CC BY
10MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 1 (141). 2018
A.B. Сафонов
Кандидат технических наук, доцент
Д.Ю. Щетинин
Тюменское высшее военно-инженерное командное училище
АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ИРОТИВОБОРТОВОЙ МИНОЙ ТМ-83
В статье обосновывается целесообразность разработки нового устройства управления инженерным бо-еирииасом. Актуальность работы в данном направлении определяется рядом критичных недостатков существующей системы управления боеприпасом. Приведен один из подходов для решения задачи определения момента начала вычислительной процедуры. Решение на приведение в действие принимается на основе корреляционной обработки. Приведены оценки вероятности принятия решения.
В настоящее время все более необходима замена устаревающих образцов инженерного вооружения в инженерных войсках России. Особенно это актуально применительно к инженерным боеприпасам (минам), а именно — в части касающейся алгоритмов приведение их в действие. Вследствие не всегда возможного финансирования вновь разрабатываемых проектов становится актуальной модернизация исполнительных и командно-передающих приборов указанных выше боеприпасов, преимущественно предназначенных для уничтожения автобронетанковой техники.
Поэтому целью статьи является описание метода селекции подвижных объектов по их двумерному изображению в интересах повышения избирательности инженерного боеприпаса.
Авторами предлагается провести усовершенствование комплекта мины ТМ-83, которая предназначена для уничтожения автобронетанковой техники противника. Известно, что данная мина в своем составе имеет два датчика: сейсмический и инфракрасный. Таким образом, при пересечении линии прицеливания тяжелой техникой происходит выдача сигнала командно-передающим прибором (КПП) сигнала на подрыв. Уничтожение объекта коммулятивной струей
происходит вне зависимости оттого, какого типа объект пересек линию прицеливания. Однако возможны ситуации, когда требуется из состава колонны уничтожить строго определенный тип техники вне зависимости от его нахождения в составе колонны (причем это не всегда танк). Для решения данной задачи авторами предлагается дополнить комплект мины инфракрасной камерой низкого разрешения и программнымвычислителем (Рис. 1.)
Принцип функционирования комплекта будет заключаться в следующем. Сигнал в инфракрасном диапазоне длин волн от цели поступает на вход видеомодуля. Сигнал в видеомодуле представляет собой матрицу
Рис. 1. Модернизованный комплект мины
цифровых значений элемента изображения. Причем каждый элемент матрицы содержит некоторое число, соответствующее значению яркости элемента цели. Таким образом, можем записать сигнал, имеющий в своем составе полезную информацию о цели как некоторую функцию от двух аргументов — номера столбца у и строки X
Я = Мх ,у .
Сигнал с выхода видеомодуля поступает на первый вход КПП, которыйпередает (транслирует) данный сигнал на вход блока преобразования. Сигнал с выхода видеомодуля представляет собой сигнал, продискретизированный по времени и квантованный по амплитуде. Шаг квантования по амплитуде равен единице (разница между соседними значениями яркости). Шаг дискретизации по времени определяется шагом изменения порядкового номера смежных ячеек матрицы. Определимся, что формирование вектора яркости осуществляется по правилу
^ = и и (Мх ,у),
X=1 у=1
где X — максимальное число столбцов, У — максимальное число строк, п = ХУ.
Уровни квантования могут изменяться в зависимости от числа возможных значений яркости используемого видеомодуля.
Известно, что при анализе степени схожести сигналов используют взаимокорреляционную функцию, записываемую для сигналов ) и «2 0) в следующем виде
да
Я12ф) = | ^+ в)Ж .
—да
В нашем случае сигнал, во-первых, является дискретным. Во-вторых необходим второй сигнал, с которым мы будем сравнивать тот, что получен из изображения на входе видеомодуля. В качестве данного сигнала мы будем использовать эталоны, которые на этапе проектирования заранее будут запоминаться в памяти блока корреляции. Следовательно, указанная выше формула может быть записана, в виде
^2(9) = Ъ'п*п-е >
п=1
здесь © — смещение на один отсчет принятой реализации сигнала, з'п — эталонныйдискретный сигнал, полученный при моделировании.
Сигнал с выхода блока корреляционной обработки поступает на второй вход КПП, в котором полученное значение сравнивается с имеющимся в памяти. В случае, если сигналы будут максимально схожи, значение взаимокорреляционной функции будет максимальным, в противном случае — минимальным, либо значительно меньше граничного, при превышении которого КПП принимает решение в пользу к -й цели. Если на этапе подготовки комплекта КПП заранее запрограммирован так, что при превышении порога выдается сигнал на приведение в действие исполнительного прибора.
