Многоканальная система наведения, использующая эталонное изображение



Многоканальная система наведения, использующая эталонное изображение

 


Владельцы патента RU 2401410:

Семенов Сергей Сергеевич (RU)
Савченко Алексей Владимирович (RU)
Бурба Александр Алексеевич (RU)

Система содержит лазерный дальномер, два канала обнаружения, один из которых выполнен телевизионным, а другой - инфракрасным, который содержит второй объектив и N-элементный фотоприемник, датчик положения сканирующего зеркала, ключ, аналого-цифровой преобразователь, блок определения элементов матрицы результирующего изображения, блок оценки коэффициентов линейного преобразования, блок вычисления критериальной функции, блок выбора минимального значения критериальной функции и блок формирования матрицы исходного изображения. Технический результат - повышение достоверности распознавания изображения цели путем обеспечения независимости эталона от условий ее наблюдения. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике оптического приборостроения и может быть использовано, в частности, при разработке многоканальных обзорно-поисковых систем, осуществляющих обнаружение цели в контролируемой зоне, ее выделение на различных фонах, определение ее координат и отслеживание, а также определение отдельных параметров движения цели, например дальности до нее.

Известны системы, осуществляющие поиск, обнаружение цели и измерение дальности до нее (см., например, патент РФ №2145433, кл. G02В 23/04, 2000, патент РФ №2180090, кл. F41G 7/26, 2000).

Из известных систем наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является многоканальная система наведения (патент РФ №2199709, кл. F41G 7/26, 2003). Она содержит телевизионный канал обнаружения, лазерный дальномер, источник излучения, два плоских зеркала, предназначенные для отклонения лазерного излучения, первый объектив для коллимирования лазерного излучения, инфракрасный канал обнаружения, второй объектив для приема инфракрасного излучения цели, плоское зеркало для сканирования поля зрения второго объектива, N-элементный фотоприемник, аналого-цифровой преобразователь, блок выработки координат, датчик положения сканирующего зеркала и электронный ключ.

Недостатки этой системы наведения:

- обнаружение цели по уровню сигнала приводит к низкой достоверности распознавания (ложные тревоги, пропуск цели);

- существенная зависимость от условий наблюдения цели (освещенность, шумы и т.п.).

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение достоверности распознавания изображения цели путем обеспечения независимости эталона от условий ее наблюдения.

Это можно осуществить с помощью корреляционно-экстремальной обработки видеоинформации, включающей в себя три этапа:

- предварительная обработка изображений;

- вычисление значений критериальной функции;

- поиск экстремума критериальной функции.

Этап предварительной обработки описывается следующим образом:

k=1, …, M; l=1, …, N; i=1, …, n; j=1, …, m,

где - элементы матрицы результирующего изображения;

- элементы матрицы исходного изображения;

- элементы матрицы импульсного отклика цифрового фильтра;

n и m - число элементов отклика цифрового фильтра соответственно по осям x и y (размера матрицы импульсного отклика цифрового фильтра);

N и М - число элементов результирующего и исходного изображений соответственно по осям x и y (размеры матрицы результирующего и исходного изображений);

x и y - пространственные координаты.

В качестве критериальной функции предлагается использовать адаптивный разностный алгоритм в следующем виде:

k=1, …, M; l=1, …, N; f=1, …, P; j=1, …, Q,

где - элементы матрицы эталонного изображения;

Р и Q - число элементов эталонного изображения соответственно по осям x и y (размеры матрицы эталонного изображения);

а и b - параметры линейного преобразования, определяются в следующей последовательности.

Оценивается математическое ожидание Мэ фрагмента изображения Sэ по формуле

f=1, …, P; g=1, …, Q.

Определяется дисперсия Dэ фрагмента изображения Sэu по формуле

f=1, …, P; g=1, …, Q.

Оценивается математическое ожидание MT фрагмента матрицы результирующего изображения по формуле

k=1, …, M; l=1, …, N.

