Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по методам, способам и устройствам дистанционного определения географических координат объектов 12
1.1 Обзор дистанционных методов определения географических координат объектов 12
1.2 Анализ исходных данных для дистанционного определения ГК
1.3 Обоснование использования комплексированной инерциальной навигационной системы в составе ОЭС дистанционного определения ГК объекта 26
1.4 Структурная схема ОЭС дистанционного определения ГК объ
1.5 Выводы по первой главе 35
Глава 2. Методы дистанционного определения географических координат объекта с подвижных ТС 36
2.1 Газработка метода дистанционного определения географических координат объекта в результате однократного измерения дальности до объекта 36
2.2 Анализ погрешностей определения координат методом однократного измерения расстояния до объекта 39
2.3 Газработка метода дистанционного определения географических координат объекта в результате измерения дальности с нескольких точек 43
2.4 Алгоритм вычисления координат точек пересечения окружно Стр.
2.5 Выводы по второй главе 65
Глава 3. Методика проектирования ОЭС обнаружения и дистанционного определения ГК объекта с подвижных ТС 66
3.1 Методика проектирование измерительной подсистемы ОЭС 67
3.2 Методика проектирования изображающей подсистемы ОЭС 73
3.3 Определение конструктивных параметров малогабаритного лазерного дальномера 80
3.4 Электронная стабилизация изображения в малогабаритных 3.5 Выводы по 3 главе 99
Глава 4. Гезультаты наземных и летных испытаний опытного образца ОЭС дистанционного определения ГК объекта с подвижных ТС 100
4.1 Методика испытаний 100
4.2 Гезультаты дистанционного определения ГК объекта методом однократного измерения дальности до объекта 102
4.3 Гезультаты дистанционного определения ГК объекта в результате измерения дальности с нескольких точек 104
4.4 Выводы по четвертой главе 124
Основные гезультаты диссегтации 126
Список литегатугы
- Анализ исходных данных для дистанционного определения ГК
- Анализ погрешностей определения координат методом однократного измерения расстояния до объекта
- Методика проектирования изображающей подсистемы ОЭС
- Гезультаты дистанционного определения ГК объекта методом однократного измерения дальности до объекта
Введение к работе
Актуальность работы Для документирования фактов несанкционированного пребывания объектов в запрещенных зонах, в том числе, при охране национальных биологических ресурсов, существует задача обнаружения и регистрации изображения удаленных объектов с определением и отображением их географических координат (ГК). Сложность задачи документирования фактов несанкционированного пребывания объектов в запрещенных зонах обусловлена тем, что в большинстве случаев требуется обнаруживать удаленные объекты и определять их географические координаты днем и ночью, в сложных метеорологических условиях и, как правило, с подвижных транспортных средств. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют оптико-электронные приборы, оснащенные малогабаритными комплексированными бесплатформенными инерциальными навигационными системами (КБИНС). Достижения в области техники ночного видения, а также создание высокоточных малогабаритных микромеханических датчиков угловой скорости и ускорения, приемников спутниковых систем навигации, позволяют создать малогабаритные оптико-электронные системы (ОЭС), объединяющие в себе функции обнаружения и наблюдения за удаленным объектом днем и ночью, а также дистанционного определения их географических координат с подвижных транспортных средств (ТС). В то же время методика проектирования таких ОЭС до сих пор не разработана, а также не исследовано влияние погрешностей определения первичных параметров для определения ГК объекта на погрешность определения ГК объекта дистанционными методами с подвижных транспортных средств.
Большой вклад в исследование и разработку измерительных оптико-электронных приборов и систем внесли русские ученные, в том числе: Ю.Г. Якушенков, В.К. Кирилловский, Г.В. Креопалова, Б.Н. Родионов, Л.П. Пеллинен, В.А. Афанасьев, Г.М. Мосягин, В.Я. Колючкин, Ф.Н. Красовский, Ю.Ф. Застрогин. Среди зарубежных учёных можно отметить D. Blake Barber, Joshua D. Redding, Madison R. и др.
В России наиболее интенсивно в области построения оптико-электронных приборов работают ОАО «КМЗ», ОАО «ЛЗОС», ОАО ПО «НПЗ», ОАО «НПО «Альфа», ОАО «ЗОМЗ» и другие, при этом, основное внимание уделяется приборам для визуализации изображения и измерения расстояния до объекта, а задача дистанционного определения ГК объекта остается не решенной.
