Устройство формирования размера следящего строба для оптических следящих систем

Устройство формирования размера следящего строба, включающее блок определения параметра размера, входом соединенного со входом устройства, а выходом - со входом сглаживающего фильтра, и первый умножитель, выходом соединенный с выходом устройства, а первым входом - со входом масштабного коэффициента, с целью уменьшения вероятности нарушения процесса обнаружения отметки от объекта содержит вычислитель скорости изменения параметра размера, блок формирования коэффициента скорости, второй умножитель и интегратор, причем вход вычислителя скорости изменения параметра размера связан с выходом сглаживающего фильтра и первым входом блока формирования коэффициента скорости, а выход - с первым входом второго умножителя и вторым входом блока формирования коэффициента скорости, выходом соединенного со вторым входом второго умножителя, выходом подключенного ко входу интегратора, выход которого связан со вторым входом первого умножителя и через элемент задержки с третьим входом блока формирования коэффициента скорости.

3 ил.

Предлагаемое устройство формирования размера следящего строба для оптических следящих систем относятся к области разработки цифровых оптических следящих систем управления и наведения.

Для повышения помехоустойчивости следящих систем в условиях ограниченной производительности применяемых в них вычислительных средств используется пространственное стробирование сигнала, т.е. выделение области изображения, где предполагается нахождение полезного сигнала. В разных источниках выделенные области имеют различные наименования - следящее окно, следящий строб, рамка с окном анализа, область поиска изображения и т.д. Размер следящего строба определяется как вручную оператором (в зависимости от наблюдаемой обстановки), так и автоматически (пропорционально размеру отметки от объекта сопровождения).

Известен ряд оптических систем обработки изображений, где автоматически формируется следящее окно, следящий строб, рамка с окном анализа, область поиска изображения [1, 2, 3, 4].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является цифровое устройство определения координат объекта [5], содержащее умножитель (в составе схемы выборки строба), блок формирования параметра размера отметки (включающий схемы ввода сигнала ошибки, фазируемого счетчика, схемы фиксации координаты и схемы определения и хранения сигнала ошибки) и цифровые фильтры.

Недостатком известных устройств является прямо пропорциональная зависимость размера следящего строба от параметра размера отметки сопровождаемого объекта.

В процессе проведения натурных испытаний было выявлено, что параметр размера отметки от объекта сопровождения, в качестве которого могут быть приняты ее геометрические размеры (длина, ширина, площадь, радиус описанной окружности и другие) или их комбинации, из-за атмосферных флуктуации и изменения фона (наличие облаков различной плотности, местных предметов) изменяются с достаточно большой скоростью в широких пределах (до 10-15 раз за 1 секунду). Соответственно, с такой же скоростью должен меняться и размер строба. Но в процессе испытаний установлено, что при высоких скоростях уменьшения и последующего увеличения размера отметки от объекта велика вероятность того, что после быстрого уменьшения размера строба система регулировки его размера не успевает отрабатывать его быстрое увеличение. В результате отметка от объекта становится больше строба, перестает селектироваться и процесс обнаружения отметки нарушается.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства формирования размера следящего строба, которое позволило бы уменьшить вероятность нарушения процесса обнаружения отметки от объекта.

Решение поставленной задачи достигается тем, что при формировании размера строба предлагается ввести ограничение на скорость убывания размера строба путем вычисления значения скорости изменения параметра размера отметки, определения ее знака и ограничения ее отрицательных значений, используемых при формировании значений размера строба.

Структурная схема предлагаемого устройства формирования размера следящего строба приведена на фиг.1.

Устройство формирования размера следящего строба работает следующим образом. Изображение объекта поступает на вход блока 1 определения параметра размера, на выходе которого формируется параметр размера A, характеризующий его геометрические размеры. В сглаживающем фильтре 2 формируются сглаженные значения параметра размера , по которым в вычислителе 3 скорости изменения параметра размера вырабатываются значения скорости изменения параметра размера . Значения скорости изменения параметра через второй умножитель 5 с коэффициентом скорости K подаются на вход интегратора 6, на выходе которого формируется скорректированный параметр размера b_i поступающий на входы элемента 7 задержки и первого умножителя 8. Время задержки т элемента 7 задержки определяется исходя из того, чтобы оно было больше времени завершения переходных процессов во втором умножителе 5, интеграторе 6 и блоке 4 формирования коэффициента скорости. Значения b_i, вычисляются по формуле b_i=b_i-1+×K

Значения сглаженного параметра размера , скорости изменения параметра размера и задержанного в элементе задержки 7 скорректированного параметра размера b_i-1 подаются на соответствующие входы блока 4 формирования коэффициента скорости, на выходе которого (фиг.2) определяется коэффициент скорости K в соответствии с выражением

где 0<d-1.

Условие K=0 при sign()×sign(b_i-1-а)=1 вводится с целью исключения накопления смещения в интеграторе 6 при определении скорректированного значения параметра размера, возникающего из-за неодинаковых значений K при интегрировании скоростей изменения параметра с различными знаками. На рисунке фиг.3 показан график значения параметра размера b_i когда условие K=0 при sign()×sign(b_i-1-а)=1 не работает.

На выходе первого умножителя 8 вычисляется окончательный размер следящего строба В по выражению

В=b_i ×K_b,

где К_b - масштабный коэффициент.

Таким образом, путем управления весовым коэффициентом скорости К при вычислении скорректированного значения параметра размера (при значении скорости <0 весовой коэффициент K=d<1 и K=0 при sign()×sign(b_i-1-а)=1 достигается эффект ограничения скорости убывания размера следящего строба.

Предложенное техническое решение проверено на математической модели, реализовано в составе действующей аппаратуры.

Эффективность предложенного решения подтверждена натурными испытаниями.

Источники информации.

1. Патент РФ 2173881 С2 от 25.06.1999 г. G01S 13/56, G06K 9/62, F41G 7/00.

2. Патент РФ 2388010 С1 от 28.08.2008 г. G01S 13/66.

3. Волкова Г.А. Исследование алгоритмов вторичной обработки радиолокационной информации. Учебное пособие к лабораторной работе МАИ (ТУ). kaf401.rlok.ru/DSP/Lab2_3. doc.

4. Патент РФ 2406055 С2 от 17.12.2008 г.

5. Коротаев В.В., Краснящих А.В. Телевизионные следящие системы / Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008, стр.88, рис.2.17.

Устройство формирования размера следящего строба, включающее блок определения параметра, характеризующего геометрические размеры следящего строба, входом соединенного со входом устройства, а выходом - со входом сглаживающего фильтра, и первый умножитель, выходом соединенный с выходом устройства, а первым входом - со входом масштабного коэффициента, отличающееся тем, что оно содержит вычислитель скорости изменения геометрических размеров следящего строба, блок формирования коэффициента скорости изменения геометрических размеров следящего строба, второй умножитель и интегратор, причем вход вычислителя скорости изменения геометрических размеров следящего строба связан с выходом сглаживающего фильтра и первым входом блока формирования коэффициента скорости изменения геометрических размеров следящего строба, а выход - с первым входом второго умножителя и вторым входом блока формирования коэффициента скорости изменения геометрических размеров следящего строба, выходом соединенного со вторым входом второго умножителя, выходом подключенного ко входу интегратора, выход которого связан со вторым входом первого умножителя и через элемент задержки с третьим входом блока формирования коэффициента скорости изменения геометрических размеров следящего строба.