CC BY
15УДК 621.391 ГРНТИ 78.25.31
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБА И АЛГОРИТМА СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ПОМЕХ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МАТРИЧНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ОЦЕНОЧНО-КОМПЕНСАЦИОННОГО ПРИНЦИПА
Ю.Л. КОЗИРАЦКИЙ, доктор технических наук, профессор Д.В. ПРОХОРОВ, доктор технических наук, доцент А.А. КОЗИРАЦКИЙ
На основе методов теории вероятностей, оптимального приема и компьютерного моделирования в интересах повышения эффективности управления беспилотными летательными аппаратами по оптическому каналу в сложной фоно-помеховой обстановке обоснованы способ и алгоритм снижения влияния помех на функционирование матричного фотоприемника на основе оценочно-компенсационного принципа. Для случая пуассоновских распределений сигнала, шумов и помех от постоянно действующих и медленно флуктуирующих источников с использованием метода максимума апостериорной вероятности разработаны алгоритм оценки величины помехи в элементах матричного фотоприемника, а также оценочно-компенсационный алгоритм обработки изображений матричным фотоприемником в условиях помех. Проведен их анализ с использованием критерия идеального наблюдателя. Приведены результаты компьютерного моделирования, которые показывают достаточно высокую эффективность предлагаемого алгоритма.
Ключевые слова: управление, алгоритм, способ, оценка, матричный фотоприемник, компенсация помех.
Введение. В последние годы все большее распространение получает беспилотная авиация. Сферы применения современных беспилотных летательных аппаратов (БЛА) достаточно многообразны [1, 2]. Активно используются БЛА малого класса. При решении задач информационного обеспечения в условиях городской застройки наиболее распространенными БЛА являются мультикоптеры. Они реализуются по вертолетной схеме с тремя или более несущими винтами и управляются дистанционно посредством радиосвязи по каналу полетного контроллера БЛА и пульта управления. Опыт ведения боевых действий в Сирии показывает, что в условиях сложной электромагнитной обстановки управление таким средством может быть существенно затруднено. Это обусловливает изыскание новых более эффективных способов управления БЛА малого класса.
Актуальность. В работах [3-5] предложен способ управления БЛА малого класса путем использования оптического канала. Для передачи информации с БЛА на наземный пункт управления предлагается использовать ретроотраженное от формирующей оптики БЛА управляющее лазерное излучение. Прием ретроотраженного лазерного излучения матричным фотоприемником (МФП) будет осуществляться на фоне помех. Возникает задача приема полезного сигнала с требуемым качеством в условиях воздействия помеховых и фоновых излучений, а также внутренних шумов приемника. При этом достаточно актуальным будет изыскание способов уменьшения влияния перечисленных помех и оценка их эффективности.
Целью работы является обоснование способа и алгоритма снижения влияния помех на функционирование матричного фотоприемника на основе оценочно-компенсационного принципа.
Способ уменьшения действия помех на МФП на основе оценочно-компенсационного принципа. Рассмотрим основные характеристики МФП и изображения, формируемого на фоточувствительной поверхности МФП в результате воздействия полезного сигнала, помехового излучения различного происхождения, а также фонового излучения и внутренних шумов приемника [6-8]. Представим структуру МФП в виде, показанном на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структура и пространственные характеристики матричного фотоприемника
Матричный фотоприемник состоит из N хМ элементов с площадью фоточувствительной поверхности Дэ = Д1 • Д2. На фоточувствительную поверхность МФП формирующей оптикой
проецируется изображение 1Л( х, у, 1), спектральная плотность интенсивности которого имеет
размерность Вт/ м2 мкм. В общем случае рассматриваемую спектральную плотность интенсивности можно представить в виде
1Л (- ^ 1) = 11Л (- ^ 1) + 12Л (- У, 1) + 1ШЛ (- У, 1) ,
(1)
где 11Л(х,у, 1) - спектральная плотность интенсивности полезного сигнала (изображения),
образованного ретропроектором и поверхностью БЛА; 12Л(х,у, 1) - спектральная плотность
интенсивности помехового сигнала (изображения), образованного постоянно действующими и
медленно флуктуирующими источниками оптического излучения; 1ШЛ (х, у, 1) - спектральная
плотность интенсивности шумов, обусловленных воздействием фона, и пересчитанных на вход внутренних шумов приемника.
