Проведено аналіз різних траєкторій сканування простору оптичним стежить фазометром. Знайдено, що оптимальним за ймовірністю виявлення об'єкта при зриві стеження є алгоритм розходиться з точки втрати порядкового сканування простору спостереження.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Слободян С. М.


Область наук:

  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології

  • Рік видавництва: 2004


    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ


    Наукова стаття на тему 'Аналіз і оптимізація телевізійного принципу сканування фазового простору оптичним фазометром: 1. Пошукові траєкторії'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз і оптимізація телевізійного принципу сканування фазового простору оптичним фазометром: 1. Пошукові траєкторії»

    ?<-> /-мм

    ний норматив, як і способи лікування стільникових панелей, знаходиться в стадії розробки, зокрема відповідні дослідження проводяться в ДержНДІ ГА. Для визначення маси води діагностичні служби російських аеропортів використовують ультразвуковий метод, який дозволяє виміряти водяній стовпчик висотою більше 2 мм в окремій соте. Тепловий метод контролю досі є якісним і рекомендується в якості скринінгового або додаткового до ультразвукового. Цікавим є розробити спосіб наближеної оцінки маси прихованої води по аномалій температури, що в поєднанні з високою оперативністю тепловізійних оглядів дозволить підвищити привабливість теплового методу.

    Можна показати, що для цього доцільно аналізувати температуру на поверхні стільникового панелі в період часу, коли в масі льоду / води

    відбуваються фазові перетворення. Наприклад, нехай необхідно розрізнити т1 = 0,9 кг і т2 = 1 кг води з використанням джерела енергії потужністю Р = 1 кВт. При відсутності фазових переходів, для нагріву цих кількостей води на ДТ = 10 ° С необхідно час? = (СтДТ) / Р, де с - теплоємність води -4200 Дж / (кг-К). Тоді / 1 = 37,8 с, / 2 = 42 с, а різниця часів? 2-11 складе близько 4 с. Якщо враховувати фазові переходи, то для плавлення води масою т потрібен час? = (Ят) / Р, де Я - теплота плавлення льоду (340 кДж / кг), тоді / 1 = 306 с, і / 2 = 340 с; відповідно тривалість інтервалу спостереження складе 34 с. Таким чином, можна припустити, що аналіз температурних полів в момент фазового переходу може полегшити оцінку маси накопиченої води в порівнянні з моделлю чистої теплопровідності. Відповідний алгоритм знаходиться в стадії розробки.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Гиммельфарб А.Л. Основи конструювання в літакобудуванні. -М .: Машинобудування, 1971. -312 с.

    2. Нікітенко М.І. Дослідження процесів тепло- і масообміну-на методом сіток. - Київ: Наукова думка, 1978. - 213 с.

    Вавилов В.П., Климов А.Г., Антошкин С.А., Нестерук Д.А. Тепловізіонная діагностика води в авіаційних стільникових панелях // Світ неруйнівного контролю. - 2003. - № 2. -С. 11-12.

    УДК 621.378: 681.3: 535

    АНАЛІЗ І ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕЛЕВІЗІЙНОГО ПРИНЦИПА СКАНУВАННЯ ФАЗОВОГО ПРОСТОРУ ОПТИЧНИМ Фазометр: 1. ПОШУКОВІ ТРАЄКТОРІЇ

    С.М.Слободян

    Інноваційний центр "ТЕСТ". Томськ E-mail: IC_Test @ inbox.ru

    Проведено аналіз різних траєкторій сканування простору оптичним стежить фазометром. Знайдено, що оптимальним за ймовірністю виявлення об'єкта при зриві стеження є алгоритм розходиться з точки втрати порядкового сканування простору спостереження.

    Поняття локації і призначення локаційних систем будь-якого класу завжди [1-6] ототожнюється з вирішенням завдання виявлення і визначення місцезнаходження шуканого об'єкта в деякому Ж-вимірному просторі або поле спостереження. В якості основних параметрів, що відображають місце розташування об'єкта, зазвичай приймають лінійні або кутові координати, їх зміна і видалення об'єкта від системи в спостережуваному просторі. Завдання виявлення і оцінки координат положення об'єкта в просторі вирішується системами в темпі реального або квазіреальність масштабу часу. Квазіреальність пояснюється наявністю затримки прийняття рішення. Рухливість об'єкта контролю, широкий формат простору, дуже малі, в порівнянні з форматом простору, розміри елемента покриття простору, локація вузьконаправленими лазерними пучками

    і т.д. обумовлює застосування сканування або почергового перегляду окремих областей -ячеек простору. Це необхідно для отримання інформації про зміну в структурі спостережуваного поля і подальшого її аналізу, формування оцінок і прийняття рішення про наявність чи відсутність будь-яких змін в просторі спостереження. Сканування проводиться з метою виявлення об'єктів в заданому просторі, визначення координат їх місцезнаходження, подальшої оцінки їх траєкторних змін при супроводі і наведенні по необхідної траєкторії їх переміщення в системі координат спостережуваного простору.

