Порівняння методів кореляції та штучних нейронних мереж для визначення положення об`єктів за допомогою надширокосмугових полів

Анотація

Актуальність. Системи глобального та локального позиціонування мають широкий спектр цивільних та військових застосувань. Транспорт, логістика, точне землеробство, промислові технології, системи безпеки потребують точного визначення положення об’єктів на площині та в об’ємі. Існуючі сучасні системи позиціонування мають певні недоліки експлуатації і обмеження в користуванні.

Мета роботи. Вдосконалити систему локального позиціонування на площині, що не потребує часової синхронізації, шляхом використання імпульсного надширокосмугового електромагнітного поля двох рознесених антен типу «метелик» та аналізу і розпізнавання часових форм прийнятих хвиль штучними нейронними мережами та методом взаємної кореляції. Провести дослідження стійкості роботи системи визначення положення об’єкта за наявності завади у вигляді адитивного білого шуму.

Матеріали та методи. Електродинамічне моделювання збудження та випромінювання антен проводиться методом кінцевих різниць у часовому просторі (FDTD). Класифікація форм прийнятих імпульсів за відомими зразками реалізується двома альтернативними методами: кореляційним підходом та штучними нейронними мережами.

Результати. Використання методу кореляції та штучних нейронних мереж (ШНМ) дозволило реалізувати систему позиціонування із кутовою роздільною здатністю 1 градус. Отримані імовірнісні розподіли кутів розпізнавання для різних рівнів адитивного шуму в прийнятих сигналах для цих двох методів.

Висновки. Порівняння ШНМ та методів кореляції для розпізнавання кутів показує, що штучні нейронні мережі можуть продемонструвати кращу точність, ніж кореляційний підхід. Навіть для співвідношення сигнал/шум 0 дБ ШНМ дає коректне розпізнавання кутів після статистичного усереднення результатів класифікації. ШНМ в числовому моделюванні демонструє час розрахунку на три порядки менший, ніж нам потрібно для розрахунку функції взаємної кореляції. Використання коротшого електромагнітного імпульсу підвищує якість класифікації кутів за наявності шуму для обох представлених методів.