CC BY
22
УДК: 681.31 Петров Д.И,
ФГОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
КОМБИНИРОВАННАЯ ОХРАННАЯ СИСТЕМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕЙСМИЧЕСКИХ И ВИДЕО СРЕДСТВ ОБНАРУЖЕНИЯ
Предлагается использовать комбинированную охранную систему, состоящую из сейсмических и видео средств обнаружения, с целью повышения точности определения расстояния до объекта обнаружения. Ключевые слова:
сейсмическое средство обнаружения, средство видеообнаружения, декомпозиция, эмпирические моды.
Введение
При создании и использовании охранных систем особое значение имеет задача фиксации расстояний до цели. Способ получения расстояния до объекта обнаружения зависит от типа используемого средства обнаружения (СО). Однако следует отметить, что данные способы измерения являются косвенными, так как искомое значение величины находится посредством известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Использование СО одного типа, неизбежно приводит к возникновению некоторых погрешностей при определении расстояния, обусловленных особенностями используемого СО, характером зависимости и т.д. Поэтому для повышения тонности при решении поставленной задачи предлагается использовать комбинированную охранную систему, в которой определение расстояний до цели (в данном случае до движущейся наземной техники) будет осуществляться одновременно по данным, получаемым с сейсмического средства обнаружения (ССО), и по видеосигналу с помощью системы видеобнаружения и сопровождения объектов наземной техники.
Основная часть
Определение расстояния с помощью ССО будет осуществляться с помощью данных об упругих колебаниях грунта в поверхностном слое земли. Колебания, вызванные силовыми воздействиями объекта обнаружения на грунт при перемещении на местности, измеряются сейсмоприемниками, размещенными в поверхностном слое грунта. В качестве сейсмоприемника будет выступать однокомпонент-ное сейсмическое средство обнаружения. Объект обнаружения движется по дороге, перпендикулярно которой на некотором расстоянии траверза расположено однокомпонентное сейсмическое средство обнаружения.
Для определения расстояния с помощью ССО будет использоваться способ, сущность заключается в характере зависимости амплитуды колебаний от удаления от источника сейсмоколебаний. Зависимость модуля вектора колебаний А, воспринимаемых сейсмоприемником, от расстояния Я до источника сейсмоколебаний определяется функцией вида [35]
A(R) = -
ге
JR
условия должны быть тождественны реальной полевой обстановке. В данном случае при использовании комбинированной охранной системы для получения значения Л0 в качестве известного значения расстояния Я можно использовать данные о расстоянии, полученные по видеосигналу, и данные об амплитуде А в соответствующий момент времени.
Для нахождения К необходимо решить трансцендентное уравнение
А _ е~а'к к-А0 ^ '
А
(2) (3)
1п = -а ' й -°'5" 1п(й)"
Так как решение данного уравнения является достаточно сложным, то для упрощения можно принять некоторое допущение, согласно которому 0,5 • 1п(Д) заменяется усредненным значением между максимальным и минимальным возможными расстояниями, которые могут быть получены в ходе эксперимента.
Таким образом, выражение для определения расстояния будет иметь следующий вид
ln
А
k-A
+ 1,4
где Ао - модуль вектора колебаний в точке расположения источника сейсмовозмущения; к - коэффициент, учитывающий параметры грунта; а - коэффициент затухания колебаний в грунте, определяемый экспериментально, при этом ориентировочно а « 0,1... 0,15 .
Значение Л0 можно найти, используя данные об амплитуде А, полученные при некотором известном значении расстояния Я. При этом геоклиматические
Исходный сигнал
0.01 г-с-[-[-[-[-
Я = —----. (4)
-а
Так как сигнал, получаемый на выходе ССО имеет колебательный характер, то для отражения изменения расстояния необходимо использовать огибающую данного сигнала.
Погрешность этого метода напрямую связана с разбросом модуля вектора колебаний, всевозможных флуктуаций и помех. Таким образом, важным моментом при использовании данного метода является обработка сигнала поступающего от ССО, которая заключается в удаление различных помех и выделение наиболее информативной составляющей сигнала. В качестве инструмента, позволяющего решить данную задачу, выступает метод декомпозиции на эмпирические моды [1], который является одним из современных методов в области цифровой обработки сигналов. В силу своей высоко адаптивной природы данный подход идеально подходит для анализа нелинейных и нестационарных сигналов, главным преимуществом которого является высокая степень адаптации к тем сигналам, с которыми он работает, и, следовательно, данный метод отражает реальное поведение таких сигналов. Ключевым (1) моментом является использование «декомпозиции на эмпирические моды», с помощью которой любой сложный сигнал может быть разложен на конечное и часто довольно малое число «эмпирических мод», каждая из которых содержит определенную информацию об исследуемом процессе. На рисунке 1 в качестве примера приведен участок сигнала, полученного с ССО, с проездами наземной техники, а на рисунке 2 приведены первые шесть эмпирических мод, полученных при декомпозиции данного участка сигнала.
CG (О
0.005
-0.005
-0.01
50
60
70
80
Рисунок 1
90 100 110 Время, с
Участок сигнала
120
130
140
0
X 10'
0.2
0.4
0.6
0.8
1.2
1.4
1.6
1.8
X 10
1 0 -1
X 10'
0.2
0.4
0.6
0.8
1.2
1.4
1.6
1.8
X 10
X 10'
0.2
0.4 0.6
0.8
1.2
1.4
1.6
1.8
X 10
2с 0 -2
X 10'
0.2
0.4
0.6
0.8
1.2
1.4
1.6
1.8
X 10
5с 0 -5
X 10'
0.2
0.4 0.6
0.8
1.2
1.4
1.6
1.8
X 10
X 10'
0.2
0.4
0.6
0.8
1.2
1.4
1.6
1.8
X 10
Рисунок 2 - Декомпозиция участка сигнала
Проведенное разложение позволяет качественно лучше понять природу и внутреннюю структуру сигнала, а также входящие в него компоненты. Наличие нескольких важнейших свойств у разложения (адаптивность, локальность, полнота, мультираз-
сигналов на основе построенных огибающих и оцененного значения его средней частоты, статистический анализ [2].
