CC BY
39
УДК 521. 396. 96
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ БИНОКУЛЯРНОГО МЕТОДА ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОПОДВИЖНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В КОМПЛЕКСАХ УЗКОПОЛЬНЫХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ С БОЛЬШОЙ БАЗОЙ
ДАНИКЮ.Г., РЫБАЧУК О.И., КОНДРАТВ.В. ДЯЧЕНКОДВ.
Рассматриваются особенности реализации обобщенного метода бинокулярного обнаружения малоподвижных космических объектов, а также производится оценка поисковых возможностей комплекса оптико-электронных средств при обнаружении объектов предложенным методом.
В случае необходимости селекции объектов, находящихся в ближней зоне, на фоне объектов, находящихся на квазибесконечном удалении, при сходстве пространственно-геометрических и энергетических характеристик их изображений высокая оперативность обнаружения малоподвижных космических объектов (МКО) может быть достигнута путем использования метода бинокулярного дальномера. Обнаружение объектов данным методом базируется на явлении стереоэффекта, который возникает в результате наблюдения их одновременно двумя ОЭС, разнесенными на некоторое расстояние (базу).
Оперативность обзора контролируемого пространства при применении метода бинокулярного обнаружения находится в прямой зависимости от размеров зоны стереоскопического наблюдения, что в свою очередь накладывает жесткие требования к соотношению максимального размера базового расстояния (В) ОЭС и размеров их полей зрения. При превышении базовым расстоянием некоторого предела (Впред), КО уже не попадут в зону стереоскопического наблюдения и будут регистрироваться на фоне общего сюжета только одним из средств, что приведет к пропуску объекта.
Нижнюю границу —Ф—Поле зрения ОЭС 12'зоны стереоскопическо-
Поле зрения ОЭС 24'го НабЛюдения в зави-ж симости от тактико-тех-
—А— Поле зрения ОЭС З2 нических характеристик Рис. 1. Зависимость высоты (ТТХ) ОЭС и величины нижней границы з°ны угЛа отклонения визир-стереоск°пического ных осей средств от на-наблюдения от базового правления в зенит
База, км *1Е+3
расстояния между ОЭС ( -60 < 9 < 60 ) можно
РИ, 1999, № 2
определить следующим образом:
_ 1
Нст. набл — —
2
V([a ]2 + [5]2) - В2 ,
(1)
a = В
sin(900 -9-Р) sin2p
5
sin(900 -9+Р) sin2p
2р — размер поля зрения ОЭС.
Графики зависимости нижней границы зоны стереоскопического наблюдения от базового расстояния и ТТХ средств комплекса представлены на рис.1.
Ситуация, когда объект находится в зоне стереоскопического наблюдения существующей группировки наблюдательных средств с учетом характерных для них полей зрения и необходимым совпадением условий наблюдения для каждого из средств комплекса, маловероятна. В то же время, использовать те средства, для которых это условие выполняется, в большинстве случаев (при реализации существующего метода бинокулярного обнаружения) невозможно, так как увеличение базового расстояния между средствами приводит к существенному подъему вверх нижней границы зоны стереоскопического наблюдения и, следовательно, к невозможности наблюдения космических объектов в заданной зоне на фоне одного и того же звездного узора одновременно двумя ОЭС.
Для разрешения указанного противоречия между необходимостью увеличения базового расстояния и растущей при этом высотой нижней границы зоны стереоскопического наблюдения был предложен метод обнаружения малоподвижных космических объектов [1], в основу которого положена идея искусственного расширения полей зрения средств до требуемых размеров, на основе интеграции нескольких мгновенных, смежных по пространству полей зрения путем создания их электронных образов. Формирование синтезированного поля зрения осуществляется следующим образом. Производится синхронное наблюдение заданного участка небесной сферы двумя разнесенными на известное расстояние В (базу) ОЭС. Для каждого положения визирных осей средств формируются телевизионные изображения (F1, F2). Далее на каждом средстве осуществляется запоминание серий отдельных, последовательных во времени и смежных
по пространству изображений (Fli, ...,F ш f\ F22,..., Fn).
Регистрируемые изображения приводятся в единую систему координат посредством формирования интегрированных кадров
(^инт = F11 U F12^..uF^F^HT =
= F21 u F22U...UF2n).