На каждый элемент МФП подается часть изображения. Усредненную спектральную плотность интенсивности по поверхности элемента можно представить в виде
1 х у]
1л( - , У г , 1 ) = 1л(^ J, 1 ) = Т^ I I Лx, У, 1 ^ХйУ .
Д, Д 2 . .
1 2 --Д, У] -Д2
(2)
Будем считать, что длительность интервала наблюдения, в течение которого проводится оценка, равна Т, причем интервал Т разбит на К подынтервалов одинаковой длительности т.
В течение длительности подынтервала г проявляются изменения по интенсивности изображения в элементе МФП (рисунок 1). Среднее значение спектральной плотности интенсивности изображения в интервале времени от 1к - г до ^ на поверхности элемента МФП с координатами
(г, ]) можно оценить с помощью равенства
1 %
1л (К .1, Ч) = 1Л (К .1, к) = -1 ь (и .1, * №.
(3)
Число фотоотсчетов в интервале времени г можно определить как
_ 1 Л
Б (и j, к) = -¡с | Ч^21Х (и j, к)АэМ,
(4)
где к - постоянная Планка; с - скорость света; г/л - квантовая эффективность элемента МФП на длине волны Л; Х1 — Л =АЛ - оптическая полоса чувствительности элемента МФП; 1Л (г, j, к) - средняя в интервале времени (*к — г, 1к) спектральная яркость изображения на
поверхности элемента МФП с координатами (г, j) . Тогда выражение (1) можно записать
Б (г, j,к) = Ъ (г, j, к) + ^ (г, j,к) + Бш (г, j,к):
(5)
_ 1 Л2 _ _ 1 Л2
где БШ (г, j, к) = -¡С | ЧлЛ1фЛ (г, j, к)АэГ№Л + Бвш (^ j, к) , (и j, к) = — | ГлЛ 1Л (и j, к)АэГ№Л ,
Л А
_ 1 Л2
Б2 (^ j, к) = ¡С\rlлЛ2I2л(i, j, k)АэгdЛ, 11л(1, .¡, к) , 12л(1, к) и 1фл(1, к) - средние в интервале
Л
времени (*к —г, 1к) спектральные яркости полезного, помехового и фонового изображений на поверхности элемента МФП с координатами (г, j); Бвш (г, j, к) - число фотоотсчетов в интервале времени (*к — г, 1к ), обусловленных (пересчитанными на вход) внутренними шумами приемника.
Обозначим через €(х,,уг,*) случайное (неизвестное) воздействие на элемент МФП с координатами (г , j) в момент времени *
х у
х,у,, * ) = I I й(x,y,*У^Лу = ^(i,j,*):
(6)
э х —А1 у —А2
1 Л2
где € (X y, *) = — I ГлА%Л (X y, *)АэгЛЛ.
кс
Л
В условиях, когда каждым элементом МФП ведется наблюдение в отдельные моменты времени (дискретное наблюдение), то полезная информация может заключаться в принятых сигналах, имеющих случайные величины. В этом случае дискретный вектор отсчетов фотодетектора определяется выражением
*к—г
(7)
Сущность оценочно-компенсационного алгоритма состоит в оценке величины 52 (х, у, гз) и вычитании из входного воздействия, представляющего собой сумму 51 (х, у, 1) + Б2 (х, у, 1) + 8Ш (х, у, 1) оценочной величины помехи
Полученная разность поступает на дальнейшую обработку, которая зависит от решаемой задачи, связанной с обнаружением, различением, сопровождением или распознаванием. Общая структура алгоритма представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Общая структурная схема оценочно-компенсационного алгоритма
На рисунке приняты следующие обозначения: МФП - матричный фотоприемник; УОП - устройство оценки величины помехи; БЛЗ - блок линии задержки; УВ - устройство вычитания; УПО - устройство последующей обработки.