Определяется дисперсия DT фрагмента матрицы результирующего изображения по формуле

k=1, …, M; j=1, …, N.

Величины а и b определяются по следующим зависимостям:

В дальнейшем осуществляется поиск минимума значения критериальной функции R(k,l). Затем определяются величины k и l, соответствующие Rmin, которые обозначают координаты цели, подаваемые на выход системы.

Технический результат достигается тем, что многоканальная система наведения, использующая эталонное изображение, включающая в себя лазерный дальномер, содержащий последовательно расположенные источник излучения, первое и второе плоские зеркала с приводом вращения каждое и первый объектив и, по меньшей мере, два канала обнаружения, один из которых выполнен телевизионным, а другой - инфракрасным, при этом отражающие поверхности первого и второго зеркал обращены друг к другу и расположены под углом к оптической оси первого объектива, информационный канал обнаружения содержит второй объектив, оптически сопряженный через сканирующее плоское зеркало с оптическим входом N-элементного фотоприемника, датчик положения сканирующего зеркала, ключ, управление работой которого осуществляется автоматически или с помощью оператора, а также аналого-цифровой преобразователь, при этом выходы с первого по N-й N-элементного фотоприемника соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом датчика положения сканирующего зеркала, первый и второй входы ключа соединены с первым и вторым выходами телевизионного канала обнаружения соответственно, а первый и второй выходы ключа являются выходом системы, а также подключены к приводам вращения первого и второго плоских зеркал соответственно, дополнительно содержит блок оценки коэффициентов линейного преобразования, блок вычисления критериальной функции, блок выбора минимального значения критериальной функции и блок формирования матрицы исходного изображения, с первого по N-й входы которого соединены с соответствующими выходами аналого-цифрового преобразователя, а с первого по N-й выходы - с соответствующими входами блока определения элементов матрицы результирующего изображения, с первого по m-й входы которого являются входом системы, на который поступают величины h(i,j), характеризующие элементы матрицы импульсного отклика цифрового фильтра, а с первого по N-й выходы - с соответствующими входами блока оценки коэффициентов линейного преобразования и блока вычисления критериальной функции, с (N+1)-го по (N+Р)-й входы которых являются входом системы, на который поступают величины Sэи(f,g), характеризующие элементы матрицы эталонного изображения, первый и второй выходы блока оценки коэффициентов линейного преобразования подключены соответственно к (N+Р+1)-му и (N+Р+2)-му входам блока вычисления критериальной функции, с первого по N-й выходы которого соединены с соответствующими входами блока выбора минимального значения критериальной функции, первый и второй выходы которого подключены соответственно к (N+1)-му и (N+2)-му входам блока формирования матрицы исходного изображения, (N+1)-й и (N+2)-й выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами ключа.

На чертеже представлена блок-схема многоканальной системы наведения, использующей эталонное изображение. Здесь приняты следующие обозначения:

1 - телевизионный канал обнаружения, предназначен для определения координат цели в видимом диапазоне длин волн, при этом диаметр входного зрачка приемного объектива DTB=90 мм, а фокусное расстояние fTB=200 мм, и может быть выполнен по одной из схем, приведенных в справочнике "Авиационные системы информации" под ред. Л.З.Криксунова. - М.: Машиностроение, 1985, с.162-167;

2 - лазерный дальномер, предназначен для измерения расстояний до 40 км с точностью 3-5 м и может быть выполнен по одной из схем, приведенных в вышеназванном справочнике под ред. Л.З.Крискунова на с.5-28;

3 - источник излучения, предназначен для облучения наблюдаемой цели и может быть выполнен на базе твердотельного лазера на основе YAG, имеющего световой пучок диаметром 8-10 мм;

4 и 5 - первое и второе плоские зеркала соответственно, предназначены для отклонения лазерного излучения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях;

6 - первый объектив, предназначен для коллимирования лазерного излучения и может быть выполнен в виде телескопической системы с диаметром входного зрачка DBX=12 мм, диаметром выходного зрачка DВЫХ=85 мм и увеличением Г=0,14;