На основании изложенного выше диссертационная работа представляется весьма актуальной.
Целью диссертации является разработка функциональных схем и методики проектирования малогабаритных оптико-электронных систем, установленных на подвижных транспортных средствах и предназначенных для обнаружения удаленных объектов, а также дистанционного определения их географических координат.
Для достижения названной цели были сформулированы и решены следующие
задачи:
-
Проведен сравнительный анализ известных методов и алгоритмов дистанционного определения географических координат удалённых объектов.
-
Разработаны и исследованы структурная и функциональная схемы оптико-электронных систем, предназначенных для обнаружения и регистрации удаленных объектов с дистанционным определением их географических координат с подвижных транспортных средств.
-
Определены требования к погрешностям определения углов места и азимута, а также дальности до объекта для определения его географических координат с требуемой погрешностью.
-
Разработана методика проектирования ОЭС обнаружения и регистрации с подвижных ТС изображения удаленных объектов с дистанционным определением их географических координат.
-
Разработана методика проведения наземных и летных испытаний разработанной ОЭС, а также проведены испытания образца ОЭС по разработанной методике с целью подтверждения основных теоретических положений диссертационной работы.
Научная новизна работы заключается в следующем
разработаны два метода дистанционного определения географических координат удаленного объекта - при однократном измерении дальности и в результате измерения расстояния до объекта с трёх и более точек, при этом второй метод позволяет исключить необходимость измерения азимута объекта и основан на известном в геодезии способе линейных засечек, реализованном применительно к компактным ОЭС, устанавливаемым на подвижных транспортных средствах, новизна обоих методов подтверждается патентами РФ на изобретения (№2486467, №2381447) и полезную модель (№116224);
разработана методика проектирования ОЭС обнаружения и дистанционного определения географических координат объектов с подвижных транспортных средств.
Практическая ценность работы заключается в разработке инженерной методики проектирования малогабаритных ОЭС обнаружения объектов с одновременным определением их географических координат с подвижных транспортных средств. В ходе выполнения работы также:
с помощью разработанной методики созданы образцы малогабаритных ОЭС, которые отличаются высокими оптическими и точностными характеристиками и могут использоваться в условиях дневной и ночной освещенности для решения задач по охране природных и биологических ресурсов;
разработаны алгоритмы и программное обеспечение для ОЭС обнаружения удаленных объектов, позволяющие существенно упростить процесс вычисления их географических координат по результатам измерений данной ОЭС, установленной на подвижном транспортном средстве;
- разработана методика проведения натурных экспериментальных исследований с подвижных транспортных средств для проверки степени адекватности разработанных в работе алгоритмов и оценки погрешностей определения географических координат объектов с подвижных транспортных средств.
Опытный образец и макет прибора демонстрировались на выставках Комплексная безопасность-2010, Макс-2011, Архимед-2013, 9th Taipei International Invention Show & Technomart, Optix-Expo-2014. На выставке Комплексная безопасность-2010 опытный образец прибора был отмечен дипломом. На выставке Архи-мед-2013 опытный образец прибора отмечен золотой медалью. На выставке 9th Taipei International Invention Show & Technomart были получены дипломы «Excel lent Idea», «Special Award» и «The Best Invention Award».
Основные результаты и положения, выносимые на защиту.
-
Методика дистанционного определения географических координат объектов в дневное время суток и в условиях естественной ночной освещенности с подвижных транспортных средств, основанная на однократном измерении дальности до объекта и на измерении дальности до объекта с трёх и более точек без необходимости определения азимута объекта.
-
Методика определения конструктивных параметров оптико-телевизионных каналов и лазерного дальномера, входящих в состав ОЭС.
-
Методика оценки погрешностей вычисления географических координат объекта с подвижных транспортных средств при однократном и многократном измерении дальности до объекта.
-
Структурная схема ОЭС обнаружения объекта и дистанционного определения его географических координат с подвижного транспортного средства, включающая КБИНС для определения географических координат и угловой ориентации ОЭС, лазерный дальномер, дневной и ночной оптико-телевизионные каналы.