Разработка алгоритма оценки величины помехи в элементах матричного фотоприемника. В течение длительности подынтервала г проявляются изменения по интенсивности излучений (рисунок 1) так, что интенсивность отсчетов, создаваемых помеховым
полем в к -ом подынтервале элемента МФП с координатами (г, ]), запишется в виде 52 (г, ], к) и 5'ш{г,]) (г = 1,2,...,I;] = 1,2,...,q; к = 1,2,...,К). Шумовая помеха в элементе (г,]) предполагается стационарной с постоянной интенсивностью отсчетов (г, ]). Поскольку интервал Т разбит на К подынтервалов, в конце каждого подынтервала осуществляется оценка интенсивности отсчетов помехового изображения в элементе с координатами (г, ]). С учетом рекомендаций,
изложенных в [9, 10], число фотоэлектронов, образованных в результате воздействия помехового излучения и связанных с фоновыми и внутренними шумами, на интервале Т фотоэлемента с координатами (г, ] ) будет подчинено закону Пуассона
.\~|£(г, ] ,к)
) IIо) п^ь**в)+^^
(9)
где 52 (г,],к|в) = 52 (г,],к|в)г ; в - параметр, подлежащий оценке.
С учетом рекомендаций в [10] будем считать, что помеховое излучение (изображение) имеет одинаковое среднее значение в элементе в процессе наблюдения. Тогда
Пусть в (г, ]) имеет экспоненциальную плотность вероятности вида
р {в)-±
2^
' в ^ __У_
ч * у
в *
(11)
Оценка параметра в {г, ]) по методу максимума апостериорной вероятности требует определения
пик \ \ £ (/, j, к) ^^ [Б2 {/, j, к\ в) + Бш (г, j)] - К Б2 (г, j, к\ в) + \щ> в ) I
в I к=1 к=1 I
(12)
где р(в^ - априорная плотность #(',./) .
Если существует решение для в (/, у), то оно должно удовлетворять условию экстремальности
р(в,) ¿Г1'"7' '[ЦиАёЬЫи)
к=\
(13)
С учетом (10), (11), а также Л1пр(ву)/= -0,5** уравнение (13) можно представить в
виде
2а2 в„Б2 + Бш(и)^К ' 2
(14)
Решение уравнения (14) имеет вид
6> =
г Б2 К +12
Т^(г, к )-
Бш (и)
Б
(15)
Таким образом, устройство оценки по методу максимума апостериорной вероятности должно суммировать фотоотсчеты на всем интервале наблюдения Т = Кт и осуществлять вычисления по алгоритму, структура которого представлена на рисунке 3. Среднее значение оценки можно определить следующим образом:
= Е
А-=1
Б'тК-
2*2
Бш (г, ]) _ Е(в) БТК + Бш (', ])К Бш (},)
Б
Б'2тК -
Б
2*2
(16)
, Е{в^2К + 8ш(г,])К
К+
2*^2
Рисунок 3 - Структура алгоритма оценки числа отсчетов, создаваемых помеховым изображением в элементе МФП
Из (16) следует, что смещение в общем случае не равно нулю и оценка не является несмещенной. Однако, если увеличить время наблюдения Т = Кт так, что 8'2тК» 1/2сг , то
и оценка приближается к несмещенной. Дисперсия оценки:
а
( Б'2тК +12*; ) 2*^К + ^ (г, ]) К _2 ( £К +12*1 )2 2'
(17)
При возрастании времени наблюдения а2 « _ ь и, следовательно, дисперсия оценки по
52тК
методу максимума апостериорной вероятности пропорциональна а* и обратно пропорциональна
средней энергии оцениваемого сигнала.