При этом принимаются меры по компенсации возможных (вызванных как механическими, так и другими факторами) рассогласований систем координат смежных кадров. Далее осуществляется электронное вычитание синтезированных на каждом из средств
наблюдения интегрированных кадров (F^HT n F2инт ). При этом, как и при реализации принципа бинокулярного дальномера, обнаружение производится на основе наличия ненулевого параллакса (рко ф 0) изоб-
11
ражений конечноудаленного КО на фоне квазибесконечноудаленных звезд, изображения которых, при приведении полученных на каждом из ОЭС изображений в единую систему координат, имеют нулевой параллакс (р зв = 0). Таким образом, при отсутствии в контролируемой зоне конечноудаленных (по сравнению со звездами) космических объектов имеет место совпадение изображений звездных узоров в интегрированных телевизионных кадрах. При наличии — их изображения отфильтровываются на фоне изображений звезд, что обеспечивает решение задачи обнаружения космических объектов узкопольными пассивными ОЭС в темпе обзора пространства. В общем случае, при реализации предлагаемого метода объекты наблюдаются вне зоны стереоскопического наблюдения. Следовательно, они будут наблюдаться каждым из средств комплекса последовательно, через определенный интервал времени (дt). Кроме того, на величину данного временного интервала влияет необходимость приведения последовательных по пространству и времени телевизионных кадров в единую систему координат в целях формирования интегриро -ванного телевизионного кадра. Это приводит к тому, что изображение объекта в поле зрения второго средства оказывается смещенным относительно истинного параллактического положения на некоторое расстояние (д5), определяемое параметрами движения объектов и временем, необходимым для формирования интегрированного телевизионного кадра, достаточного для обнаружения. Однако данное обстоятельство, при известных параметрах орбиты КО, не приводит к существенному снижению качества обнаружения объектов предлагаемым методом по сравнению с традиционным методом бинокулярного обнаружения [2]. Как отмечалось, при переключении поля зрения ОЭС с одного положения на другое изменяется положение системы координат, связанной с текущим МПЗ, по отношению к последующему, которое состоит в наличии плоскопараллельного сдвига и поворота, обусловленных случайными факторами. Устранение данных ошибок является одной из основных задач в процессе искусственного расширения зоны стереоскопического наблюдения ОЭС и может быть осуществлено путем использования изображений звезд в области перекрытия смежных мгновенных полей зрения. В то же время, устранение рассогласования систем координат смежных кадров таким способом отразится на поисковых возможностях комплекса ОЭС. При реализации предложенного метода оперативность просмотра контролируемой области пространства, по сравнению со случаем, когда объект находится в зоне стереоскопического наблюдения, а сама зона незначительно отличается от размеров поля зрения ОЭС, будет снижаться.
Оценим поисковые возможности комплекса ОЭС, в зависимости от их ТТХ, при обнаружении объектов предложенным методом. Под поисковыми возможностями будем понимать время, необходимое ОЭС для просмотра заданной области пространства. Под просмотром понимается обнаружение всех КО, попавших в поле зрения ОЭС и удовлетворяющих условиям оптической видимости. После обнаружения всех КО, попавших в поле зрения ОЭС и удовлетворяющих условиям оптической видимости, визирные оси средств перебрасываются на соседний
участок зоны обнаружения, т. е. на угол, равный по величине полю зрения средств. Исходя из этого, поисковые возможности ОЭС при квадратном поле зрения можно записать так:
q2
Q =
tпр ’
(2)
Q — скорость просмотра квадратного градуса контролируемой зоны; 9пз — размер поля зрения ОЭС;
tnp — время просмотра поля зрения.
Поле зрения оптико-электронной системы в зависимости от фокусного расстояния объектива f и размера регистрирующего элемента l определяется следующим образом:
0 пз = 2агсф2-. (3)
Необходимое количество перебросов n визирных осей средства для просмотра контролируемой области пространства с учетом зоны перекрытия а смежных по пространству наблюдаемых сюжетов можно получить с помощью выражения
n = S-(9Ш)2
(0пз)2-Нпз) ,
(4)
S — площадь контролируемой зоны обнаружения (кв.град.); а — зона перекрытия (0 < а < 9пз).
Время, необходимое для обзора контролируемой области tобз находим следующим образом:
tобз (П + l)tк + ntпо , (5)
tK — время формирования кадра ОЭС наблюдения; ^о — время, необходимое для переброса визирной оси в смежную область пространства:
t по
2( 9Ш a) a V a
(6)
v — скорость переброса визирной оси телескопа; а — ускорение переброса.
Исходя из этого, выражение, определяющее скорость обзора контролируемого пространства предложенным методом с учетом ТТХ используемых средств наблюдения, примет вид
Q
S _
t по n +t к( n + 1 ;
(7)
общее время, необходимое на обнаружение всех КО в зоне обнаружения, можно определить так:
S
tобн - q . (8)
График зависимости времени просмотра зоны ответственности от размеров области перекрытия смежных кадров представлен на рис. 2.
Таким образом, к особенностям реализации обобщенного метода бинокулярного обнаружения КО можно отнести отсутствие объекта в зоне стереоскопического наблюдения ОЭС; необходимость формирования интегрированного телевизионного кадра; наличие смещения объекта в данном кадре относительно его истинного параллакса; зависимость эффективности реализации метода от ТТХ средств и состояния атмосферы, а именно зависимость размеров интегрированного телевизионного кадра от проницающей способности ОЭС, точности единичных измерений и
12
РИ, 1999, № 2
оптимальности методов совмещения смежных по пространству кадров.