Достоверность результатов работы обеспечивается корректностью постановки задач исследования, использованием методов исследований на основе математического моделирования, применением современных пакетов программ для математических расчётов и современной элементной базы при разработке макета и опытного образца ОЭС, а также согласованностью полученных теоретических результатов с экспериментальными исследованиями.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: на XVII и XVIII международных Санкт-Петербургских конференциях по интегрированным навигационным системам (г. Санкт-Петербург, 2010,2011); на международной молодежной конференции Московского отделения Академии навигации и управления движением ФГУП ЦНИИАГ (г. Москва, 2011); на IV Всероссийской научно-технической конференции «Радиовысотометрия - 2013» (г. Каменск-Уральский, 2013); на III тематической научно-технической конференции «Новые разработки оптико-электронных и лазерно-локационных систем и технологий для летательных аппаратов» (г. Москва, 2014).
Внедрение результатов диссертационной работы.
Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке оптико-электронных приборов для дистанционного определения географических координат объекта на предприятии ОАО «НПО ГЕОФИЗИКА-НВ» и методики испытаний на полигонах Управления авиации ФСБ, что подтверждено соответствующими актами.
Публикации результатов. Результаты, изложенные в диссертации, содержатся в 12 публикациях, в том числе в 3 рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ и 3 патентах Российской Федерации.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 40 наименований. Общий объем работы составляет 132 страниц. Работа содержит 78 рисунков и 10 таблиц.
Анализ исходных данных для дистанционного определения ГК
Другой известный способ определения координат объекта на местности (патент РФ №2274876) включает в себя сканирование местности, измерение угловых координат объектов местности с обработкой данных в устройстве управления и вычислений, в котором после фиксации координат места наблюдения с этого места производят серию снимков панорамы местности и вводят их в память блока поля кадров, затем с помощью коррелятора производят объединение снимков в единую эталонную панораму наблюдаемой местности, причем по заранее известным параметрам оптической системы на полученной панораме фиксируют относительные угловые координаты в виде точек изображения, затем ориентируют панораму с помощью репера, координаты которого известны, находящегося в поле зрения ОЭС, перекрываемого панорамой, репер совмещают с линией визирования, делают снимок этой части панорамы, находят аналогичный снимок на панораме, фиксируют его угловое положение и с помощью устройства управления и вычислений осуществляют соответствующую привязку всех точек панорамы, определяя истинное угловое положение панорамы, после этого наблюдатель совмещает линию визирования с тем или иным наблюдаемым объектом и производит запись соответствующего кадра, кадр поступает в коррелятор, который находит место положения аналогичного снимка на эталонной панораме, а устройство управления и вычислений фиксирует истинные углы на объект наблюдения, в процессе наблюдения осуществляют также стабилизацию оптической оси визирования за счет развязки ее с корпусом оптического прибора. Такое устройство для определения координат объекта на местности, содержит оптическую систему наблюдения для сканирования местности, устройство для определения угловых координат, устройство управления и вычислений, при этом оптическая система наблюдения связана с устройством для фиксации оптического изображения в цифровом виде, в состав устройства для определения координат объекта на местности входит определитель собственных координат оператора, соединенный с входом устройства управления и вычислений, устройство фиксации оптического изображения в цифровом виде соединено с входом блока памяти одного кадра, соединенного соответственно с коррелятором, который связан с блоком памяти поля кадров и с устройством управления и вычислений, блок памяти поля кадров также соединен с входом устройства управления и вычислений, выполняющего функции определения угловых координат, причем устройство для фиксации оптического изображения в цифровом виде размещено на корпусе оптической системы наблюдения. Недостатком данного способа является необходимость больших временных затрат на сканирование местности, а также необходимость наличия репера с заранее известными координатами в поле зрения прибора.
