Classificação Neural De Sinais De Sonar Passivo Com Base Em Componentes Independentes

Abstract

Resumo -A estimação da direção de chegada (DOA -Direction Of Arrival ) de um navio por um submarino envolve o seu sistema de sonar passivo. O ruído irradiado pelo navio (contato) é recebido pelos sensores do sonar, que realiza uma conformação de feixes (beamforming) para a determinação da direção deste ruído. Além da estimação da DOA, se faz necessária a análise do ruído proveniente da direção de interesse, para que possa ser feita uma identificação do navio. O objetivo do trabalho aqui apresentado é implementar um sistema de classificação, usando redes neurais, para identificar contatos após a estimação da direção de chegada ter sido realizada. O classificador opera sobre espectros obtidos com a análise LOFAR para obter as características principais dos sinais dos navios, sendo esta análise realizada sobre as componentes independentes extraídas de duas direções de interesse. Palavras Chaves - IntroduçãoUm sistema que usa o som se propagando em um ambiente submarino é chamado de sistema sonar. A palavra SONAR é originária do inglês "SOund NAvigation and Ranging" [1]. Existem dois tipos de sistemas sonar que são utilizados em várias aplicações em acústica submarina: o sistema ativo e o sistema passivo [1] [2]. No sistema ativo, uma onda acústica é transmitida pelo arranjo de sensores e, quando encontra um alvo, é refletida, sendo possível a estimação de parâmetros que levam à detecção e localização do alvo. O sistema passivo realiza a detecção e a estimação usando apenas o ruído irradiado pelo alvo, ruído este que é proveniente das vibrações das máquinas e da cavitação de seu hélice.A Figura 1 mostra um ambiente em que estão presentes um submarino com um sistema de sonar passivo e vários contatos. O ruído gerado pelos contatos é captado pelos sensores do sonar (hidrofones). O sonar usa um formador de feixes (beamformer) para obter os sinais provenientes de cada direção [1]. A detecção e a classificação são realizadas por um operador sonar (OS) de forma aural e visual. A detecção pode ser feita observando-se a energia que chega em cada direção (marcação) do sonar, sendo utilizado para isso um gráfico da variação temporal da energia em função da marcação, como mostrado na Figura 1. Para a classificação de um contato detectado em uma dada marcação, o OS utiliza o áudio proveniente desta marcação e análises espectrais realizadas neste sinal, como, por exemplo, a análise LOFAR (LOw Frequency Analysis and Recording) [2]. Uma dificuldade nesta classificação se deve ao fato de haver contaminação do ruído do contato com o ruído irradiado por contatos presentes em marcações próximas e também com o ruído do próprio submarino e com o ruído ambiente [3] [4]. Além disto, existe a fadiga do OS pelo fato do mesmo se encontrar durante muito tempo ouvindo neste ambiente ruidoso, sendo então necessário um sistema automático de classificação.Este trabalho tem por objetivo desenvolver um pré-processamento baseado na análise de componentes independentes (ICA) [5]. Esta análise é aplicada para melhorar a relação sinal/interferência en...