Выделение подвижных целей на фоне окружающей среды Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

и полученный код соответствует разностному уравнению

Предложенный подход позволяет сократить время и расходы на разработку программы для реализации корректирующего фильтра рулевого привода.

Список литературы

1. Компьютерные технологии проектирования приводов летательного аппарата с использованием САПР Solidworks и Matlab/ В.М. Понятский [и др.] // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные основы баллистического проектирования». СПб.: БГТУ, 2010. Т. 2.

V.M. Ponyatsky, D. V Kushnikov, V. G. Fedorishcheva

THE AUTOMATED TECHNOLOGY OF GENERATION OF THE PROGRAM IN THE ENVIRONMENT OF MATLAB FOR REALIZATION OF ALGORITHMS OF MANAGEMENT OF THE STEERING GEAR

Application of the modelling-focused approach of designing of the difficult dynamic systems based on use of design 3D-models of mechanical elements and dynamic models is considered, at synthesis of the S-code in the environment of Matlab algorithm of management for a steering gear of a flying machine.

Key words: Algorithm of management, steering gear, program generation, microprocessor system.

УДК 621.372.542

Е.В. Мележиков, асп., (4872) 35-02-19, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ВЫДЕЛЕНИЕ ПОДВИЖНЫХ ЦЕЛЕЙ НА ФОНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Сформулирована задача получения идентификационного признака для распознавания подвижных наземных объектов. Показано, что идентификационным признаком может быть периодическая амплитудная модуляция зондирующего сигнала с максимумом на частоте механического резонанса.

Ключевые слова: подвижный наземный объект, зондирующая система наблюдения, механическое колебание, резонанс, амплитудная модуляция.

Одной из задач мобильных информационных роботов является задача автоматического обнаружения на сцене подвижных малоконтрастных объектов, трудноразличимых на фоне подстилающей поверхности. Для

этой цели могут быть применены зондирующие информационноизмерительные системы, работающие в радиочастотном диапазоне электромагнитных волн, или в ультразвуковом диапазоне звуковых волн. Опыт обнаружения и идентификации воздушных целей, заимствованный из радиолокации [1, 2], в данном конкретном случае находит ограниченное применение вследствие того, что наличие подстилающей поверхности в значительной мере ухудшает соотношение сигнал/шум и приводит к появлению ошибок уже на этапе обнаружения подвижных объектов. Очевидно, что в этих условиях при обнаружении подвижных объектов следует применять дополнительные идентификационные признаки.

Формирование отраженного зондирующего сигнала от поверхностей, формирующих подвижный наземный объект, показано на рис. 1, где Оху2 - система координат, связанная точкой наблюдения.

Рис. 1. Формирование отраженного сигнала е зондирующей системе

Предполагается, что зондирующий сигнал Ф = const формируется источником в точке с координатами (0, а, 0) и является постоянным. Сигнал достигает отражающей поверхности подвижной цели G(x, у, z) = 0, ограниченной площадью S(x, у, z) < 0, и отражается в приемное устройство, располагающееся в плоскости х = 0 и имеющее апертуру R(0, у, z) < 0 (в частности, центр приемного устройства может иметь координаты (0, -а, 0)). Каждая точка однородной отражающей поверхности имеет индикатрису рассеяния i(a, Р), где a - угол падения зондирующего луча, отсчитанный от нормали к поверхности; Р - угол отраженного луча, также отсчитанный от нормали к поверхности (считается, что индикатриса обладает осевой симметрией). Можно считать, что приемник обладает одинаковой чувствительностью по всей площади и имеет диаграмму направленности р(ф), где ф - угол между нормалью к апертуре приемника и направлением пришедшего луча (в рассматриваемом случае ф представляет собой угол между направлением пришедшего луча и осью Ох). По виду индикатрисы отражения принято выделять три типа поверхностей, изображенных на рис. 2: диффузные, зеркальные и с обратным отражением.

Диффузные поверхности (рис. 2, а) отражают падающий зондирующий луч равномерно по всем направлениям. Зеркальные поверхности

(рис.2, б) отражают падающий на них поток преимущественно в плоскости падающих лучей и под углом, равным углу падения. Поверхности с обратным отражением (рис 2, в), называемые также антизеркальными, возвращают излучение в направлении источника. Выделяемые цели ограничиваются поверхностями первых двух типов. Фон окружающей среды может создаваться, в том числе и антизеркальными поверхностями (трава, листва на деревьях и т.п.).

Ф

ф>

в

Рис. 2. Отражающие поверхности: диффузная

с обратным отражением (в)

); зеркальная (б);

Каноническое уравнение прямой, проходящей через источник зон дирующего сигнала и точку хц, уц, гц отражающей поверхности, имеет вид

х у-а г

Уц ~ а гц ‘

Уравнение луча, отраженного от поверхности цели и попавшего в точку 0, уП, 2и приемника сигнала, имеет вид

(1)

X

X,

У-Уи

г-!,

(2)

Уц - Уп - 2п

Нормаль к поверхности в точке с координатами хц, уц, гц определяется каноническим уравнением

Л) — Л) V — V

(3)

элементы

вектора нормали к поверхности С(х, у, г) = 0 в точке хц, уц, гц.

Углы падения и отражения зондирующего луча определяются вы ражениями:

ХЦ§Х+{УЦ-а)§у+2Ц§г .