Исследователями из Университета Миссури было разработано приложение для смартфона, которое может определять местоположение, скорость и направление движения удаленных объектов. Достаточно «поймать» интересующий предмет в объектив встроенной камеры и указать тип этого объекта (человек, автомобиль, животное и т. д.) и его координаты вместе с другими параметрами отобразятся на дисплее смартфона. Приложение называется Positionlt [7]. Приложение использует GPS-навигационный модуль и компас, встроенные в большинство современных смартфонов, а также возможности визуализации. Приложение можно использовать как в качестве обычной развлекательной функции, например при игре в гольф, так и в реальных боевых действиях, чтобы дать солдату возможность без применения специального оборудования оценить расстояние до противника. Разработчики Positionlt используя встроенные в смартфон МЭМС датчики угловой скорости и ускорения, магнитометр, а также GPS модуль вычисляют расстояние до объекта, скорость и направление его движения. В начале программа определяет видимые размеры цели и сравнивает их с эталонными, записанными в собственную базу данных, посредством вычисления разницы можно определить расстояние до предмета. Затем программа использует GPS-модуль и вычисляет широту и долготу расположения объекта, то есть его географические координаты. Если видимые размеры предмета не удается сразу вычислить, смартфон захватывает несколько изображений и уже сравнивает их. Скорость и направление движения предмета (объекта) смартфон вычисляет посредством небольшого видеоролика, снятого на собственную камеру. Потенциальные возможности Positionlt в данный момент ограничены вычислительными возможностями современных смартфонов. Однако они быстро улучшаются – повышается точность GPS-модулей, разрешение встроенной камеры и прочие параметры. Кроме этого, принцип измерения расстояния основан на хорошо известной еще из древности идеи внешнебазного дальномера. Погрешность, с которой определяется расстояние и координаты в приложении может оказаться очень большой, поскольку не учитываются искажения геометрической формы объекта при съемке с различных ракурсов, кроме этого оператором должен быть достаточно точно указан тип объекта для сравнения.
Известны также методы параллактического определения координат объекта (см., например, патент РФ № 2027144). Сущность этих методов заключается в том, что получают два пространственно разнесенных изображения объекта с помощью двух видеокамер, разнесенных на расстоянии и имеющих параллельные оси, далее производится оценка параллактического смещения одних и тех же объектов в поле зрения видеокамер и вычисление расстояния до объекта на основе определяемой разности угловых положений объекта, вычисляемой на основе обработки изображений с видеокамер (Рис. 1.2). Географические координаты объекта определяются на основе информации о географических координатах оператора и углов азимута и места оптических осей видеокамер. Недостатком этих способов является необходимость определения с высокой точностью фокусных расстояний объективов и отсутствие дисторсии у них (если необходимо определять координаты произвольного объекта в поле зрения, а не только находящегося по центру поля зрения) если не предусмотрена цифровая коррекция дисторсии. Кроме этого, для реализации алгоритмов автоматического измерения параллактического смещения может потребоваться вычислительный модуль с высоким быстродействием. К достоинствам данных методов можно отнести чисто пассивный режим наблюдения.
Анализ погрешностей определения координат методом однократного измерения расстояния до объекта
Таким образом, при каждом измерении дальности до объекта (или косвенном её определении) становятся известны радиус окружности и координаты её центра. После получения трех и более окружностей находятся координаты точек их пересечения, если они есть. Так, при трёх измерениях получаются шесть точек пересечения окружностей (в случае наличия таковых), которые можно разделить на 2 группы (см. Рис. 2.5 и 1.5). Из двух групп точек выбирается та, в которой расстояние между точками минимально или равно нулю (некоторые точки пересечения могут совпадать). При работе с ОЭС из положения «с рук» оператор не сможет точно удерживать прицельную метку дальномера на одной точке объекта из-за тремора рук и вибрации ТС, а это будет вносить вклад в погрешность определения координат объекта. На Рис. 2.5б показана ситуация, соответствующая неточному «указанию» объекта прицельной меткой дальномера.
При определении ГК объекта с большего числа точек, если оператор точно попадает по объекту прицельной меткой дальномера, погрешность определения координат не изменится, на практике такая ситуация трудно реализуема, поскольку обычно прицельная метка дальномера «набрасывается» на объект с некоторой погрешностью по указанным выше причинам. В этом случае измерение расстояния до объекта с более чем трех точек позволяет уменьшить влияние измерений, в которых объект был «указан» прицельной меткой с наибольшей погрешностью.
Погрешность определения координат объекта и корректность определения группы, к которой принадлежит объект, зависит от расстояний между точками съёмки и расположения точек съёмки относительно друг друга. Дальнейший анализ влияния расположения точек приводит к выводу, что точки съемки не должны лежать на одной прямой.