В то же время, реализация обобщенного метода бинокулярного обнаружения КО в условиях, когда объект находится вне зоны стереоскопичес-Зона перекрытия (в полях зрения), *1Е-1 кого НабЛЮдения, позволяет реализовать принцип бинокулярного обнаружения. Оценка поисковых возможностей ОЭС, при ответственности оЭс от размеров усёовии, нго об -перекрытия смежных полей зрения ласть жрекриши
составляет 1/3
кадра, показала, например, что область стационарных орбит в зоне действия ОЭС может быть проконтролирована комплексом ОЭС с полями зрения 32'
• Поле зрения ОЭС 12'
—■— Поле зрения ОЭС 24'
—■— Поле зрения ОЭС 32' Рис.2. Зависимость времени просмотра контролируемой зоны
УДК.621.791:534.6
ЛОКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ РАЗВИВАЮЩИХСЯ ДЕФЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
БАБАКВ.П, ФИЛОНЕШО С.Ф., ГАЛАЙЧУКГ.Л.
Рассматривается система локации источников развивающихся дефектов по сигналам акустической эмиссии на базе персонального компьютера.
При использовании метода акустической эмиссии (АЭ) в решении научных и прикладных задач можно выделить два основных направления: исследование физико-химических процессов, происходящих в структуре материала под воздействием внешних факторов, с разработкой методов контроля и диагностики состояния изделий; локация источников развивающихся дефектов. В основе первого направления лежит определение первичных и вторичных параметров регистрируемых сигналов и их потоков, связанных с параметрами протекающих физических процессов, с последующим использованием соответствующего математического аппарата для установления основных закономерностей излучения и разработка на их основе методов контроля, оценки и прогнозирования состояния изделий. Локация источников развивающихся дефектов базируется на определении разности времени прихода (РВП) сигнала АЭ на антенну (датчики), установленную на объекте, с последующим использованием соответствующего математического аппарата и вычислительных алгоритмов определения пространственных координат источника излучения. При этом второе направление является преобладающим, так как АЭ системы, как правило, ориентированы на
РИ, 1999, № 2
и базовым расстоянием 800 км за 37 минут. Это в сравнении с традиционными методами обнаружения КО по скорости в 11 раз быстрее.
Литература. 1. Гудмен Дж. Статистическая оптика. М.: Мир, 1988. 527с. 2. Даник Ю.Г. Обнаружение стационарных и дальних космических объектов комплексами узкополосных оптико-электронных средств с большой базой // Сб. нучн. тр. ХВУ. 1998. №16. С. 49-56.
Поступила в редколлегию 12.06.99 Рецензент: канд. техн. наук Круглов А.В.
Даник Юрий Григорьевич, канд. техн. наук, старший научный сотрудник ХВУ. Научные интересы: оптикоэлектронные информационные системы. Адрес: Украина, 61077, Харьков, пр. Свободы, 6, тел.40-41-41(2-87).
Рыбачук Олег Игоревич, канд. техн. наук, преподаватель ХВУ. Научные интересы: обработка информации. Адрес: Украина, 61077, Харьков, пр. Свободы!, 6, тел.40-41-41(2-87).
Кондрат Виктор Витальевич, преподаватель ХВУ. Научные интересы: зенитные ракетные комплексы и зенитные артиллерийские комплексы ПВО сухопутных войск. Адрес: Украина, 61077, Харьков, пр. Свободы, 6, тел.40-41-41(2-87).
Дяченко Дмитрий Владимирович, адъюнкт ХВУ. Научные интересы: оптико-электронные наблюдения объектов. Адрес: Украина, 61077, Харьков, пр. Свободы, 6, тел.40-41-41(2-87).
решение прикладных задач, а в основе их построения лежит локация источников развивающихся дефектов, с дополнительным расширением возможного количества анализируемых параметров.
Анализ взаимовлияющих факторов, проведенный в работе [1], показывает, что разделение АЭ систем является наиболее целосообразным, поскольку они направлены не только на решение самостоятельных задач разного класса, но и имеют различные методологические подходы в обработке принимаемой информации, хотя получение двух результатов в одном эксперименте, с экономической точки зрения, является достаточно выгодным. При обнаружении трещин и оценке состояния изделий эффективным является использование исследовательских систем [2, 3]. В то же время локация источников развивающихся дефектов или определение местоположения дефектов является важной задачей, особенно с точки зрения проведения работ по ремонту конструкций больших габаритов.
Рассматривая концепции построения систем регистрации и обработки сигналов АЭ [1], можно отметить, что они базируются на определенных методологиях, которые включают: применение (создание) первичных преобразователей; прием, усиление и выделение сигналов АЭ; измерение и обработку параметров сигналов и импульсных потоков АЭ; вывод и представление результатов анализа; управление процессами измерения, обработки и контроля. Основные различия в концепциях построения АЭ относятся к методологиям: измерения и обработки параметров индивидуальных сигналов и импульсных потоков АЭ; вывода и представления результатов анализа; управления процессами измерения, обработки и контроля. Данные методологии тесно взаимосвязаны между собой. При построении систем на базе технологии “PCLabcard” [1] производится структурирование информации и распределение функций по назначению и работе устройств.
13