    Гетеродинні інтерферометричні системи мають високу чутливість серед вимірювальних, телевізійних, локаційних і навігаційних засобів [1-6]. Специфікою цих систем

    є те, що відеосигнал, формований фотоприймачем гетеродинної інтерферометрічес-кою системи, зберігає інформацію про структуру розподілу фази поля на вході системи або про просторово-часової структуру й особливості фазового простору спостережуваного поля. Використання структурних факторів розподілу фазового поля становить інтерес при вирішенні задачі виявлення об'єкта - основного завдання, розв'язуваної оптичними і телевізійними вимірювальними системами. "Класична" процедура виявлення об'єкта в просторі спостереження заснована на алгоритмі дій, що включає: сканування широкоформатного простору малим елементом покриття, порівнянним з необхідним просторовим дозволом; отримання одно- або двовимірної реалізації суміші сигналу і перешкод, що відбиває їх просторовий розподіл, з подальшою фільтрацією і обробкою суміші за обраними процедурами. Рішення про наявність об'єкта в спостережуваному просторі приймається при перевищенні профільтрованою реалізації суміші сигналу з шумом деякого порогового рівня. Граничний рівень прийняття рішення про наявність / відсутність об'єкта встановлюється вирішальним пристроєм відповідно до прийнятого в системі критерієм виявлення. Зазвичай завдання виявлення доводиться вирішувати в умовах апріорної невизначеності (наявності / відсутності і невідомості місця розташування об'єкта) при невідомих моделях сигналів, перешкод і умов впливів на простір спостереження. Для будь-яких критеріїв виявлення і процедур обробки масиву даних про сигнали і перешкодах, як показують дослідження систем прямого детектування [4, 6], алгоритм послідовності перегляду окремих осередків простору грає важливу роль для досягнення максимуму відношення сигнал / шум і ймовірності виявлення об'єкта.

    Метою цієї роботи є аналіз і систематизація алгоритмів аналізує сканування фазового простору гетеродина і ін-терферометріческімі системами. Основну увагу приділено розширенню принципових можливостей цих систем з розглянутими траєкторіями сканування тривимірного простору.

    Справжня робота присвячена аналізу можливостей застосування телевізійних способів сканування спостережуваного простору, порівнянні та оцінці ефективності телевізійних методів сканування фазового простору в гетеродинних, інтерферометричний і подібних до них системах. Перші результати ефективності застосування телевізійних принципів в стежать оптичних Фазометр частково викладені автором раніше, наприклад, в [4, 7, 8]. Застосування телевізійних принципів сканування значно (на кілька порядків) розширює динамічний діапазон однозначного визначення форми хвильового фронту при великих изменени-

    ях фази [8, 9]. Телевізійний принцип сканування фазового простору дозволяє ефективно відслідковувати зміни фази хвильового фронту як глобального (близько ЛЯ), так і локального (< (10 ~ 3 ... 10 -,) ж) характеру.

    Гетеродинні і інтерферометричні системи переважно призначені для роботи в малому полі, що не перевищує просторових розмірів області когерентності випромінювання. Це пояснюється тим [1, 2, 6, 8], що в гетеродинних системах фотоприймач з великою (діаметром Б) оптичної апертурою за відсутності турбулентності приймає випромінювання (довжиною хвилі Я), відбите від малої області об'єкта (віддаленого на відстань Ь), напрямок на яку збігається з напрямком приходу опорної хвилі. Розмір цієї області (~ ЯЬ / Б) визначає кут зору гетеродинної системи, яка дорівнює дифракційному кутку Я / Б, який не залежить від габаритів об'єкта, що спостерігається і радіусу когерентності поля на приймальні апертурі. При наявності турбулентності атмосфери існує оптимальний розмір скануючого елемента покриття спостережуваного фазового простору [3], функціонально залежить від параметрів системи і інтенсивності турбулентності на трасі супроводу. Те., Введення сканування фазового простору в гетеродинних системах відповідає послідовному послідовному перегляду осередків фазового простору розміром дифракційного порядку.