Определим как должно передвигаться ТС относительно объекта, чтобы было возможным точно определить координаты объекта. Сначала рассмотрим ситуацию, когда ТС движется к объекту по прямой, проходящей через центры объекта и ОЭС (см. Рис. 2.6). При этом, если прицельная метка дальномера неточно указывает объект наблюдения, некоторые из окружностей могут не пересекаться (см. Рис. 2.6). В этом случае за координаты объекта может быть принято среднее значение координат точек пересечения окружностей, при этом, координаты будут определены точно в случае наличия хотя бы двух точек пересечения окружностей. Таким образом, движение навстречу объекту позволяет точно определить его координаты, при этом все точки пересечения окружностей принадлежат к одной группе.
Рассмотрим теперь случай, когда ТС движется прямолинейно, согласно Рис. 2.7. В этом случае определить группу точек, к которой принадлежит объект, невозможно, так как точки располагаются на одинаковом расстоянии от прямой, по которой движется ТС (см. Рис. 2.7). Таким образом, при движении ТС по прямой линии, невозможно определить группу, к которой принадлежит объект, без априорной информации о расположении объекта относительно борта ТС, следовательно, невозможно точно определить координаты объекта.
На Рис. 2.8а показана ситуация при которой точки съёмки объекта располагаются на окружности радиусом 300 м, что соответствует реальному Рис. 2.7. Определение координат объекта при движении ТС по прямолинейной траектории полёту вертолёта типа МИ8 при дистанции до объекта 400 м и расстоянию между точками съёмки 60 метров, при этом, погрешность указания прицельной меткой дальномера объекта составляла 20 м. Как видно из рисунка 2.8а, группа точек по критерию минимального расстояния между точками пересечения окружностей определяется неверно.
На Рис. 2.8б расстояние между точками съемки составляет 200 м при прежних остальных параметрах. Как видно из рисунка, группа точек определяется однозначно. Анализ рисунков 2.8а и 2.8б показывает, что возможность определения координат объекта зависит от расстояния между точками съемки j. На Рис. 2.8а показана ситуация, когда j = 80, а на Рис. 2.8 j = 200 Из вышесказанного можно сделать вывод, что для определения координат объекта необходимо, чтобы расстояние между точками съёмки было больше определенного порога опт при перемещении ТС по криволинейной траектории. При этом погрешность определения координат объекта зависит и от кривизны траектории, по которой движется ТС. В рассмотренном на Рис. 2.8 случае кривизна траектории составляет а) б)
Как было отмечено выше, при расположении точек на одной прямой становится невозможным определить группу точек, к которой принадлежит объект, поэтому точки, в которых измеряется расстояния до объекта, не должны лежать на одной прямой. Меру отклонения точек от прямой можно охарактеризовать углом между прямыми, проведенными между точками. Угол между прямыми на плоскости, проходящими через три точки с декартовыми координатами (i, \\ (2, 2), (з, з), может быть найден по формуле
При работе ОЭС необходимо вычислять текущее приращение А, поскольку если оно меньше установленного порога пор, значение координат объекта будет вычислено с большой погрешностью. Пороговое значение угла пор зависит от дальности и от расстояния между точками измерения дальности до объекта Д . При этом можно выводить в видоискатель ОЭС
Методика проектирования изображающей подсистемы ОЭС
К особенностям малогабаритных лазерных дальномеров следует отнести использование в излучателе полупроводниковых лазеров, из-за малой импульсной мощности которых (не более 200 Вт при длительности импульса 200 нс) для измерения дальности необходимо использовать режим многократного измерения и статистическую обработку полученных результатов [19], [20], при этом длительность зондирующих импульсов составляет от 50 до 150 нс. При небольшой метеорологической дальности видимости (МДВ) мощность отраженного от аэрозольной дымки излучения может достигать больших значений, поэтому её необходимо учитывать при расчете.
В лазерных дальномерах можно выделить следующие шумовые составляющие: шум усилителя приемного тракта, темновой ток фотодиода при отсутствии засветки, дробовый шум, возникающий от засветки фотодиода и шум, возникающий вследствие нестабильности процессов в лавинном фотодиоде. Также влияют помехи от электронных компонентов и преобразователей питания.
