морского экологического и гидроакустического мониторинга может быть снижена, если проводить первичную идентификацию источника сигнала. С этой целью необходимо предусмотреть наличие в составе узла базы данных шумовых портретов целей. Сигналы с выхода предварительного усилителя измерительного узла сравниваются с сигналами, хранящимися в базе данных, путём вычисления среднеквадратического отклонения. Определяется сигнал с минимальным отклонением и соответствующий ему источник. Сравнение сигналов может быть произведено и путём вычисления корреляционной функции. В данной статье приводятся результаты компьютерного моделирования блока первичной классификации измерительного узла в системе MATLAB&SIMULINK. Сравниваемые сигналы представлены во временной области. Вероятность правильной идентификации может быть увеличена, если проводить сравнение спектров сигналов

Викторов Р.В., Липовецкий А.О. «Результаты экспериментальных исследований по обнаружению пловцов при развитой структуре интерференционного гидроакустического поля в прибрежной акватории берегового клина» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 215-222 (2020)

Показано, что прилегающая к особо важным объектам акватория берегового клина, остается не освещенной, и при подсветке высокочастотным сигналом, в ней формируется интерференционное гидроакустическое поле, в котором можно регистрировать движущихся пловцов. Рассматривается механизм возникновения амплитудной модуляции при отражении гидроакустического сигнала от взволнованной морской поверхности. Приведены результаты компьютерного моделирования, а также лабораторных исследований, показывающие принципиальную возможность выделения на приемном устройстве амплитудных флуктуаций, вызванных движением подводного объекта в созданном интерференционном поле. Представлена модель адаптивного компенсатора помех, а также приведены результаты натурных экспериментальных исследований, которые показывают, что предлагаемый компенсатор позволяет подавить помеху, вызванную отражением высокочастотного сигнала от взволнованной поверхности на приемном устройстве и выделить амплитудные флуктуации, вызванные движением пловца. Показана эффективность снижения среднеквадратической ошибки помехи на измерительном приемном устройстве после адаптивного компенсатора, а также предложена схема обнаружителя движущегося подводного объекта.

Викторов Р.В., Дягилев М.В., Крупеньков А.В. «Экспериментальные исследования возможности регистрации шумоизлучения морского объекта в неблагоприятных гидрологических условиях при использовании адаптивной фильтрации помех» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 223-229 (2020)

При всплытии подводного объекта, особенно в неблагоприятных гидрологоакустических условиях не обеспечивается его безопасность от столкновения с морскими целями. Показано, что для решения этой проблемы возможно применение в типовом тракте гидроакустической системы обнаружения использование линейного фильтра Калмана. Представлены результаты имитационного моделирования показывающие принципиальную возможность регистрации малошумных объектов в неблагоприятных условиях, при обеспечении всплытия подводного объекта. Приведены результаты морских экспериментальных исследований, которые показывают, что применение в гидроакустическом тракте обнаружения линейного фильтра Калмана позволяет подавить фоновую помеху моря, гидродинамические шумы и шумы дальнего судоходства на приемном устройстве и выделить сигналы шумоизлучения морского объекта при низких входных отношениях сигнал/помеха. Показано, что применение в тракте обработки адаптивного фильтра Калмана позволяет повысить выходное отношение сигнал/помеха, а также существенно увеличить время наблюдения за надводным объектом.

Девятисильный А.С., Гриняк В.М., Шурыгин А.В., Иваненко Ю.С. «Выставка многопозиционной маячной системы на основе траекторных измерений» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 262-267 (2020)

Рассматривается проблема построения маячной дальномерной системы наблюдения. В статье обсуждается постановка и подходы к решению двухкоординатной задачи выставки (местной координатной привязки) многопозиционной маячной системы, предназначенной для наблюдения подвижных объектов различного целевого назначения (подводных, надводных, наземных, воздушных и др.). Такого рода системы актуальны как для традиционных сфер решения навигационных задач, так и для задач наблюдения нового типа, например, навигация мобильных устройств; в статье моделируется гидроакустическая маячная система, предназначенная для позиционирования подводных аппаратов. Сформулирована математическая модель задачи выставки, основанная на уравнениях типа «состояние-измерение» и конечномерных представлениях метода наименьших квадратов. В силу исходной нелинейности задачи предлагается её линеаризация около некоторого опорного решения, характеризующего априорные представления о состоянии системы наблюдения. Особое внимание в статье уделено вопросу разрешимости задачи в трёх аспектах: принципиальной разрешимости (наблюдаемости), разрешимости в условиях инструментальных погрешностей измерений, разрешимости в условиях конечной точности вычислений. Первый аспект разрешимости интерпретируется полнотой ранга соответствующей системы линейных алгебраических уравнений, второй и третий – обусловленностью задачи и сходимостью итерационной процедуры оценивания. Приведены результаты численного моделирования для типичных ситуаций. Показано, что могут быть достигнуты точности выставки, достаточные для качественного решения широкого круга навигационных задач.