Для получения оценки интенсивности исследуемого оптического поля в присутствии шумов должны быть известны (заданы) длительности подынтервалов т и времени наблюдения Т, среднее значение числа отсчетов £2 за время Т (обусловленных воздействие на вход элемента МФП оцениваемого оптического излучения), дисперсия оцениваемого параметра (интенсивности), а также среднее значение шумовых фотоэлектронов за время наблюдения. Для любого устройства, осуществляющего несмещенную оценку, дисперсия этой оценки ограничена снизу границей Рао-Крамера [10]
ГКР = ^ Е
аV (в) } [/2 (I, А в)]2 ж
дв2
\
/2 .], А| в) + /ш (К ])
(18)
где / (/, j, А| в) - непрерывная функция интенсивности образования фотоотсчетов при
воздействии помехового излучения (изображения); //(¿, ]) - непрерывная функция
интенсивности образования фотоотсчетов, обусловленных шумами.
Разработка оценочно-компенсационного алгоритма обработки изображений матричным приемником в условиях помех. Рассмотрим задачу обнаружения сигнала на фоне
флуктуационных помех (внутренних шумов и флуктуаций фона) и помехового сигнала, представляющего собой постоянное или медленно флуктуирующее излучение помеховых источников как задачу различения двух сигналов (изображений).
Разрабатываемое устройство с учетом компенсации излучения помеховых источников с запаздыванием тз = mт должно оптимальным образом принимать решение об истинности двух гипотез:
Щ: £ (и 7, к) = (/, к) - (/, к-т) + (/,
Н2: £ (/', ],к) = ^ (/, к) + (/, ],к)~ §2 (/, у, £ - да) + (/, к).
(19)
Рассмотрим случай, когда решение о наличии сигнала Б (г, j, к) принимается по одному
отсчету принятой реализации &(1, j, к) на выходе МФП. В предположении статистической
независимости значений сигналов и помех в различных элементах МФП и учитывая, что распределения сигналов и помех на выходе одного элемента МФП подчинены закону Пуассона, многомерные условные плотности распределения изображений на выходе МФП, соответствующие двум гипотезам, будут иметь вид:
M N
Р)=ПП
&, ])
г =1 ]=1
M N
& j)!
Р&/Н 2 )=ПП
&, ])
(20)
г=1 ]=1
& (и j)!
-хв
где Б (г, j), Б2 (г, j) и £ш(/, j) - средние значения сигнальных, помеховых и шумовых фотоэлектронов на выходе элемента МФП с индексами г, j за время отсчета.
Отношение правдоподобия в этом случае можно записать следующим образом
,Р (&]!н2 ) = пгт
- Р(^¡Н,)=ПП=П
(', ■/) + ^2 (', ■/) ~ (§2 (', ■/)) + Зщ (', ■/)
$2 (', 7') - {§2 (', 7')) + Зш ('> 7')
&. j)
в-)
(21)
Алгоритм принятия решения о наличии сигнала в принятом изображении можно получить путем сравнения логарифма отношения правдоподобия с порогом применительно к критерию
я2
идеального наблюдателя [11]. С учетом
Р (Н )
М N
П П
Р (Н1) и м
и к1= 1, получим следующее условие
г=1 ]=1
^ (', 7') + ^2 (', 7') ~ (£ (', 7')) + (/, 7) ^2 (', 7') - (¿2 ('> 7')) + (/, 7)
Н2 >
< Н
к
вБ{', ])> к <
Н
(22)
Р Г(Н) - - М N _
где к=1п—Р^—+ Б (Е) - порог различения; Б = (г,]) - суммарное среднее
Ррг (Н2 ) г=1 ]=1
значение сигнала по всем элементам МФП; Ррг (Н1) и Ррг (Н2) - априорные вероятности гипотез
Я1 иЯ2.