X — Хц и я =4 1 у 11

ёу ёг

дО дО дСт

где 8* ~ Л ох х , у , г ’ Ц ’ у 1\ ’ ц и ХЦ,Уц,V дг хц, Уц ,гц

а = асгсоБ-

Р = асгсоБ-

V Хц + (Уц “ аУ + 2ц \ёх + ёу + ёг)

ХЦёх + (Уц - Уп )ёу + (*ц - )ёг

^[х2ц+(уц-уп)2 +(іц-іп)2\

Уё2х +ё1+ gz2

)

(4)

(5)

Таким образом, индикатриса рассеяния отражающей поверхности цели может быть найдена по зависимости

С, PH

х acrcos-

arccos

М + (Уц ~ аУ + 2Ц кх + §1+ §1) цgx+(yц-y^^)gy+(zц-z^^)gz

X

(6)

^1Х1 + (уц ~УиТ + (2Ц _2п)2\§1 + §у + ё1)

С учетом расположения приемника и принятого допущения о круговой симметрии диаграмма направленности приемника выражается в виде

аг^ -

(7)

у1Х1 + (Уп - Уц)2 + (2и -^ц)2 Полезный сигнал на выходе приемника определяется как сумма сигналов от всех падающих на поверхность цели зондирующих лучей, достигших входного окна приемника после отражения:

Хцёх+{уц ~а)ёу+2цё

и =

(I \\\

, ХП=0!

О]хц,хц,хц\=0

>5(хц,хц,хц)<0

arccos-

X

х acrcos

д/[хд + (уц ~ аУ + 2д к + ё2у + ё1)

ёх+(уц-Уи)ёу +^Ц~^)ё2

X

+ (Уц ~ Уп У + (2ц “ 2и У + ёу + ёг )

•хр

arctg -

х„

(8)

-1Х1 + (Уп - Уц)2 + {2и ~2ц)

где & - коэффициент пропорциональности.

Как следует из зависимости (8), модуляция сигнала II возможна за счет изменения:

- угла ф, определяющего местоположение отражающей поверхности относительно осевой линии приемника излучения;

- угла а, под которым наблюдается отражающая поверхность из точки расположения излучателя с координатами (0, а, 0);

- угла Р, под которым наблюдается отражающая поверхность из точек апертуры Я(0, у, г) < 0.

При движении цели по пересеченной местности угол ф может меняться за счет линейного перемещения цели по координатам х, у, а также линейных поперечных колебаний по координате г. Из перечисленных движений характер маневров по координатам хи у носит для системы распознавания мобильного робота квазислучайный характер и меняется не толь-

ко от цели к цели, но и для одной и той же цели в течение времени. Это делает проблематичным использование данного признака для выделения и идентификации подвижных объектов. Влияние собственных поперечных колебаний цели по линейной вертикальной координате на углы ср, а, Р убывает с увеличением расстояния до цели и на значительных дальностях уменьшается до уровня шума. Поэтому данный вид движения цели также не может служить идентификационным признаком.

Угловые перемещения поверхности G(x, у, z) = 0, S(x, у, z) < 0 оказывают прямое влияние на углы аир, а следовательно, на величину сигнала U. Указанные перемещения сводятся к продольным и поперечным собственным колебаниям подрессоренных платформ подвижных целей при их движении по пересеченной местности. В том случае, если продольное движение цели совпадает с осью х, на углы аир наибольшее влияние оказывает угол тангажа 0. В том случае, если продольное движение цели совпадает с осью у, на углы аир наибольшее влияние оказывает угол крена у.

Угловое перемещение отражающих поверхностей целей приводит к изменению величины сигнала, отражаемого в сторону зонда. Таким образом, в качестве признака для выделения и идентификации подвижных наземных объектов можно принять амплитудную модуляцию несущей частоты зондирующего сигнала Модуляция осуществляется на характерных частотах механического резонанса подвижного наземного объекта, получаемых из модели собственных колебаний кабины относительно движителей.

Модель собственных колебаний может быть представлена в виде

структурной схемы для продольных угловых 0 (рис. 3, а) и поперечных уг ловых у (рис. 3, б) колебаний [3, 4].

у(/ю)

а б

Рис. 3. Структурная схема формирования продольных и поперечных (б) угловых колебаний

Таким образом, механические колебания транспортного средства относительно движителей на резонансных частотах, определяемых конструкцией цели, создают устойчивый признак для идентификации подвижных целей, заключающийся в модуляции выходного сигнала зондирующей системы по амплитуде.

Список литературы

1. Теоретические основы радиолокации / А.А.Коростелев [и др.]; под ред. В.Е. Дулевича. М.: Сов. радио, 1978. 608 с.

2. Ширма Я.А., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь, 1981. 416 с.

3. Мележиков Е.В. Формирование пространства признаков при идентификации подвижных объектов // Приборы и управление. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 65-71.

4. Курочкин С.А., Ларкин Е.В. Моделирование движения наземного объекта в тренажере // Известия ТулГУ. Серия: Проблемы специального машиностроения. Вып. 6. Т.2. Тула: ТулГУ, 2003. С. 190-197.

E. V,Melejikov

SELECTION OF MOVING TARGETS ON AN ENVIRONMENT BACKGROUND

A task of identification features obtain for moving earth object recognition is formulated. It is shown that periodic amplitude modulation of carrier by a signal with maximum on the mechanical resonance frequency may be used as the identification feature.

Key words: moving earth object, probe observation system, mechanical oscillation, resonance, amplitude modulation.