    При роботі в інтегральному широкоформатному поле, що охоплюється приймальні оптикою системи, для супроводу об'єкта спостереження використовують механічне переміщення всього поля спостереження. Приблизно такий же підхід використовують в телевізійних системах на основі багатоелементних приймачів зображення, розмір поля спостереження, роздільна здатність і інші параметри яких обмежуються топологією і структурно-функціональними аспектами їх фізичної основи і принципи дії. Так, наприклад, роздільна здатність фото- і відеокамер на основі фотоприйомних приладів із зарядним зв'язком (ФПЗС) обмежена розмірами їх елементів, які, в свою чергу, визначаються топологією, кількістю і структурою фазних електродів в елементі і т.п., а також швидкістю перенесення інформації. Для зменшення впливу дискретності покриття простору на оцінку координат дифракційного зображення об'єкта, розміри якого порівнянні з розміром елемента покриття, використовують расфокусировке його зображення, виключаючи випадкове потрапляння зображення малого розміру на два суміжних елемента ФПЗС. Расфокусировка, як сканування вздовж поздовжньої осі простору спостереження, дозволяє при рівних потоках підвищити точність точність оцінки координат енергетичного центру ваги дифракційного зображення об'єкта по його "розмитому" на кілька елементів ФПЗС аналогу. При цьому знижується гранична чувстви-

    ність системи, обмежуючи можливість поліпшення інших характеристик системи. Оскільки сканування застосовується в гетеродинних і інтерферометричний системах, то становить інтерес дослідження особливостей використання в таких системах різних видів сканування простору, їх вплив на потенційні характеристики, оцінка та аналіз порівняльної ефективності застосовуваних алгоритмів і траєкторій пошукового сканування простору на основі статистичних критеріїв.

    Для сканування в площині, ортогональної поздовжній координаті (видалення об'єкта) простору, можуть застосовуватися [4, 5]: однорядкові циклічний і кільцевої алгоритми перегляду осередків по одній з координат з одночасним переміщенням кутового поля за іншою координаті і растрові алгоритми дво- і тривимірної послідовності перегляду окремих осередків простору. Різноманітність застосовуваних алгоритмів сканування обмежена ступенем винахідливості, фантазією розробника, а також фізичними обмеженнями принципів технічного виконання. З растрових алгоритмів сканування найбільш широко використовуються: порядкова "прогресивна" (з коротким зворотним ходом) і реверсивна (прямий і зворотний ходи рядкової і кадрової траєкторій є робочими); спіральна і квазіспіральная траєкторії перегляду осередків простору з постійними швидкістю і періодом сканування витка спіралі незалежно від його порядкового номера в растрі, а також розеточ-ний алгоритм перегляду осередків простору. Форма і тип простору спостереження об'єкта визначають форму і тип алгоритму і траєкторії сканування простору.

    Специфікою пошукового алгоритму сканування фазового простору є забезпечення можливості його зупинки в момент появи на виході фотоприймача системи спостереження простору сигналу від шуканого об'єкта, його запам'ятовування і видачі зупинки сигналів, відповідних координатах шуканого об'єкта або його зображення в площині фотоприймача. Пристрій сканування має забезпечувати запам'ятовування координатних сигналів на тривалий час, необхідне для здійснення повторного циклу пошукового сканування або очікування появи шуканого об'єкта (його зображення) при відсутності або завмирання сигналу, незалежно від причин, які спричинили втрату об'єкта або пропажа його зображення. При скануванні по поздовжній і поперечним координатам простору спостереження можливим є симбіоз як однотипних, так і різнотипних алгоритмів і траєкторій пошукового сканування.

    Розглянемо принципи формування широко поширених траєкторій і алгоритмів сканування в режимі виявлення шуканого об'єкта (заданої структури, спектра і т.п.). растр

    сканування простору утворюється сукупністю траєкторій алгоритмічної послідовності перегляду окремих осередків простору, відповідних лініях переміщення елемента сканування (лазерного променя, базисного елемента сканатора і т.п.) або закономірності перебору окремих осередків приймача зображення, приведених до об'єктної площини простору або площини зображення, суміщеної з фото -чувствітельной площиною приймача системи.