Изменения в уровне отражённого сигнала в основном зависят от коэффициента отражения объекта, измеряемого расстояния и параметров рассеяния и поглощения атмосферы. Мощность сигнала, отражённого от различных объектов, может различаться на порядки. Изменение температуры влияет на выходную мощность лазерного излучателя, его длину волны излучения, а также на коэффициент усиления лавинного фотодиода. Изменение длины волны излучения также влияет на уровень принятого отражённого от объекта сигнала, поскольку оптический фильтр в приёмном канале имеет узкую полосу пропускания. Форма зондирующего импульса также зависит от температуры. Помимо этого, усилители тока при больших уровнях сигнала нелинейны, и это также приводит к искажению формы импульса. Близкое расположение дорожек на печатной плате, по которым течёт большой ток может приводить к взаимному влиянию сигналов друг на друга и искажению формы импульсов. Если зондирующий импульс задевает сразу два объекта, то на фотоприёмник приходят два отдельных импульса. Даже если задержка между излучённым и принятым импульсом точно соответствует измеряемому расстоянию, устройство измерения временных интервалов также может внести погрешность, это связано со смещением уровня напряжения, по которому срабатывает временной дискриминатор в измерителе времени. Кроме того, опорная частота, по которой работает счётчик импульсов, может изменяться в зависимости от температуры. Требуемая импульсная мощность лазера определяется максимальной дистанцией, оптическими потерями и коэффициентом отражения объекта. Мощные лазерные диоды обычно состоят из нескольких двойных гетеро-структур, обычно используются структуры на базе GaAs, GaAlAs, InGaAs, излучающие в диапазоне длин волн от 850 до 910 нм. Безопасность для глаз достигается использованием коротких импульсов малой мощности. Работа лазерного диода в импульсном режиме достигается модуляцией тока, что приводит к изменению выходной мощности. При токах выше порогового уровня, выходная мощность линейно зависит от величины тока. В случае коротких импульсов выходная мощность нелинейно зависит от длительности импульса.
Схема простейшего импульсного драйвера лазерного диода содержит конденсатор, который разряжается через ключ в момент замыкания, в качестве ключа часто используется лавинный транзистор. Оптимальная длительность лазерного импульса определяется полосой пропускания приемного тракта. Если длительность оптического импульса меньше чем полуширина полосы пропускания приёмного тракта (величина, равная разности между двумя крайними значениями аргумента, в которых её значение равно половине её максимального значения), то максимальное усиление не может быть достигнуто. Погрешность определения расстояния зависит от крутизны фронтов импульса, а минимальная длина токового импульса ограничена скоростью переключения ключа и индуктивностью.
Полупроводниковый лазер может работать в режиме модуляции усиления за счёт высокой скорости нарастания токового импульса. Оптический импульс при этом обычно представляет собой последовательность импульсов с уменьшающейся амплитудой. Полуширина импульсов может достигать десятков пикосекунд, а мощность первого импульса может быть несколько десятков ватт. Если лазер работает в режиме модуляции усиления, то по 83 луширина оптического импульса определяется физическими параметрами лазера, амплитудой и скоростью нарастания токового импульса.
Таким образом, основными источниками погрешностей лазерного дальномера являются наличие шума, изменения формы импульса, его амплитуды, изменениями в задержке электрических и оптических сигналов. Поскольку источники погрешности независимы, суммарное среднее квадратичное отклонение (СКО) равно сумме СКО отдельных составляющих.
Анализ влияния условий наблюдения на дальность действия лазерного дальномера Рассмотрим случай, когда лазерный дальномер работает в приземном слое атмосферы. В общем случае, согласно [1] мощность излучения состоит из следующих компонент: Роб и Рф – мощность лазерного излучения, отраженного от объекта и фона (объект считается плоским, диффузно отражающим), Рпор – мощность помехи обратного рассеяния (ПОР), вызванная обратным отражением зондирующего импульса от толщи среды и = об + по р – мощность солнечной засветки, состоящая из мощности солнечного излучения, отраженного от объекта или фона об и мощность ПОР по р, возникающая из-за рассеяния солнечного излучения в атмосфере. Приводимые ниже рассуждения справедливы для следующих допущений: объект – ограниченный, плоский, диффузно отражающий; турбулентность слоя атмосферы отсутствует; фон – плоская, диффузно отражающая бесконечно протяженная поверхность; наблюдение ведется в приземном слое атмосферы. Алгоритм определения дальности до объекта методом накопления и статистической проверки гипотез, позволяющий определять дальность до объекта при отношении сигнал/шум сравнимым с 1, разработан и исследован в работе [20] и в настоящей главе не рассматривается.