7 - инфракрасный канал обнаружения, предназначен для обнаружения и определения координат цели в контролируемом пространстве, имеющей тепловой контраст, например, в спектральном диапазоне 3-5 мкм или 8-13 мкм;

8 - второй объектив, предназначен для приема инфракрасного излучения цели и фокусировки его на чувствительные площадки фотоприемника 10 и может быть выполнен в виде зеркала с диаметром входного окна DВХ=250 мм, фокусным расстоянием f=360 мм и полем зрения 1,5×1,5°;

9 - сканирующее плоское зеркало, предназначено для сканирования поля зрения объектива 8 в плоскости, перпендикулярной линейке фотоприемников 10, и может быть выполнено со световым диаметром примерно 125 мм;

10 - N-элементный фотоприемник, предназначен для преобразования инфракрасного излучения цели в электрический сигнал и может быть выполнен в виде линейки из 192 чувствительных элементов (см. патент США №4221966, кл. G01J 1/00 от 09.09.1980), при этом линейка расположена в плоскости чертежа;

11 - аналого-цифровой преобразователь, предназначен для усиления и преобразования аналоговых сигналов в сигналы, квантованные по времени и амплитуде, и может быть выполнен на микросхемах типа 1108П1А и К140УД284;

12 - датчик положения сканирующего зеркала, представляет собой оптико-электронное устройство на базе однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора с погрешностью измерения не более 20 угл. с;

13 - электронный ключ, предназначен для переключения телевизионного и инфракрасного каналов и может быть выполнен на базе мультиплексоров серии 1553;

14 - блок формирования матрицы исходного изображения, предназначен для сбора информации, характеризующей исходное изображение цели, передачи ее для дальнейшей обработки и выдачи координат цели;

15 - блок определения элементов матрицы результирующего изображения, предназначен для вычисления элементов матрицы результирующего изображения в соответствии с формулой (1) и их выдачи для дальнейшей отработки;

16 - блок оценки коэффициентов линейного преобразования, предназначен для вычисления этих коэффициентов по формулам (3), (4), (5), (6), (7) и (8) и их выдачи для дальнейшей работы системы;

17 - блок вычисления критериальной функции, предназначен для оценки этой функции в соответствии с формулой (2) и передачи ее значений для дальнейшей отработки;

18 - блок выбора минимального значения критериальной функции, предназначен для поиска наименьшего значения этой функции и выдачи на входы блока 14 информации о координатах цели.

Следует подчеркнуть, что блоки с 14 по 18 являются цифровыми вычислительными и могут быть реализованы в соответствии с рекомендациями приведенных источников информации [1], [2], [3].

Многоканальная система наведения, использующая эталонное изображение, работает следующим образом.

Допустим, что не нарушает общности рассуждений, цель попала в поле зрения телевизионного 1 и инфракрасного 7 каналов обнаружения и что контраст между ней и окружающим ее фоном в обоих каналах присутствует. Тогда координаты Uхт и Uут цели с первого и второго выходов телевизионного канала поступают на первый и второй входы ключа 13, который находится в разомкнутом состоянии.

В инфракрасном канале обнаружения излучение цели улавливается объективом 8 и после отражения от плоского зеркала 9 фокусируется на чувствительной площадке N-элементного фотоприемника 10. Плоское зеркало 9 колеблется вокруг оси ОМ, лежащей в плоскости чертежа, и тем самым осуществляет сканирование поля зрения в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.

С выхода фотоприемника 10 сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 11, где он усиливается и преобразуется из аналогового в цифровой, т.е. дискретизируется и квантуется. При этом здесь этот процесс управляется выходными сигналами датчика 12 положения сканирующего зеркала. Выходные сигналы цифроаналогового преобразователя 11 поступают на вход блока 14 формирования матрицы исходного изображения, где осуществляется сбор информации, характеризующей исходное изображение цели, т.е. элементы матрицы исходного изображения.