    Однорядкове сканування. Растр сканування, утворений однорядковою траєкторією послідовності перегляду окремих осередків простору (рис. 1, а), являє собою смугу, орієнтовану вздовж однієї з координатних осей, довжина якої визначається відповідним їй розміром простору, а ширина - поперечним до рядка його розміром. Однорядкова траєкторія пошукового сканування застосовується тільки в тому випадку, коли з імовірністю, як завгодно близькою до одиниці, відомо, що траєкторія руху зображення об'єкта або сам об'єкт перетне рядок сканування. Найчастіше [3-5] однорядкова траєкторія сканування використовується спільно з доповнюючим її електронним, оптичним або механічним скануванням по кадру (наприклад, за рахунок обертання літального апарату навколо своєї осі для його просторової стабілізації). Найбільшого поширення в оптичних Фазометр для здійснення сканування фазового простору отримали [1-5, 7-10] п'єзоелектричні приводи. Знаходять також застосування магнітострикційні і приводи мікропереміщень на основі Магнітопружний ефекту Ві-Демана [11]. Окремі приводи сканування, зважаючи на значну інерційності великих переміщаються мас, мають малий швидкодією і не задовольняють вимогу миттєвої зупинки аналізує сканування в точці можливого місцезнаходження об'єкта. Для пошуку об'єктів, які рухаються рядок пошукового растра виставляється на шляху його руху або може бути використаний однорядковий алгоритм пошукового сканування по контуру поля. При визначенні параметрів систем з однорядковим алгоритмом сканування простору спостереження, виходячи з вимог виявлення і розпізнавання об'єкта спостереження, за основу беруть розмір простору спостереження, період сатиричного сканування Тс і швидкість переміщення елемента сканування по рядку V. Закономірність переміщення елемента сканування по кадру і рядку може бути задана сигналами будь-якої форми: синусоидальной, пилкоподібної з коротким зворотним ходом, трикутної або ступінчастою (кроковий алгоритм) [3-5, 7, 8]. Переважно прийняти закони сканування по лінійної траєкторії переміщення елемента (осередки) з необхідною швидкістю сканування поля простору спостереження.

    Порядкове сканування. Це вид поелементного алгоритму сканування простору може

    бути здійснений двома способами. Послідовним поелементний переглядом поля простору спостереження (рис. 1, б) з лівого верхнього елемента до правого нижнього елемента поля простору з постійною швидкістю і збереженням напрямку (зліва - праворуч) сатиричного сканування. Зворотний хід циклу сканування з крайнього правого елемента поточного рядка в крайнє ліве положення відповідає початковому елементу наступного рядка і здійснюється досить швидко за час, порівнянне з постійною часу вуст-

    ройства управління скануванням. Траєкторія порядкового сканування формується [4, 7, 8] шляхом подачі на пристрої сатиричного і кадрового управління сигналів лінійної або ступінчастою пилкоподібної форми з тривалим прямим ТСП і коротким ТСО (ТСО<ТСП) зворотним ходами траєкторії.

    Реверсивний порядкове сканування створюється формуванням керуючих сигналів пилкоподібної або трикутної форм з рівними по тривалості прямими і зворотними ходами [4, 8]. Обидва ходу є робочими. період траєкторії

    Мал. 1. Структури траєкторій сканування фазового простору спостереження оптичним фазометром: а) однорядкова; б) порядкова; в) реверсивна порядкова; г) спіральна; д) квазіспіральная; е) розеткова (1-12 - номери ходів); ж) порядкова, що розходиться з центру; з) методом подвійного розгортки; і) спіральна; Ьхі 1! У - розміри поля; I - поле сканування; II - рядок; III - сканування по кадру; IV - елемент; V і VI - прямий і зворотний ходи

    сатиричного сканування в цьому випадку дорівнює сумі часів, що витрачаються на формування двох суміжних рядків, що є прямим і зворотним ходами сканування, тобто ТС = ТСП + ТСО.