Таким образом, в результате обработки взятого в качестве примера участка сигнала, а именно
решение)
а также неизменная динамика свойств удаления из полученных данных различных помех и
мод в частотной области делают возможным проведение адаптивной очистки от шума с возможностью классификации шумовой составляющей по регулярности и хаотичности (по показателю Херста), выделение тренда среднего значения, экстраполяцию
Исходный сигнал
0.01 г-[-[-[-[-с-
ш 0.005 -
05
Ч
^ 0[ -0.005 -
выделение наиболее информативной составляющей сигнала, был получен следующий результат, приведенный на рисунке 3.
С с
С
-0.01
га ч:
с с
С
50 60 70 80 90 100
x 10-3 Сигнал после обработки
4 г [ [ [ [ [
2 -
0 .....
-2 -
110
120
130
140
50
60 70
Рисунок 3
120
80 90 100 110 Время, с
Результат обработки участка сигнала
130
140
0
1
2
0
1
2
0
1
2
0
1
2
0
1
2
0
1
2
На рисунке 4 можно увидеть сопоставление результатов определения расстояния полученных с помощью ССО и средства видеообнаружения. Из полученных результатов видно, что с помощью видеосигнала мы получаем достаточно точный результат и максимальное расстояние до объекта обнаружения, которое можно определить в рассматриваемой ситуации с помощью данного СО ограничивается углом обзора используемой камеры. ССО позволяет обнаружить объект раньше и соответственно максимальное фиксируемое расстояние будет больше,
0.01 г-
0.005 -0 ~ -0.005 -
но в тоже время в полученном результате наблюдается довольно большая погрешность. Наличие погрешности в некоторой степени может быть обусловлено принимаемыми допущениями при решении трансцендентного уравнения (2). В дальнейшем для повышения уменьшения погрешности предполагается использовать для решения уравнения (2) можно использовать встроенный MATLAB пакет символьных вычислений и операций Symbolic Math Toolbox, который позволяет решать алгебраические уравнения и системы алгебраических уравнений.
Сигнал ССО
-0.01
iiiiiiiirtlj1^^
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
22 г
20
18
16
14е
Расстояние по видеосигналу
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
30 г
Расстояние по сейсмическому сигналу
20
10
-10е
50
51
52
53
57
58
Рисунок 4
54 55 56 Время, с
Результаты определения расстояния
59
60
Заключение
Проанализировав полученные результаты можно сделать вывод, что при решении данной задачи у каждого СО есть свои достоинства и недостатки. Поэтому для повышения точности определения расстояния в комбинированной охранной системе можно
объединить данные, полученные с используемых в ней средств обнаружения, что позволит в некоторой степени скомпенсировать неточности в определении расстояния, возникающие при использовании каждого из средств обнаружения по отдельности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Клионский, Д. М. Декомпозиция на эмпирические моды в современной цифровой обработке сигналов/ Д. М. Клионский // 10-я Междунар. конф. и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Москва. 26-28 марта 2008. Труды Росс. науч.-техн. общества радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова. Сер. Цифровая обработка сигналов и ее применение. Вып. X-1. - М., 2008. - С. 188-190.
2. Клионский, Д.М. Декомпозиция на эмпирические моды и ее использование при анализе дробного броуновского движения/ Д.М. Клионский, Н.И. Орешко , В.В. Геппенер // Цифровая обработка сигналов. 2008. № 3. С. 37-45.
3. Гликман А.Г. Спектральная сейсморазведка - истоки и следствия, www.newgeophysspb.ru, 2005.
4. И.С. Берзон, А.М. Епинатьева, Г.Н. Парийская, С.П. Стародубровская. Динамические характеристики сейсмических волн в реальных средах. АН СССР, Москва, 1962.
5. Системы и средства управления физической защитой объектов: Монография / В.А. Дудкин, Н.Б. Джазовский и др. Под ред. Ю.А. Оленина - Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2003.-Кн. 2. - 256с.
УДК 629.78.072.1
Дмитриенко1 А.Г., Папко1 А.А., Поспелов1 А.В., Герасимов1 О.Н., Юрков2 Н.К.
!ДО НИИФИ, г. Пенза
2ФГБОУ ВО «Пензенский госуниверситет», Пенза, Россия
ОБ ЭФФЕКТЕ НАЛОЖЕНИЯ СПЕКТРОВ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ГОРИЗОНТИРОВАНИЯ УИТК ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ПОДВИЖНЫХ ШАССИ И МЕТОДАХ ЕГО ИСКЛЮЧЕНИЯ
Представлены результаты разработки интеллектуальной системы горизонтирования устройств измерения углов тангажа и крена (УИТК), предназначенной для горизонтирования объектов, эксплуатируемых на подвижных шасси. Рассмотрены условия возникновения эффекта наложения спектров при эксплуатации УИТК и методы его исключения. Ключевые слова:
углы тангажа и крена, акселерометр уравновешивающего преобразования, микроконтроллер, опорно-поворотное устройство, спектр, наложение спектров, низкочастотный образ реального сигнала.
0