5 (', ■/) + ^2 (', ■/) ~ (§2 (', ■/)) + Зщ (', ■/)
(', 7') - (^2 (', 7')) + (/, 7)
период съема и обработки изображения много меньше времени корреляции сигнала, оценочно-компенсационный алгоритм можно представить в следующем виде
Введем обозначение а (г, j ) =1п
. Полагая, что
И 2 >
А = £ I [? 7' 0 - £ (/', и ('■, 7 ) н
г=1 ] =1
(23)
где £'(/,j,= (г,j,+ £2(г,j,А) + (г,j,А) (0 = 0 или 1 - при отсутствии или наличии
сигнала в принятом оптическом излучении).
Структурная схема квазиоптимального приемного устройства, реализующего оценочно-компенсационный алгоритм обработки изображений, представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Структурная схема квазиоптимального приемного устройства, реализующего оценочно-компенсационный алгоритм
Анализ оценочно-компенсационного алгоритма обработки изображений матричным приемником в условиях помех. Проведем анализ алгоритма, определяемого выражением (23). В качестве показателей эффективности алгоритма примем условные вероятности правильного обнаружения полезного сигнала Робн и ложной тревоги Яля!.
Логарифмы отношения правдоподобия Л при условии справедливости гипотез Н1 и Н2 можно определить следующим образом:
М N
Я1 : Л1 +
г=1 }=\
М N
(24)
г=1 ]=1
Тогда, учитывая, что значения сигнальных, помеховых и шумовых фотоэлектронов на выходе элемента МФП распределены по закону Пуассона, средние значения и дисперсии Л1 и
Л запишем:
з2(и)-(з2(и))+зш(и)
г=1 ;=1
М N г_ _ -
< = ЕЕ а 2 (I, ) Я2 (I,.) ) - < (г,;) + ЯШ (^ j )
г=1 ] =1
М ^ Г — — I —
г=1 ] =1
г=1 1=1
^ = ЕЕ а2 () ^ j) + Я2 (l, j) - (,,Л + ЯШ (l,)
где а2 . . - дисперсия оценки числа фотоотсчетов на выходе элемента МФП, обусловленных
помеховым излучением.
В соответствии с (23) Л представляет собой сумму большого числа случайных величин и в соответствии с центральной предельной теоремой ее закон распределения может быть принят нормальным. Тогда плотности распределений логарифма отношения правдоподобия для гипотез Н1 и И2 можно записать следующим образом:
(л-Ы )2
Н1: Р1 (Л Н ) = -р1- е < , И,: Р, (Л И, ) =
(Л-Л,)2
2а
>2
(26)
Условные вероятности правильного обнаружения полезного сигнала и ложной тревоги в условиях помех, образуемых постоянно действующими и медленно флуктуирующими источниками оптического излучения, для случая реализации оценочно-компенсационного алгоритма могут быть получены с использованием выражений [11, 12]
^-л 2
РК = / Р, (Л и2 )ЖЛ = 1 - Ф , ЕК = { А (Л И )жл = 1 - Ф
V <2 у
V <Л у
(27)
12
где Ф (г) = .— Г е-х - интеграл вероятностей [12]. л/2Ж-1
С учетом (22) и (25) выражения (27) можно записать как:
Р1 = 1 - ф
1п Р" (Н >
Р
рг
ЬЧ+^ (Е) -Е Е«('. Л ь (/, у)+^ (/, у) - (/, у))+^ (/, у)
(И2) г=1 ]=1 Ь -
М N
г=1 } =1
ЕЕ а 2 (^ j ) (^ j ) + Я2 С1, j ) - 4 (г,,) + ЯШ С1, j )
=1-Ф
лт
1п
РРГ (И1) , о
(28)
Р
" рг
ЬН+^ (Е) -Е Е«('> Л ^ (/, у) - (/, Л)+^ (/, у)
(И 2) г =1 М Ь
М N
г=1 } =1
ЕЕ а 2 (^ j ) Я2 (^ j ) - <1 (гМ) + ЯШ С1, j )
Для случая отсутствия реализации оценочно-компенсационного алгоритма условные вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги:
(
Рбн = 1 - Ф
1п
Ррг (Н ) , .