    Кадрове сканування може здійснюватися безперервно - подачею сигналу управління скануванням по кадру лінійно-наростаючої (спадаючої) форми або стрибкоподібним переміщенням рядків (при східчасто-шаговом законі управління) (рис. 1, в). В обох випадках можуть бути використані як аналогові, так і цифрові крокові алгоритми зміни керуючих скануванням сигналів [3-5]. Період сатиричного сканування і час кадру, що визначають число рядків і структуру пошукового растра, вибираються виходячи з умов виявлення об'єкта в просторі, безпосереднім чином пов'язаних з динамічними, енергетичними та геометричними характеристиками простору спостереження і об'єкта. Якщо час перебування об'єкта в просторі значно (в два і більше разів) перевищує час кадру, то сканування простору буде періодично повторюватися з періодом кадрової розгортки ТК (многокадровий режим). При равновероятном напрямку входу об'єкта в спостережуване простір може бути використаний (рис. 1, з) метод попеременной зміни напрямків сатиричного і кадрового - подвійного ортогонального сканування простору [5].

    Спіральне сканування. Траєкторія формування цього типу растра, утвореного найбільш широко застосовувалася раніше спіральної поелементної розгортки, починається з вихідного центрального елемента поля простору спостереження об'єкта і по траєкторії розходиться спіралі переміщається з центру поля до краю простору спостереження. Повернення в центр поля може бути здійснений в одних випадках (рис. 1, г) за короткий час (зворотний хід неробочий), в інших, коли зворотний хід до центру є робочим, елемент сканування при поверненні в початкове положення описує траєкторію сходящейся спіралі. Відомі способи формування спірального сканування з постійними лінійної, кутовий і з логарифмічно змінюються швидкостями. Не зупиняючись на них докладно, приведемо загальні для даного класу алгоритмів сканування недоліки, які обмежують їх застосування в якості пошукових: нелінійність, нерівномірність роздільної здатності по полю і відсутність можливості зупинки процесу сканування простору для аналізу ділянки поля, "підозрілого" з точки зору наявності чи відсутність шуканого об'єкта.

    Так як спіральна траєкторія сканування створюється гармонійними сигналами управління, то будь-яка затримка за часом означає або припинення перегляду всієї наступної за точкою зупинки частини поля та простору спостереження,

    або пропуск такої частини простору або поля, які за розміром відповідають розмірам ділянки спіралі, який формується за час зупинки сканування. Це неприйнятно для здійснення послідовної процедури виявлення об'єкта з найбільшою вірогідністю.

    Квазіспіральное сканування [4]. Растр квадратного квазіспірального сканування (рис. 1, д) утворюється лінійної закономірністю переміщення елемента. Траєкторія переміщення елемента сканування в структурі квазіспірального растра утворюється попеременной послідовністю скануючих ходів, строго орієнтованих уздовж координатних осей простору. Формування квазіспірального растра відбувається наступним чином. Елемент (осередок) сканування, що знаходиться в початковому стані в центрі растра (поля простору), переміщують по одній з осей декартової системи координат на один крок сканування, рівний за величиною, наприклад, розміром одного елемента поля (осередку простору). Потім з тим же кроком здійснюється сканування елементом в напрямку другої координатної осі, ортогональної початкового кроку сканування. При цьому попереднє зміщення елемента по першій осі зберігається. У наступних циклах довжина скануючих ходів збільшується на один крок в кожному черговому полувітке прямокутного виду спіралі. Скануючі кроки в парних і непарних полувітках спіралі мають протилежний зміст. Описаний алгоритм формування квадратної квазіспіральной траєкторії сканування повторюється безперервно аж до моменту досягнення сканирующим елементом встановлених меж поля простору. Після цього сканування повторюється в зворотному порядку (реверсивний сканування) або елемент сканування стрибком повертається в вихідну центральну точку аналізує растра.

    Форма сигналів 1Х і I, що утворюють квазіспі-ральний растр, наведені на рис. 2. Цей спосіб формування спірального растра прямокутної (квадратної) форми дозволяє здійснювати зупинку або затримку процесу сканування в будь-якій точці поля і простору без пропуску окремих його ділянок з подальшим збереженням траєкторії і напрямки переміщення елемента сканування. Описаний спосіб дозволяє отримувати квазіспіральное сканування прямокутної, квадратної і інших геометричних форм як з постійною лінійною швидкістю, так і з постійним періодом сканування витка спірального растра будь координатної орієнтації.