Гезультаты дистанционного определения ГК объекта методом однократного измерения дальности до объекта
Анализ Рис. 4.11 показывает, что первая и вторая точки измерения дальности расположены близко к друг другу, поэтому незначительное смещение прицельной метки дальномера (из-за вибраций, действующей на борту вертолета, тремора рук оператора и других причин) приводит к тому, что точки пересечения первой и второй окружностей значительно смещаются относительно реального положения объекта. При третьем измерении дальности прицельная метка дальномера не «попадала» по объекту, в результате, погрешность определения координат объекта возрастает. При измерении дальности до объекта из четвертой точки, оператор достаточно точно попадает по объекту прицельной меткой дальномера, тем не менее, определение координат оказалось не точным, поскольку в результате усреднения координаты были вычислены не верно. В то же время, если бы оператору удалось
Схема определения координат объекта при первой серии измерений точно попадать по объекту прицельной меткой дальномера хотя бы три раза, то было бы возможно, сравнив расстояния между точками в выбранной группе, отфильтровать те измерения, для которых расстояние между точками пересечения окружностей превосходило бы остальные расстояния между точками, что позволяет исключать из расчетов явные ошибки оператора при определении координат.
Результаты определения координат объекта при второй серии летных испытаний представлены в Таблице 6. На Рис. 4.12 приведена схема определения координат объекта во время второго измерения, а на Рис. 4.13 показана схема вычисления координат объекта. Результаты определения координат объекта при второй серии испытаний представлены в Таблице 6.
Как видно из Рис. 4.12 и 4.13 координаты объекта определены ОЭС не верно, причиной этого является то, что точки, в которых измеряются расстояния, лежат практически на одной прямой, поэтому группа точек пересечения окружностей, к которой принадлежит объект, определена не
На Рис. 4.14 приведена схема определения координат объекта при третьей серии измерений, а на Рис. 4.15 показана схема вычисления координат объекта. Результаты определения координат объекта при третьей серии измерений представлены в Таблице 7.
На Рис. 4.16–4.18 представлены изображения объекта вместе с спроецированными во время съемки объекта координатами ОЭС и объекта, вычисленными после измерения дальности до объекта. Как следует из Таблицы 5, для первой серии измерений погрешность определения долготы 1 составила 0,0003, а погрешность определения широты 1 со 113 ставила 0,0008. Этим погрешностям соответствуют линейные погрешности 5Xi =18,8 м и бері =88,8 м соответственно. Полная погрешность определения координат равна А = у 8Х\ + Sipi = у 18,82 + 88,82 = 90,8 м. Как следует из Таблицы 6, для второй серии измерений погрешность определения долготы АЛ2 составила 0,0186, а погрешность определения широты Аср2 составила 0,0074. Этим погрешностям соответствуют линейные погрешности 5X2 =1162,5 м и S(f2 =821,4 м соответственно. Полная погрешность определения координат составила А = у5X2 + 5ip2 = у П62, 52 + 821,42 = 1423,4 м.
Схема определения координат объекта при третьей серии измерений приведена на Рис. 4.14. Первые три точки измерения дальности расположены на расстоянии менее 100 м друг от друга и лежат практически на одной прямой, при этом оператор достаточно точно попадает по объекту прицельной меткой дальномера, но, как видно из Таблицы 7, координаты объекта определяются с большой погрешностью, так как при расположении центров окружностей на одной прямой величина среднего значения координат точек пересечения становится слишком чувствитель 115
Схема определения координат объекта при третьем измерении ной к незначительным изменениям радиусов окружностей. При третьем и четвертом измерениях дальности оператор «промахивается» мимо объекта прицельной меткой дальномера, в результате погрешность определения координат возрастает еще больше. Как видно из Таблицы 7, для третьего измерения погрешность определения долготы АЛз составила 0,0017, а погрешность определения широты Д(/?з составила 0,0006. Этим погрешностям соответствуют линейные погрешности SXs =106,3 и Scps =66,6 м соответственно. Полная погрешность определения координат при этом равна А = у 5\з + бірз = у 106,32 + 66, б2 = 125,4 м. При проведении второй серии испытаний объектом съемки было выбрано то же здание, расположенное рядом с трибунами на полигоне. Координаты здания - широта 56,1192 с.ш., долгота 38,1732 в.д. Координаты объекта определяются ОЭС автоматически при измерении дальности до объекта с трех и более последовательно расположенных точек и отображаются слева от прицельной метки дальномера.