л
р
рг
ТггЧ + Я (2) - ЕЕ'^ (•, у) [Я (•, у) + $2 (•, у) + (I, у)]
\П 2) •=1 У=1
М N
ЕЕ (у) [ $1 (•, у)+$2 (•, у)+Яш (•, у)]
•=1 У=1
¥бк = 1 - Ф
лт
1п
рг (Н1 ) , ^
М N
р
рг
ЬЧ+$1 (2) -ЕЕ «бк (I, у) [ $2 (I, у)+(I, у)]
(Н 2 ) I=1 у=1
I М N
ЕЕ (у)[ $2 (•, у)+(•, у)]
1=1 у=1
(29)
где абк (/,у) =1п
у ) + Я2 С1, у )+ ЯШ (К у )
Я2 (К у ) + ЯШ (К у )
Для нижеуказанных исходных данных было проведено компьютерное моделирование предложенного алгоритма и проведен его анализ по выбранным показателям эффективности.
Исходные данные М = N = 50; К = 10; ¡5Ш = 1; $2 = 3,1; а = 1; $(2) = 76.
На рисунке 5 в разных проекциях представлены рассматриваемые при моделировании изображения пуассоновских шумов, помех и полезного сигнала на выходе МФП в к -ый момент времени. На рисунке 6 показано суммарное изображение на выходе МФП к некоторому моменту времени.
В результате моделирования алгоритма получено оценочно-компенсирующее изображение с математическим ожиданием и дисперсией оценки сг^. ^=0,7. С
использованием полученных выражений (28) и (29) для случаев реализации оценочно-компенсационного алгоритма и без таковой определены условные вероятности правильного
обнаружения и ложной тревоги по критерию идеального наблюдателя (Ррг (Н1 ) = 0,5; рг (Н2) = ад Рбн = 0,48, Рбн = 0,97, = 6-10-9, ^ = 1,2-10 4.
Рисунок 5а - Изображения пуассоновских шумов, помех и полезного сигнала на выходе МФП
в к -ый момент времени
Рисунок 5б - Изображения пуассоновских шумов, помех и полезного сигнала на выходе МФП
в к -ый момент времени
Рисунок 6 - Суммарное изображение на выходе МФП к моменту времени t
Результаты анализа полученных оценок подтверждают обоснованность использования оценочно-компенсационного алгоритма для повышения помехоустойчивости МФП при реализации предлагаемого способа управления БЛА. При применении оценочно-компенсационного алгоритма в сравнении с алгоритмом без компенсации можно видеть существенное повышение вероятности правильного обнаружения полезного оптического сигнала в условиях помех, обусловленных постоянно действующими и медленно флуктуирующими источниками оптического излучения, на фоне незначительного повышения вероятности ложной тревоги.