Эти элементы ST(k+i-1, l+j-1) подаются на вход блока 15 определения матрицы результирующего изображения, на другой вход которого засылаются элементы матрицы h(i,j) импульсного отклика цифрового фильтра. В блоке 15 осуществляется вычисление элементов матрицы результирующего изображения по формуле (1), которые направляются на входы блока 16 оценки коэффициентов линейного преобразования и блока 17 вычисления критериальной функции. На другие входы блоков 16 и 17 подаются значения элементов матрицы эталонного изображения Sэи(f,g).

Следует отметить, что блок 17 на указанных входах должен иметь элементы задержки, поскольку он может начать работу только после получения информации от блока 16, который осуществляет оценку параметров линейного преобразования а и b соответственно по формулам (7) и (8), предварительно производя вычисления по формулам (3), (4), (5) и (6). Величины а и b засылаются на входы блока 17 вычисления критериальной функции. Этот блок производит вычисление критериальной функции R(k,l) в соответствии с формулой (2). Эти значения направляются на вход блока 18 выбора минимального значения критериальной функции.

Блок 18 осуществляет поиск наименьшего значения критериальной функции Rmin и засылает величины k и l, соответствующие Rmin, на входы (N+1)- й и (N+2)-й блока 14 формирования матрицы исходного изображения. Блок 14 производит выбор координат, определяемых значениями k и l, которые являются координатами цели. Например, если k=5, a l=6, то координаты цели будут следующие: по оси x - 5-е значение, а по оси у - 6-е.

Сигналы Uхи и Uуп поступают на третий и четвертый входы ключа 13, управление работой которого осуществляется автоматически или вручную с помощью оператора. С выхода ключа 13 сигналы телевизионного или инфракрасного каналов обнаружения поступают на входы приводов зеркал 4 и 5 и привода слежения всего комплекса аппаратуры, т.е. на выход системы наведения.

Таким образом, технический результат достигается не за счет использования математического аппарата, а за счет технических средств (блоков и элементов), упомянутых в процессе описания работы системы, которая позволяет повысить достоверность распознавания изображения цели путем обеспечения независимости эталона от условий ее наблюдения.

Промышленная применимость изобретения обосновывается тем, что оно может быть использовано в различных областях (отраслях) в процессе поиска и определения координат целей или каких-либо других объектов.

Источники информации

1. Приборы с зарядовой связью. /Под ред. М.Хоувза и Д.Моргана: Пер. с англ. - М.: Энергоиздат, 1981. - 376 с., ил.

2. Руководство пользователя по сигнальным микропроцессорам ADSP-2100. / Пер. с англ. О.В. Луневой; Под ред. А.Д.Викторова; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет. - Санкт-Петербург, 1997. - 520 с.

3. В.Б. Стешенко. ПЛИС фирмы "ALTERA": Проектирование устройств обработки сигналов. / М.: "Додека", 2000.