Для получения оценок вероятности распознаванияцелейнаизображениипроводилось математическое моделирование (ММ).
В процессе моделирования решались три смежных задачи — обнаружение объекта, определение момента принятия решения и, собственно, принятие решения на приведение мины вдействие. Моделировались ситуации пересечения линии прицеливания тремя типами объектов — танком, БМП и транспортным автомобилем. В качествефоновыхиспользовалисьтепловизионные изображения объектов для наиболее вероятных типов местности: лесистой, степной, городской и гористой. Также имитировалось движение объекта в кадре. Движение задавалось различным положением самого объекта относительно центрального столбца изображения (Рис. 2).
Двумерное изображение соответствовало по характеристикам тепловизионному модулю с разрешением 640 х 480 точек. Для определения наличия цели в кадре использовался профиль яркости (ПЯ) (Рис. 3). Вектор ПЯ формировался из строки с номером У /2. Однако выбор средней строки не всегда приводил в положительному результату. Это следовало из того, что положение центра кадра относительно края полотна дороги не всегда выставляется точно.
Поэтому положение объекта по его профилю определялось автоматически, для чего использовался следующий алгоритм:
1. Формировался ПЯ р(у) для всех строк матрицы изображения.
МБЛН 01? СОММиШСЛТКЖ Б((ШРМБШ: Iss. 1 (141). 2018
Рис. 2. Пример изображения участка местности с имитацией движения танка
Рис. 3. Изображение танка, путь построение ПЯ и вектор ПЯ
2. Проводился поиск элементов ПЯ со значениями более 0,707 от максимального — Р(У) •
3. Проводитсяпоискследующих за найденным элементов вектора со значениями равными или большими найденного.
4. Подсчитывались найденные элементы.
5. Если значение элемента смежного с запомненным меньше, то подсчитывалась протяженность разрыва. Если она составляла менее 30 элементов и падение яркости не более чем 18-20 единиц (10%), то протяженность интервала включалась в общую сумму. Если условия не выполнялись, то подсчет начинался заново.
6. Предварительное решение о наличии объекта в кадре принималось в случае, если число элементов со значением яркости р(у) (для длины строки 480 точек).
7. Осуществлялось построение ПЯ по столбцам матрицы изображения.
8. Проводился поиск элементов со значениями более 130.
9. Проводился поиск следующих за найденным элементов профиля со значениями равными или большими найденного.
10. Осуществлялся подсчет найденных элементов.
11. Осуществлялся расчет по аналогии с п.5, заисключениемтого, что число элементов разрыва уменьшалось вдвое, таккакпротяженность самого профиля по вертикали меньше.
12. Вычислялось отношение протяженности интервала с максимумами яркости, рассчитанному в п. 11 к величине, рассчитанной в п. 5. Если полученное значение находится в интервале 0,9...1, то принималось решение, что на кадре засветка. В противном случае принималось решение о наличии объекта в кадре.
Немаловажным являлось определение момента для принятия решения, так как цель движется. Наилучший результат достигался в случае, когда объекта находился в центре растра изображения. Момент принятия решения рассчитывался для нескольких изображений с различным положением «контура» цели относительно центрального столбца. Для этого по уже описанному выше алгоритму запоминался номер первого элемента ух со значением р(у) . После этого запоминался номер последнего элемента у2 с аналогичным значением. После
этого проверялось условие приблизительного равенства числа элементов вектора ПЯ, соответствующих фону до «контура» цели и после него |(У-у2) - ух| < У /10 .В идеальном случае их число должно быть равным нулю. При выполнении условия рассчитывался коэффициент взаимной корреляции.
Результаты моделирования показали, что при отсутствии очагов засветки на изображении (городские условия местности с очагами возгорания) оценки вероятности правильного
принятия решения составили значение для бронеобъекта типа «танк» — 0,78, для объекта типа «грузовик» — 0,67.
Таким образом, предложенный подход позволит повысить устойчивость к случайному срабатываю боеприпаса, а также использовать селекцию объектов поражения. Однако необходимо проводить поиск путей повышения оценок правильного принятия решения для различных условий местности, погодных условий, наличия шумовых воздействий.