Выводы. В интересах повышения эффективности управления беспилотными летательными аппаратами по оптическому каналу проведено обоснование способа и алгоритма снижения влияния помех на функционирование матричного фотоприемника, заключающихся в оценке принимаемого постоянного или медленно флуктуирующего излучения помеховых источников и последующей его компенсации в аддитивной смеси полезного ретроотраженного лазерного излучения, помех и шумов. Базируясь на методах теории вероятностей, оптимального приема и компьютерного моделирования, разработаны и проанализированы алгоритм оценки величины помехи в элементах матричного фотоприемника и оценочно-компенсационный алгоритм обработки принимаемого в сложной фоно-помеховой обстановке изображения. Задача решалась для случая дискретных пуассоновских статистических распределений сигналов, помех и шумов. Оценка величины подлежащей компенсации помехи осуществлялась с использованием метода максимума апостериорной вероятности. Получены аналитические выражения для определения условных вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги по критерию идеального наблюдателя, с использованием которых на основе компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ эффективности обнаружения полезного сигнала для случаев применения рассматриваемых способа и алгоритма и без них. Результаты проведенного
моделирования подтвердили достаточно высокую эффективность предлагаемых способа и алгоритма.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. Книга 1. Принципы построения и особенности применения комплексов с БЛА. Научная серия. Под ред. В.С. Вербы и Б.Г. Татарского. М.: Радиотехника, 2016. 512 с.
2. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. Книга 2. Робототехнические комплексы на основе БЛА. Научная серия. Под ред. В.С. Вербы и Б.Г. Татарского. М.: Радиотехника, 2016. 824 с.
3. Козирацкий А.Ю., Кусакин О.В., Фролов М.М., Козирацкий А.А. Управление беспилотным летательным аппаратом типа «квадрокоптер» в условиях сложной электромагнитной обстановки // Материалы XIX международной НМК «Информатика: проблемы, методология, технологии». Воронеж 14-15 февраля 2019 / ВГУ; ред. Д.Н. Борисова. Воронеж, 2019. С. 368-373.
4. Калинин В.С., Козирацкий А.А. Шмаров А.Н. Обоснование характеристик пассивно-лазерного канала передачи информации от беспилотного летательного аппарата к наземному пункту управления // Радиотехника, 2021. Т. 85. № 1. С. 37-43.
5. Козирацкий А.Ю., Кусакин О.В., Фролов М.М., Козирацкий А.А. Способ управления беспилотным летательным аппаратом типа «квадрокоптер» в условиях сложной электромагнитной обстановки // Сборник научных статей по материалам VI международной НПК «Академические Жуковские чтения». Воронеж 14-15 ноября 2018. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2019. С. 162-166.
6. Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов: Монография / Ю.Л. Козирацкий и др. М.: Радиотехника, 2015. 456 с.
7. Оценочно-компенсационный алгоритм выделения кратковременно существующих изображений матричными приемниками / Ю.Л. Козирацкий, А.Ю. Козирацкий, В.Н. Тимохин // Радиотехника. 2004. № 5. С. 39-42.
8. Оценочно-компенсационный алгоритм различения кратковременно существующих изображений приемниками, работающими в режиме счета электронов / Ю.Л. Козирацкий, А.Ю. Козирацкий, А.В. Иванцов // Радиотехника. 2004. № 5. С. 43-48.
9. Шереметьев А.Г. Статистическая теория лазерной связи. М.: Связь, 1971. 264 с.
10. Гильярди Р.М., Карп Ш. Оптическая связь: пер. с англ. / под ред. А.Г. Шереметьева. М.: Связь, 1978. 424 с.
11. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983. 320 с.
12. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: учеб. для вузов. 7-е изд. стер. М.: Высш. шк., 2001.
575 с.
REFERENCES
1. Kompleksy s bespilotnymi letatel'nymi apparatami. Kniga 1. Principy postroeniya i osobennosti primeneniya kompleksov s BLA. Nauchnaya seriya. Pod red. V.S. Verby i B.G. Tatarskogo. M.: Radiotehnika, 2016. 512 p.
2. Kompleksy s bespilotnymi letatel'nymi apparatami. Kniga 2. Robototehnicheskie kompleksy na osnove BLA. Nauchnaya seriya. Pod red. V.S. Verby i B.G. Tatarskogo. M.: Radiotehnika, 2016. 824 p.