    Розеткова сканування [4]. Розеткова траєкторія сканування (рис. 1, е), по якій здійснюється перегляд окремих осередків простору з метою виявлення об'єкта, виходить при керуючих сигналах (рис. 2, в), що описуються рівняннями

    Мал. 2. Форма сигналів управління скануванням за алгоритмом квазіспірального растра: а) з постійним періодом і б) з постійною швидкістю сканування витка спіралі і в) розеточного растра

    ix = IM sinnpa0t sino0t; iy = IM sinnpa0t cos © 0t,

    де IM - амплітуда сигналу, що визначає діаметр розеточного растра; np - відношення частот модулюючого і основного сигналів управління, яка дорівнює кількості пелюсток розетки; С0 / 2л - число повних розеток, що формуються в 1 з.

    Формування розеточного растра сканування відбувається наступним чином. Протягом позитивного напівперіоду сигналу основної частоти формується один пелюстка розетки, а в негативний напівперіод - інший пелюстка в напрямку, протилежному першому. За один напів-період модулюючого сигналу синусоїдальної форми розгортається повне поперечне поле простору. Пелюстки розетки, що формуються за час другого напівперіоду сигналу, що модулює, розміщуються в проміжку між пелюстками, сформованими в першому напівперіоді сканування. Параметри розетки сканування вибираються таким чином, щоб перегляд кожного елемента поля пошуку здійснювався, по крайней мере, один раз в процесі формування повного ро-зеточного растра. Частота формування розеток визначається необхідним ставленням сигнал-шум і динамічними характеристиками об'єкта та геометричними простору спостереження. Число пелюсток розеток, необхідне для повного охоплення поля простору пошуку, np = nD / da, де Dp - діаметр поля, що перекривається розетковим растром; da - діаметр або розмір скануючого елемента. Швидкість аналізує сканування іск.Р = npD / Tp, де Tp - час формування розетки. Розетковим траєкторіях сканування властивий-

    ни ті ж недоліки, що і спіральним. За принципом розеточной можуть бути отримані будь-якого типу гіпоціклоідальние траєкторії сканування фазою в заданому просторі. Тобто, з використанням канонічних рівнянь можна отримати сканування фазою хвильового фронту по будь-якій поверхні другого порядку.

    Для здійснення пошукового сканування простору з метою виявлення об'єкта, координати якого задані зовнішнім цілевказівок або, в разі втрати об'єкта при супроводі (наприклад, в умовах протидії), з області зриву його супроводу, може використовуватися тип розходиться порядкового сканування (рис. 1, ж) . Цей вид сканування має всі переваги порядкової траєкторій поелементного аналізу простору спостереження.

    Порівняльна ефективність різних траєкторій пошукового сканування фазового простору спостереження в стежать оптичних Фазометр може бути оцінена на основі використання методології загальної теорії статистичних рішень. Так, наприклад, істотний для теорії і практики системотехніки інтерес представляє визначення оптимальних за прийнятими статистичними критеріями алгоритмів і траєкторій перегляду областей простору місцезнаходження об'єкта або його зображення за даними цілевказівки, після його втрати, при зриві стеження. Відповідно до загальної теорії статистичних рішень одним з основних показників ефективності рішення пошукової завдання аналізу і оцінки стану простору спостереження є ймовірність виявлення за певними ознаками шуканого об'єкта. У загальному випадку, вона дорівнює добутку ймовірностей пе-

    рехвата об'єкта за час Тпр його перебування в спостережуваному просторі і виявлення сигналу від об'єкта або його зображення в присутності помехо-вого впливу. Імовірність перехоплення об'єкта в просторі спостереження залежить від точності завдання цілевказівки або визначення координат положення об'єкта на попередній стадії функціонування системи, швидкості переміщення об'єкта, часу затримки початку включення повторного пошуку щодо моменту видачі координат останнього цілевказівки, розмірів поля пошуку, а також закону розподілу положення об'єкта в просторі спостереження.

    У реальних ситуаціях щільність розподілу ймовірності положення об'єкта в поле пошуку є зображенням простору спостереження в точці [х; у] = r (t) можна з деяким наближенням апроксимувати функціями, що відображають відповідно рівномірний, усічений гауссовий і гауссовий закони розподілу:

    W [r (t)] = [0, | r | > | R |,

    t > Тих; 1, | r | < | R |, t > Tnp];

    (1)

    W [r (t)] =

    | R |< | R1 \

    1! (K ^ n (rB - ri2)) x

    xexp [- (r2 -ri2) / [K2 (rB2 -ri2)], | r |>| Ri | (2)

    Ж [г {1)] = 1 / (Кагва ТЛ) ехр [-р 2 / (К Г2)], г = 0. (3)

    Тут г1 - розмір області достовірного і гв - розмір області ймовірного перебування об'єкта (зазвичай оцінюються на рівні Кт>0, кратному деякому значенню про Для К0гв = о, p (r) = 0,32; -для К0гв = ч2о, p (r) = 0,05 і p (r) = 0,03 для К0гв = ^ 3О; про - дисперсія координат положення об'єкта.