Многоканальная система наведения, использующая эталонное изображение, включающая в себя лазерный дальномер, содержащий последовательно расположенные источник излучения, первое и второе плоские зеркала с приводом вращения каждое и первый объектив и, по меньшей мере, два канала обнаружения, один из которых выполнен телевизионным, а другой - инфракрасным, при этом отражающие поверхности первого и второго зеркал обращены друг к другу и расположены под углом к оптической оси первого объектива, инфракрасный канал обнаружения содержит второй объектив, оптически сопряженный через сканирующее плоское зеркало с оптическим входом N-элементного фотоприемника, датчик положения сканирующего зеркала, ключ, управление работой которого осуществляется автоматически или с помощью оператора, а также аналого-цифровой преобразователь, при этом выходы с первого по N-ый N-элементного фотоприемника соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом датчика положения сканирующего зеркала, первый и второй входы ключа соединены с первым и вторым выходами телевизионного канала обнаружения соответственно, а первый и второй выходы ключа являются выходом системы, а также подключены к приводам вращения первого и второго плоских зеркал соответственно, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок определения элементов матрицы результирующего изображения, блок оценки коэффициентов линейного преобразования, блок вычисления критериальной функции, блок выбора минимального значения критериальной функции и блок формирования матрицы исходного изображения, с первого по N-ый входы которого соединены с соответствующими выходами аналого-цифрового преобразователя, а с первого по N-ый выходы - с соответствующими входами блока определения элементов матрицы результирующего изображения, с первого по m-ый входы которого являются входом системы, на который поступают величины h(i, j), характеризующие элементы матрицы импульсного отклика цифрового фильтра, а с первого по N-ый выходы - с соответствующими входами блока оценки коэффициентов линейного преобразования и блока вычисления критериальной функции, с (N+1)-го по (N+P)-ый входы которых являются входом системы, на который поступают величины Sэu(f,g), характеризующие элементы матрицы эталонного изображения, первый и второй выходы блока оценки коэффициентов линейного преобразования подключены соответственно к (N+P+1)-му и (N+P+2)-му входам блока вычисления критериальной функции, с первого по N-ый выходы которого соединены с соответствующими входами блока выбора минимального значения критериальной функции, первый и второй выходы которого подключены соответственно к (N+1)-му и (N+2)-му входам блока формирования матрицы исходного изображения, (N+1)-ый и (N+2)-ой выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами ключа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области наведения управляемых снарядов и может быть использовано в комплексах танкового и противотанкового вооружения, а также в малогабаритных зенитных комплексах.

Изобретение относится к средствам обучения. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, более конкретно к устройствам преобразования лазерного излучения приборов наведения управляемых ракет на цель по лазерному лучу.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, более конкретно - к устройствам для контроля параметров лазерных каналов управления приборов наведения при их сборке, юстировке и испытаниях.

Изобретение относится к области дистанционного управления машинами и, в частности, летательными аппаратами и предназначено для формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов.

Изобретение относится к оптико-электронным устройствам, предназначенным для обнаружения источников оптического излучения и диагностирования оптических характеристик этих источников.

Изобретение относится к оптическим системам наведения управляемых снарядов и может быть использовано в системах управляемого оружия с телеориентацией в луче лазера.

Изобретение относится к бортовым комплексам управления летательных аппаратов, главным образом скоростных самонаводящихся реактивных снарядов. .

Изобретение относится к оптико-электронной технике, в частности к устройствам фокусировки, оптической фильтрации и преобразования поступающего оптического излучения в электрический сигнал.

Изобретение относится к оптическим системам наведения управляемых снарядов и может быть использовано в системах управляемого оружия с телеориентацией в луче лазера.

Изобретение относится к оптическим прицелам систем наведения управляемых объектов и может быть использовано в системах управления огнем противовоздушной обороны

Изобретение относится к оптическим прицелам систем наведения управляемых объектов и может быть использовано в системах управления огнем противовоздушной обороны