3. Kozirackij A.Yu., Kusakin O.V., Frolov M.M., Kozirackij A.A. Upravlenie bespilotnym letatel'nym apparatom tipa «kvadrokopter» v usloviyah slozhnoj " elektromagnitnoj obstanovki // Materialy XIX mezhdunarodnoj NMK «Informatika: problemy, metodologiya, tehnologii». Voronezh 14-15 fevralya 2019 / VGU; red. D.N. Borisova. Voronezh, 2019. pp. 368-373.
4. Kalinin V.S., Kozirackij A.A. Shmarov A.N. Obosnovanie harakteristik passivno-lazernogo kanala peredachi informacii ot bespilotnogo letatel'nogo apparata k nazemnomu punktu upravleniya // Radiotehnika, 2021. T. 85. № 1. pp. 37-43.
5. Kozirackij A.Yu., Kusakin O.V., Frolov M.M., Kozirackij A.A. Sposob upravleniya bespilotnym letatel'nym apparatom tipa «kvadrokopter» v usloviyah slozhnoj 'elektromagnitnoj obstanovki // Sbornik nauchnyh statej po materialam VI mezhdunarodnoj NPK «Akademicheskie Zhukovskie chteniya». Voronezh 14-15 noyabrya 2018. Voronezh: VUNC VVS «VVA», 2019. pp. 162-166.
6. Obnaruzhenie i koordinatometriya optiko-'elektronnyh sredstv, ocenka parametrov ih signalov: Monografiya / Yu.L. Kozirackij i dr. M.: Radiotehnika, 2015. 456 p.
7. Ocenochno-kompensacionnyj algoritm vydeleniya kratkovremenno suschestvuyuschih izobrazhenij matrichnymi priemnikami / Yu.L. Kozirackij, A.Yu. Kozirackij, V.N. Timohin // Radiotehnika. 2004. № 5. pp. 39-42.
8. Ocenochno-kompensacionnyj algoritm razlicheniya kratkovremenno suschestvuyuschih izobrazhenij priemnikami, rabotayuschimi v rezhime scheta 'elektronov / Yu.L. Kozirackij, A.Yu. Kozirackij, A.V. Ivancov // Radiotehnika. 2004. № 5. pp. 43-48.
9. Sheremet'ev A.G. Statisticheskaya teoriya lazernoj svyazi. M.: Svyaz', 1971. 264 p.
10. Gil'yardi R.M., Karp Sh. Opticheskaya svyaz': per. s angl. / pod red. A.G. Sheremet'eva. M.: Svyaz', 1978. 424 p.
11. Tihonov V.I. Optimal'nyj priem signalov. M.: Radio i svyaz', 1983. 320 p.
12. Ventcel' E.S. Teoriya veroyatnostej: ucheb. dlya vuzov. 7-e izd. ster. M.: Vyssh. shk., 2001.
575 p.
© Козирацкий Ю.Л., Прохоров Д.В., Козирацкий А.А., 2022
UDK 621.391 GRNTI 78.25.31
investigation of the method and algorithm effectiveness for reducing the interference influence on the matrix photodetector functioning based on the evaluation-compensation principle
Y.L. KOZIRATSKIY, Doctor of Technical Sciences, Professor D.V. PROHOROV, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor A.A. KOZIRATSKIY
The method and algorithm for reducing the matrix photodetector functioning interference influence are substantiated in order to increase the efficiency of controlling unmanned aerial vehicles via an optical channel in a complex background-interference environment based on the evaluation-compensation principle using methods of probability theory, optimal reception and computer modeling. An algorithm for estimating the magnitude of interference in the elements of a matrix photodetector has been developed, as well as an estimated compensation algorithm for image processing by a matrix photodetector under interference conditions using the method of maximum a posteriori probability for the case of Poisson distributions of signal, noise and interference from constantly operating and slowly fluctuating sources. Their analysis is carried out using the criterion of an ideal observer. The results of computer modeling are presented, which show a sufficiently high efficiency of the proposed algorithm.
Keywords: control, algorithm, method, estimation, matrix photodetector, interference compensation.