    Розглянемо три типи траєкторій сканування фазового простору спостереження, найбільш широко застосовуваних в стежать оптичних Фазометр, що працюють, наприклад, по зовнішньому целеуказанию і на етапі повторного пошуку: порядкова прогресивна (рис. 1, б), порядкова розходяться від центру (рис. 1, ж ), спіральна (рис. 1, д). Порівняємо ефективність цих алгоритмів сканування фазового простору на етапі пошуку рухається зі швидкістю об'єкта (або адекватно його зображення) з точки координат завдання цілевказівки або з точки його втрати (при зриві стеження) за величиною одержуваної ймовірності виявлення об'єкта для кожного з алгоритмів. У цьому випадку: щільність ймовірності зміни положення об'єкта описується виразом, яке при повторному пошуку з точки втрати об'єкта, коли г (^) = 0, має вигляд

    м (ЦГ) = (2по2) -1ехр [-і02 (Г? 0) 2 / 2О2], (4)

    де? 0 - час пам'яті детектора каналу стеження. При порівняльному аналізі приймаємо, що умовна ймовірність присутності об'єкта в поле пошуку простору спостереження, за час кадру Т<3О / і0 що не перевищує час його перебування в

    спостережуваному просторі, дорівнює 1. Імовірність перехоплення об'єкта в поле простору спостереження оптичним фазометром згідно [4, 6] дорівнює

    Рпер

    Л р (х, у МХ, у) dxdy, (5)

    де р (х, у) - умовна ймовірність знаходження об'єкта в точці (х, у) або перехоплення за умови його перебування в цій точці; м? (х, у) - щільність розподілу координат положення об'єкта; х2 (?) + у2 (?) = г2 (?). З (5) отримаємо вирази для опису ефективності траєкторій:

    - спіральної -Рш = 4ф (^ х) Ф (ф; (6, а)

    - порядкової розходиться -Рпр = 2Ф (ІУ); (6, б)

    - порядкової прогресивної -Рпп = 0,5 + Ф (ф; (6, в)

    1 і

    де Ф (і) = - | ехр (-0,5 ^ 2) dt - інтеграл вероят-

    2ж про

    ності, і = Кпі0, Кп - коефіцієнт, виражений в частках (о / і0), х і у - координати.

    Мал. 3. Порівняльна ефективність траєкторій: --- -построчная розходяться; ------------ спіральна

    З вельми очевидного зіставлення виразів (6, а і 6, б) випливає, що алгоритм порядкового розходиться сканування фазового простору в порівнянні зі спіральною траєкторією перегляду простору спостереження, забезпечує виграш у величині ймовірності перехоплення об'єкта в кадрі зображення простору чисельно рівний подвоєному значенню інтеграла ймовірності: 2Ф (Ц). Порівняння залежностей (6, а і 6, б) відображає зміну ефективності застосування перших двох типів розгорток в залежності від відносних швидкості руху об'єкта (і0 ​​/ о) і розміру поля або відносного часу пошуку (~ о / і0). Ефективність центрована щодо центру поля пошуку сканування в порівнянні зі звичайною траєкторією послідовного перегляду осередків простору наочно (пунктир - порядкова розходяться, суцільна лінія - спіральна) являє рис. 3. У поле пошуку, приблизно дорівнює 2 т, найбільш ефективні пошукові розгортки по розбіжним траєкторіях. Без урахування впливу виду шуму і особливостей зміни енергії сигналу від об'єкта за ймовірністю перехоплення найбільш ефективний алгоритм порядкового

    розходиться сканування фазового простору. Цей алгоритм забезпечує і найбільшу швидкодію перехоплення об'єкта в просторі

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Бакути П.А., Троїцький І.М., Дьомін А.А., Сафронов А.Н. Сучасний стан фазової проблеми в оптиці // Зарубіжна радіоелектроніка. -1978. -№ 11. -С. 3-40.