Способ относится к управляемому вооружению. В способе осуществляется топографическая привязка целеуказателя и пусковой установки к местности, цель обнаруживается целеуказателем, координаты цели определяются и передаются в пульт огневой позиции. Устанавливается единое время в пульте разведчика и пульте огневой позиции, в пульте огневой позиции рассчитываются установки стрельбы и полетное задание ракеты. Пуск ракеты с пульта огневой позиции подготавливается по цифровому каналу связи через блок автоматики пусковой установки. При этом осуществляют подачу напряжения на выбранную ракету, инициализацию ракеты, снятие блокировок стрельбы с ракеты и подачу силового питания. Выстрел производится путем подачи с пульта командира на пусковую установку команды на пуск, время производства выстрела фиксируется автоматически путем опроса контактов наличия ракеты в установке. По каналу спутниковой связи на пульт разведчика передается время включения лазерного излучения целеуказателя, при достижении которого посылается из пульта разведчика в целеуказатель сигнал включения излучения и осуществляется наведение ракеты на цель. На пульте огневой позиции осуществляется индикация состояния боекомплекта. Технический результат заключается в обеспечении возможности реализации дистанционной подготовки пуска ракеты. 2 ил.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения. Заявленное устройство включает последовательно соединенные лазер и оптико-электронную систему сканирования, включающую два скрещенных анизотропных акустооптических дефлектора и выходную оптическую систему, а также блок управления дефлекторами, выходы которого подключены к входам управления дефлекторов, а на управляющие входы которого поступают внешние сигналы пуска и схода управляемого изделия, блок выбора режима, на вход которого поступает внешний сигнал разрешения измерения дальности, генератор синхроимпульсов, блок управления модулятором, оптический модулятор добротности резонатора, вход управления которого соединен с выходом блока управления модулятором, выходная оптическая система дальномерного канала и поляризационный призменный блок, установленный между первым и вторым акустооптическими дефлекторами, второй выход которого соединен с входом оптической системы дальномерного канала. Приемный дальномерный канал включает последовательно соединенные приемную оптическую систему, фотоприемное устройство и блок накопления эхо-сигналов и вычисления дальности. Технический результат - уменьшение габаритно-весовых характеристик оптико-электронного прибора при сохранении возможности измерения дальности и наблюдения фоно-целевой обстановки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в способах корректировки траектории полета управляемого снаряда. Сущность: предложено направлять или вращать пучок (12) лазерных лучей относительно центра (13) текущего заданного курса снаряда (1), чтобы снаряд (1) сам определял массив данных и затем выполнял автоматическое корректирование. Для этого первый лазерный луч (11) посылается через определенную область (15) относительно заданного курса снаряда (1), который одновременно может вызвать начало отсчета времени. Например, одновременно другой вращающийся лазерный луч (12) с постоянной частотой вращения (Ω) находится вокруг области (15). Посредством данного второго лазерного луча (12) снаряд определяет массив данных относительно заданного курса и инициирует корректирование на основе установленного массива данных. Размер установленного массива данных используется для того, чтобы начать выполнение корректирования. Для этого в снаряде (1) реализованы задержки. Технический результат: повышение эффективности корректировки траектории полета. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к системам наведения ракет и может быть использовано в комплексах ПТУР и ЗУР. Способ стрельбы ракетой, управляемой по лучу лазера, включает измерение дальности до цели и ввод измеренного значения в наземную систему управления, установку начального превышения Y0 оси луча относительно линии визирования цели, запуск управляемой ракеты, подъем оси луча до максимального превышения Ymax относительно линии визирования цели, полет ракеты на максимальном превышении до момента времени, установленного в наземной системе управления в соответствии с измеренной дальностью до цели, и совмещение оси луча с линией визирования цели. При этом осуществляют последовательное изменение превышения: в течение времени от момента запуска ракеты до момента , где ωcp - частота среза системы управления ракетой, рад/с, начальное превышение Y0 сохраняют неизменным, причем его значение устанавливают по зависимости , где - минимальное возможное значение вертикального отклонения ракеты от линии визирования на этом участке полета, м; Rл - радиус луча, м, а в течение времени от момента t1 до момента , где Vп - максимально допустимая скорость подъема луча, м/с, превышение увеличивают до значения Ymax. Технический результат заключается в повышении точности стрельбы ракетой. 2 ил.

Изобретение относится к технике оптического приборостроения и касается устройства имитации инфракрасного излучения наземных объектов. Устройство содержит микрозеркальный матричный сканирующий узел, инфракрасный излучатель, набор линз и зеркал, объективы, приводы объективов, переключатель объективов и систему наведения. Кроме того, устройство содержит входные регистры, блоки оценки эмпирических коэффициентов, блоки оценки коэффициента пропускания атмосферы, элементы задержки, блоки умножения, элементы ИЛИ, группы блоков умножения, группу блоков возведения в степень, группу регистров, блок оценки энергетической яркости излучения, блок выдачи команд переключения, блок индикации, генератор потоковых импульсов и распределитель импульсов. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения испытаний. 3 ил.
Наверх