    2. Устинов Н.Д., Матвєєв І.М., Протопопов В.В. Методи обробки оптичних полів в лазерної локації. - М .: Наука, 1983. -272 с.

    3. Слободян С.М. Діссекторние гетеродинні системи // Зарубіжна радіоелектроніка. -1986. - № 6. - С. 62-72.

    4. Пустинський І.М., Слободян С.М. Діссекторние стежать. - М .: Радио и связь, 1984. -136 с.

    5. Слободян С.М., Цупін А.А. Лазерні навігаційні системи автономних транспортних засобів // Зарубіжна радіоелектроніка. - 1988. - № 6. - С. 13-20.

    6. Слободян С.М. Гранична і контрастна чутливість скануючих оптичних вимірювальних систем зі зворотним зв'язком // Вимірювальна техніка. Метрологія. -2004. - № 5. - С. 12-22.

    спостереження. Для сканування та аналізу фазового

    простору спостереження також можуть бути використані методи стохастичною геометрії [12].

    7. Слободян С.М. Стежить оптичний фазометр // Известия Томського політехнічного університету. - 2003. - Т. 306. -№ 6. -С. 101-106.

    8. Слободян С.М. Метод фазового стеження в гетеродина інтерферометрі контролю переміщень // Вимірювальна техніка. Метрологія. -2004. - № 2. - С. 14-27.

    9. Слободян С.М. Многомернокоордінатний привід мікроуправленія // Известия Томського політехнічного університету. - 2003. - Т. 306. - № 5. - С. 92-95.

    10. Слободян М.С., Слободян С.М. Консольний п'єзоприводи // Датчики і системи. -2003. - № 3. - С. 47-48.

    11. Леньків С.В. Приводи мікропереміщень з актюатором на основі Магнітопружний ефекту Видемана // Известия вузів. Приладобудування. -2004. - Т. 47. - № 2. - С. 49-52.

    12. Федотов Н.Г. Аналіз біологічних мікрооб'єктів за допомогою методів стохастичною геометрії // Вимірювальна техніка. - 2004. - № 4. - С. 62-64.

    УДК 622.243.94

    ЕФЕКТИВНІСТЬ РІЗАННЯ гірських порід електророзрядними здатний переміщатися електродної системи

    В.Ф. Важов, М.Ю. Журко, В.М. Муратов *

    Томський політехнічний університет E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. * ГНУ "НДІ високих напруг" при ТПУ

    Розглядається електророзрядний спосіб різання гірських порід переміщається електродної системою. Отримано залежності ширини щілини розрізу як від енергії в розряді, так і від швидкості переміщення електродної системи. Показана можливість зниження енергії, що запасається накопичувачем енергії в 10 ... 16 разів. Проведено порівняння отриманих результатів з літературними даними.

    В даний час існує безліч різних способів різання матеріалів. Серед них механічні, термічні, гідродинамічні, хімічні та ін. В НДІ високих напруг при ТПУ і на кафедрі ТЕВН ТПУ розробляється принципово новий спосіб різання - розрядний. Електророзрядний спосіб різання діелектричних і полупроводящіх матеріалів заснований на впровадженні каналу пробою в тверде тіло при розташуванні електродів на одній його поверхні в середовищі діелектричної рідини і навіть води. Тривалість дії імпульсу напруги до пробою - не більше од. мкс. При пробої відбувається мікроелектровзрив в твердому тілі з утворенням відкольних воронки. Руйнування твердого тіла здійснюється за рахунок сумарного дії напружень, створюваних навколо каналу електричного пробою внаслідок високого тиску, развіваемо-

    го в ньому, і напружень, що виникають в середовищі при поширенні ударних і акустичних хвиль. Інструментом, що руйнує тверде тіло, є розширюється плазма каналу пробою. Тому знос електродів, виготовлених зі звичайних сталей, надзвичайно малий і становить 15,3-10- г / імп.

    Різними авторами [1, 2] були проведені дослідження, які показали принципову можливість електророзрядного різання гірських порід і діелектричних матеріалів. Ці дослідження виявівілі ряд недоліків: а) необхідні великі енергії для проведення одиничного акту руйнування, і, як наслідок, потужні великогабаритні генератори імпульсних напруг (ГІН); б) ізоляція електроімпульсних ріжучих пристроїв малонадійний; в) має місце значне зниження амплітуди напруги при різанні в воді через недосконалостей пропонованих многое-


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити