Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор современных устройств регистрации параметров объектов 12
1.1 Регистрация пылевых частиц 12
1.1.1 Приборы, основанные на предварительном осаждении пыли 12
1.1.2 Приборы без предварительного осаждения пыли 15
1.2 Методы контроля космического мусора 20
1.3 Бортовые методы регистрации космического мусора 34
1.4 Методы контроля быстропротекающих процессов 38
1.5 Анализ существующих методов регистрации, используемых в космических экспериментах 41
1.6 Возможные экспериментальные способы изучения параметров КП 43
1.6.1 Требования, предъявляемые к бортовой аппаратуре по изучению параметров КП 43
1.6.2 Возможные варианты реализации БА для изучения характеристик КП 44
1.7 Выводы 47
2 Моделирование процессов регистрации космических объектов 48
2.1 Моделирование движения пылевых частиц в окрестности КА 48
2.1.1 Случай космического мусора и космических объектов 58
2.1.2 Наблюдение звёзд 59
2.2 Модель приёмника прибора регистрации объектов космического мусора 59
2.2.1 Регистрация потока низкоскоростных частиц 59
2.2.2 Регистрация больших быстролетящих объектов 63
2.2.3 Взаимодействие преобразователя с фоном 64
2.2.4 Расчёт координат объекта на плоскости приёмника 66
2.3 Методика обработки информации в приборе регистрации объектов космического мусора 67
2.3.1 Расчет трехмерных координат объектов 67
2.3.2 Определение скорости частиц 70
2.4 Расчёт параметров прибора на основе использования трёх ПЗС-камер 73
2.5 Устройство регистрации больших объектов 76
2.6 Моделирование процесса регистрации микрометеоритов и частиц космического мусора 82
2.7 Передаточные функции прибора 87
2.8 Выводы 89
3 Экспериментальное моделирование прибора регистрации объектов космического мусора 91
3.1 Эксперимент по определению чувствительности прибора 91
3.1.1 Методика проведения эксперимента 92
3.1.2 Обработка результатов эксперимента 93
3.2 Натурный эксперимент по определению наличия частиц в окрестности КА 93
3.2.1 Методика проведения эксперимента 95
3.2.2 Обработка результатов эксперимента 97
3.3 Ввод и обработка данных в экспериментальном стенде на основе преобразователя из трёх матриц 100
3.3.1 Методика проведения экспериментов 102
3.3.2 Обработка результатов экспериментов 104
3.4 Анализ погрешностей прибора регистрации объектов космического мусора 111
3.4.1 Анализ погрешностей прибора 111
3.4.2 Основные погрешности 113
3.4.3 Дополнительные погрешности 115
3.4.4 Методы повышения точности 115
3.5 Выводы 123
4 Конструктивные особенности построения прибора 125
4.1 Характеристики носителя прибора 125
4.2 Конструкция прибора, устанавливаемого на микроспутник 136
4.3 Предложения по схемной реализации прибора 137
4.4 Построение вычислительной системы устройства 145
4.5 Описание прибора регистрации объектов космического мусора. 146
4.6 Технические средства и методики настройки прибора 149
4.7 Выводы 151
Заключение 152
Список литературы
- Методы контроля космического мусора
- Регистрация больших быстролетящих объектов
- Натурный эксперимент по определению наличия частиц в окрестности КА
- Построение вычислительной системы устройства
Методы контроля космического мусора
Измерение концентрации пыли данными методами включает в себя следующие операции: отбор проб запыленного воздуха и измерение ее объема, полное улавливание содержащейся в пробе пыли и обработки пробы. На предварительном осаждении пыли основаны следующие методы: - Весовой - Радиоизотопный - Фотометрический - Люминесцентный - Пьезоэлектрический Весовой метод измерения концентрации пыли заключается в выделении из пылегазового потока частиц пыли и определения их массы путем взвешивания. Концентрацию пыли рассчитывают по формуле: С = т/(ув ) (1.1) где m - масса пыли в аспирационном устройстве (устройстве отбора); Vв - объемная скорость просасывания через устройство отбора; t - время отбора пробы. Метод инерционного осаждения частиц пыли используется в счетчиках ударного действия - кониметрах. Пылегазовый поток подают с большой скоростью через сопло, выходное отверстие которого имеет форму круга или плоской щели. Для фиксации частиц его смазывают липкой жидкостью (глицерином, раствором пихтового бальзама и т.п.). Разработаны также приборы с электростатическим осаждением пыли.
Радиоизотопный метод основан на использовании свойства радиоактивного излучения поглощения частицами пыли. Непосредственно измерить поглощение радиоактивного излучения пылью, взвешенной в воздухе или движущейся в пылегазовом потоке, практически невозможно из-за малой концентрации пыли. Поэтому запыленный воздух предварительно фильтруют и затем определяют массу осевшей пыли по ослаблению радиоактивного излучения при прохождении его через пылевой осадок.
Фотометрический метод измерения основан на предварительном осаждении частиц пыли на фильтре и определении оптической плотности. Метод включает операции, аналогичные весовому методу, но вместо взвешивания проводит его фотометрирование. Оптическую плотность пылевого осадка можно определять путем измерения поглощения или рассеяния им света.
Основной недостаток фотометрического метода связан с тем, что прозрачность пылевого осадка существенно зависит от цвета частиц и их оптической плотности. Люминесцентный метод. Для определения концентрации пыли в атмосфере воздуха используют осаждение ее на фильтр, обработанный определенными флуоресцирующими растворами, и последующее измерение интенсивности флуоресценции. Получена линейная зависимость между поверхностной концентрацией пыли Спов и отношением интенсивностей концентрации чистого фильтра и фильтра с пылевым осадком.
Одним из перспективных методов измерения концентрации пыли является пьезоэлектрический метод: измерение изменений частоты колебаний кристалла при осаждении на его поверхности пыли и счет электрических импульсов, возникающих при соударении частиц пыли с пьезокристаллами.
Пьезокристалл включен в контур резонатора, настроенного на определенную частоту f. За измерительным кристаллом устанавливают компенсационный кристалл, изолированный от пылегазового потока. Этот кристалл также включен в контур резонатора, частота которого fк отлична от f. Выходные колебания обоих резонаторов подаются на блок сравнения, который выделяет разностную частоту Af=f-fк. При осаждении частиц пыли на измерительный кристалл частота колебаний последнего уменьшается на величину Af1, при этом изменяется разность: Af2=f-fk- Af1=Af-Af1 (1.2) Установлено, что при малых амплитудах колебаний. Af1=А-m (1.3) где А - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, изменение частоты измерительного кристалла прямо пропорционально массе m, осевшей на нем пыли. Существенным преимуществом пьезоэлектрического метода является то, что он позволяет измерять массовую концентрацию пыли. 1.1.2 Приборы без предварительного осаждения пыли Данные методы не требуют отбора проб, а измеряют пылевые частицы в потоке проходящего воздуха в реальном времени. Подразделяются: - Оптические - Абсорбционный - Интегрального светорассеяния - Счета частиц по интенсивности рассеянного света - Голографический - Индукционный - Контактно-электрический - Емкостный Оптические методы.
Прежде чем рассматривать оптические методы, остановимся на некоторых основных характеристиках взаимодействия частиц с электромагнитными излучениями.
Связь характеристик излучения, изменившихся в результате взаимодействия со сферической частицей, с параметрами этой частицы устанавливаются теорией Ми в качестве безразмерных параметров частицы в теории Ми используется комплексный коэффициент преломления материала частицы m, а так же параметр дифракции: р = 2тгr/Х (1.4) где r - радиус частицы; X - длина волны, используемого электромагнитного излучения. Общее ослабление излучения частицей складывается из рассеяния и поглощения. Ниже представлены основные характеристики взаимодействия излучения с частицами: 1. Коэффициент или сечение ослабления - отношение количества энергии, рассеянной и поглощенной частицей, к количеству энергии, падающей на ее по перечное сечение. Коэффициент имеет размерность площади. Аналогично определяется коэффициент (сечение) рассеяния К(р,m).
Регистрация больших быстролетящих объектов
В обеих СККП (российской и американской) РЛС используются для наблюдения за КО, расположенными преимущественно на низких высотах, а оптические и электронно-оптические — на высоких. Хотя СККП США располагает и радарами глубокого зондирования космоса для контроля ГСО. С помощью радиотехнических средств получают в основном некоординатную информацию только по действующим, более того, излучающим ИСЗ и преимущественно по целеуказаниям. Режим контроля космоса можно назвать режимом «по заявкам в допустимые интервалы времени» Иными словами, ОКП не наблюдается непрерывно и не во всех своих областях. КО могут обнаруживаться, теряться и находиться снова. Каталоги КО обеих СККП содержат информацию об объектах размером более 10…20 см, хотя в последние годы они заметно расширяются в сторону меньших размеров.
Проводятся исследования с целью снижения этого порога. Как выяснилось, это возможно при использовании средств контроля в нештатных (экспери ментальных) режимах. Например, при проведении космического эксперимента ODERACS-1 в 1994 г. РЛС «Дон-2Н», работая в нештатном режиме, раньше американских средств контроля обнаружила сферу с наименьшим диаметром 5 см на высоте 352 км (при наклонной дальности до цели 500… 800 км).
«Голдстоун» (Goldstone) — бистатический радиолокационный комплекс дальней космической связи НАС А в Южной Калифорнии (32,24 с. ш.) — уникальная комплементарная составляющая в системе радаров «Хэйстэк» и ХЭКС, расположенная в Массачусетсе.
Комплекс оснащен одним из крупнейших в мире радиотелескопов биста-тического режима работы с 35-метровой передающей и 70-метровой принимающей антеннами, разнесенными на 497 м (рисунок 1.10). Передающая антенна ориентирована в направлении 1,5 от зенита, приемная — 1,441 от зенита. Для наблюдения КМ используется радиочастотный диапазон с рабочей длиной волны 3,5 см (частота 10 ГГц). Средняя излучаемая мощность 460 кВ. Ши-Рисунок 1.10 - Радиотелескоп обсерватории
«Аресибо». рина луча по уровню 3 дБ со ставляет 0,021. К сожалению, система не может работать в моноимпульсном режиме, что позволило бы определять, как обнаруженная частица КМ проходит относительно биссектрисы луча. Это приводит к неопределенности в измерении ЭПР КО (измеренная ЭПР оказывается меньше истинной) и неточности определения таких орбитальных элементов, как наклонение и эксцентриситет. Тем не менее, система позволяет получать ценную информацию о размере, радиальной скорости и высоте КО. При обработке от 1 до 5 % измерений бракуются как полученные с помощью боковых лепестков. В измерительной кампании 1998 г. за 146 ч работы система обнаружила 3070 КО, то есть новый объект выявлялся в сред нем каждые 3 мин. Предельный размер наблюдаемых КО — 2 мм на дальности 1000 км. Измерения радара используются также для калибровки моделей засоренности, в частности, модели ORDEM. «Хэйстэк» (Haystack) — пожалуй, самая именитая РЛС в части мониторинга мелкого и среднеразмерного КМ (рисунок 1.11). Точное название — радиолокатор построения изображений дальнего действия (Long Range Imaging Radar (LRIR)). Дислоцирован в Тингсборо, штат Массачусетс. Его оператор — Лин-кольновская лаборатория Массачусетсского технологического института, которая выполняет работы в интересах Минобороны США.
Радар «Хэйстэк» [14] большой мощности, диаметр тарелочной антенны 36 м, рабочая частота в Х-диапазоне — несущая 10 ГГц (длина волны 3 см), моноимпульсный режим, ширина импульса 1,023 мс, пиковая мощность 400 кВт, частота повторения импульсов 40 Гц, при частоте Рисунок 1.11 - Радары «Хэйстэк» и Хэкс. зондирования 1 МГц, при определении радиальной скорости по Доплеру разрешающая способность — 7,5 км/с, при передаче — правая круговая поляризация, при приеме — правая и левая круговая. Ширина луча 0,05. Может обнаруживать КО диаметром 1 см на расстоянии 1000 км. Более поздними исследованиями и экспериментами Линколь-новской лаборатории была показана возможность повышения чувствительности радара с целью обнаружения частиц размером 0,5 см на расстоянии 1000 км и 0,25 см на высоте полета шаттла.. Из-за очень малого объема зондируемого пространства для получения сколько-нибудь представительного распределения КМ, даже в ограниченной области орбит, приходится собирать данные измерений в течение многих часов наблюдения. «Хэйстэк» работает в «парковом» режиме, т. е. луч фиксируется в определенном направлении. Чаще всего вертикально (угол места 90), но используются и другие углы — 75, 20, 10.
ХЭКС (НАХ). Ввиду того, что радар «Хэйстэк» предназначен для работы в интересах Министерства обороны, а его отвлечение на мониторинг засоренности ОКП расходует ресурс не по профилю и требует больших средств, в начале 1990-х гг. был построен радиолокатор ХЭКС (Haystack Auxiliary Radar), специально для наблюдения КМ . Территориально он расположен рядом с «Хэйстэ-ком». Его эксплуатация началась в 1994 г., хотя он был вполне работоспособен уже в 1993 г. В 1994 г. он отработал 371 ч с антенной, направленной в зенит.
Система TIRA/ Effelsberg (Германия) [16]. Бистатический режим работы 34-метровая передающая антенна (TIRA, Вачтберг, рисунок 1.12) и 100-метровая принимающая антенна, работающая в парковом режиме (радиоастрономическая обсерватория в Эффельсберге). Антенны расположены на расстоянии 21 км одна от другой. Частотный диапазон — L. Минимальный размер наблюдаемого КО 9 мм (для сравнения в моностатическом — 2 см). Начиная с 1993 г. радио локатор уже провел для ЕКА 14 кампа-Рисунок 1.12 - РЛС TIRA ний по наблюдению КМ в парковом режиме. В них изучались КО размером 1…10 см в диапазоне высот от 250 до 2000 км. Кампания 2006- 2008 гг. была посвящена бистатической конфигурации совместно с радиотелескопом Effelsberg, который после модернизации был оборудован семилучевым приемником L-диапазона. Кроме улучшенной чувствительности, позволяющей теперь обнаруживать КО размером менее 1 см, новый многолучевой приемник существенно повысил точность измерения ЭПР цели и параметров ее траектории. В Винчестере работает РЛС CHILBOLTON с 25-метровой антенной, рабочей частотой в S-диапазоне (3 ГГц), шириной луча 0,28. Пороговый размер обнаруживаемого КО 10 см на высоте 600 км.
Наконец, последнее детище Минобороны Франции (оператор — ВВС Франции), позиционируемое как основа создаваемой европейской СККП, — бис-татический радар GRAVES. Его задача — контроль космического пространства нижних высот, обнаружение КО размером не менее 1 м, автономное ведение их каталога. Две передающие фазированные решетки размером 15,6 м, работающие в частотном диапазоне VHF, дислоцированы на базе ВВС в Дижоне (обращены на юго-запад и юго-восток, соответственно). Приемная решетка радара (горизонтальная) размером 60х60 м находится в 380 км к югу от передатчика в Апте, провинция Прованс. Радар контролирует над Францией высоты от 400 до 1000 км РЛС может одновременно наблюдать большое число целей. Измеряет азимут, угол места, дальность, радиальную скорость (по Доплеру). По сути, определяет полный набор параметров орбиты. Чувствительность станции — КО размером 1 м на высоте до 1000 км. Более 80% каталогизированных КО проходят через зону действия РЛС . В ее каталоге около 3000 объектов. К 2008 г. GRAVES обнаружила около 30 КО , отсутствующих в каталоге СККП США. Но это вовсе не говорит о ее превосходстве над чувствительностью радаров США: просто это могут быть военные аппараты США, информация о которых не публикуется, в том числе и в каталогах КО , открываемых НАС А своим союзникам. Руководство Франции заявляет, что РЛС собирает достаточно информации для определения параметров орбит, размеров и частоты излучения не каталогизированных КА. РЛС GRAVES совместно с аналогичными системами Германии и Великобритании может внести значительный вклад в информационный поток Европейской СККП.
Натурный эксперимент по определению наличия частиц в окрестности КА
В настоящее время практически единственным методом сканирования луча является механический с применением системы зеркал. Имеются патенты [22] по широкоформатной высокоскоростной развёртке лазерного луча за счёт гиперзвуковых колебаний прозрачной среды.
В нашей стране ведутся работы по техническому зрению роботов, в том числе для применения на борту космических аппаратов. Проводятся научные конференции под эгидой ИКИ РАН. В частности имеются работы Белгородского государственного университета и Белгородского университета потребительской кооперации (Винтаев В. Н., Ушакова Н. Н.) по стереоскопическому зрению технических систем определения движения астрономических объектов [23], исследуются влияние параметров данных систем на измеряемые параметры объектов в трудах Гришина В. А. (ИКИ РАН) [24], в Рязанском государственном радиотехническом университете Еремеев В.В., Алпатов Б.А., Зенин А.А., Князьков П.А. активно занимаются обработкой изображений, сопровождением объектов и отсеиванием фонов [25]. Разработки систем технического зрения ведутся в Институте геодезии и фотограмметрии (профессор доктор K. Schindler [26]) и институте динамики жидкостей (группа доктора T. Roesgen [27]) швейцарского федерального института технологий, центре машинного восприятия чешского технического университета (T. Svoboda, K. Zimmermann, J. Matas [28]).
Основными отправными пунктами при анализе существующих методов измерения характеристик пыли должны быть вид и объем информации, получаемой от комплекса бортовой аппаратуры (БА) и требования, предъявляемые к ней. Объем и вид информации получаемой от БА определяют направления ее использования. Можно выделить три таких направления (взаимно перекрываемых): - Уточнение и изменение существующих эксплуатационных требований, предъявляемых к бортовой аппаратуре КА. - Выявление возможных явлений, которые могут привести к сбою или отказу как отдельных узлов БА, так и КА в целом. - Выработка рекомендаций для организационных методов борьбы с повреждающим воздействием КП (изменение технологии изготовления, начало работы БА и т.д.) разработка способов и методов активного противодействия (например, электростатическое осаждение и т.д.). Информация для первого направления должна содержать следующие данные: - Условия появления частиц КП в некотором объеме, окружающем КА (область оценки); - Средняя (за время активного существования) счетная концентрация пылевых частиц в области оценки; - Распределение частиц по размерам.
По предварительным данным наиболее сильно повреждающее воздействие КП проявляется при попадании в поле зрения оптической БА (например звёздный датчик) одной или группы светящихся частиц пыли. При этом анализирующий блок может ошибочно распознать одну из частиц как звезду ориентации и продолжать выдачу команд управления исполнительным органам двигательной установки до момента выхода из поля зрения прибора, что может привести к срыву выполнения основной задачи КА. Следовательно, основной информацией для второго направления может быть: - Оптические характеристики частиц, могущих привести к сбою БА. - Кинетические характеристики частиц – скорость и направление перемещения. Кроме перечисленных для первого и второго направления данных (при условии достаточной выборки) может быть оценена вероятность появления светя-42 щейся частицы в поле зрения оптической БА в зависимости от условий полета, функционирования ДУ, работы пиротехнических устройств разделения и фиксации.
Классификация пыли в условиях атмосферы и пылевой компоненты СВА сильно различаются. КП состоит из твердых частиц, находящихся в условиях невесомости и набегающего сильно разреженного газового потока, и подвергающихся воздействию факторов космического пространства и полета.
Анализ существующих наземных методов и приборов, опираясь на изложенное определение КП, выявил ряд недостатков, которые присущи как методу и приборам, использующим предварительное осаждение пыли, так и методам и приборам без предварительного осаждения пыли: - Необходимость получения представительной пробы пыли и перемещения ее в специальную измерительную камеру или измерительный объем. - Проведение измерений в малом по величине измерительном объеме. - Проведение измерений в среде, с примерно равномерно концентрацией. - Трудность оценки оптических характеристик отдельных частиц. - Невозможность оценки кинетических характеристик отдельных частиц. Перечисленные недостатки исключают возможность применения большинства рассмотренных методов и приборов при проведении натурных экспериментов по изучению КП.
Построение вычислительной системы устройства
Так как количество ячеек матрицы ограничено, то будут регистрироваться только наиболее яркие звезды (создающие освещенность порядка 0,1 лк [47]). Менее яркие звезды будут создавать шумовой фон, уровень которого может быть определен отдельным датчиком фона либо по среднему уровню сигнала ячеек матрицы. На основе этих данных могут быть вычислены параметры движения КА - скорость вращения относительно координатных осей системы, которые легко пересчитываются в связанную систему координат КА.
Таким образом, при освещении ПЗС-матрицы световым потоком Фвх, отраженным от объекта, в ячейках матрицы будет накапливаться заряд, пропорциональный этому потоку [49]: Однако на практике часто производители указывают чувствительность матриц в виде значения S=[В/лк-с], который более удобен при практических расчетах. Следовательно, формула расчета напряжения выглядит так: U=S t Ф/Aвх.
Для современных чувствительных матриц значение S составляет единицы В/лк-с (например для матрицы LM9628 фирмы National Semiconductor S=2,7 В/лк-с, для CMV4000 фирмы CMOSIS S= 4,64 В/лк-с, а для CMV8000 - 5,56 В/лк-с [50]).
Расчёт координат объекта на плоскости приёмника Положение изображения объекта на плоскости ПЗС-матриц в зависимости от его положения в пространстве определяется на основе соображений геометрической оптики (рисунок 2.11) и подобных треугольников [51]:
При наличии других камер, разнесённых относительно центральной камеры по оси ОХ на расстояние L, координаты изображений в них будут несколько yi= Y отличаться. По координате yi может быть проведена настройка системы камер для сведения изображений к одной координате по всем камерам [52], что резко снижает потребности вычислительных средств при обработки изображений. Для координат xi на камерах 1 и 3 преобразование координат имеет вид:
Данный прибор, состоящий из трех фотоприемников, является стереоскопическим, что дает возможность вычисления положения объектов в координатах прибора. Третий фотоприемник становится необходимым при увеличении коли чества объектов до сотен. С его помощью решается неопределенность при наложении изображения двух объектов друг на друга в одном из приемников.
За начало координат примем точку пересечения плоскости изображений центральной матрицы и оптической оси ее объектива (геометрический центр матрицы). Ось ОХ соединяет центры всех матриц, ось ОZ направлена по оптической оси объектива центральной матрицы, ось OY дополняет систему до правой (рисунок 2.12). При этом одноимённые строки матриц камер лежат на одной прямой.
Плоское изображение области объектов на плоскостях изображений матриц 1, 2, 3 (по направлению оси ОХ) формируются с помощью объективов и в принятых координатах их положения по оси OY (в строках матрицы) одинаковы [52] во всех матрицах, а по оси ОХ (в столбцах) различны и вычисляются по формулам: XI =-L+xj Imx/N; Х2=Х2 lmx/N; (2.37) XS =L+Х3 lmx/N; где L - величина базы системы; 1тх - геометрический размер матрицы по оси X; N - количество элементов разложения в строке матрицы;
Таким образом, на выходах матриц имеется последовательности сигналов частиц, которые записываются в память системы обработки в виде трех массивов (подкадров), состоящих из координат ячеек ПЗС и напряжения в них. Из подкад ров формируется массив координат одной и той же частицы в трех кадрах на основе поиска частиц, координаты которых в матрицах удовлетворяют простому условию пучка трех прямых: X] + 2 Х2 + Хз г, (2.38) где s - допустимая ошибка совмещения в единицах координат ПЗС-матрицы, X], Х2, Хз - координаты частицы в строках матриц 1, 2 и 3 в единицах координат ПЗС-матрицы, причем начало координат находится в точках пересечения оптических осей объективов и плоскостей матриц. С целью снижения количества итераций перебор значений координат производится следующим образом: берется первая слева частица в первой строке центральной камеры и осуществляется перебор частиц в первой строке левой камеры в сторону уменьшения номера столбца относительно центральной камеры, а в первой строке правой камеры - в сторону увеличения номера столбца. Таким образом, перебираются все строки всех матриц и при соблюдении условия (2.38), координаты записываются в массив.
Применение трёх матриц необходимо для выявления наложений объектов в одной из матриц - в этом случае третья матрица будет "арбитром", выявляющим и разделяющим объекты.
Совокупность трехмерных координат частиц для данного момента времени образует кадр. На данном этапе производится отбор объектов, которые интересуют исследователя с помощью параметров дальности и размера. радиус шара, в пределах которого производится поиск частицы, причем возможна оптимизация по близости нескольких найденных совпадений в пределах шара. Но на практике его применять не выгодно из-за большого времени выполнения операций возведения в квадрат и извлечения квадратного корня, поэтому условие (2.40) применяется только после выполнения следующих условий:
Однако малое время между кадрами позволяет определить не скорость, а лишь ее приближенную оценку. Увеличение времени между кадрами приводит к ошибкам, обусловленным возможностью совмещения в кадрах близлежащих частиц, которые на самом деле являются разными частицами. С другой стороны, обработка последовательных кадров с малым временем между ними приводит к существенному увеличению времени расчета.
Выходом из данного противоречия является двухступенчатый алгоритм, при котором формируется две пары кадров (рисунок 2.13). Промежуток времени между кадрами в парах мал для обеспечения минимальной ошибки совмещения по близости, а между парами - на порядок больше для снижения ошибки определения скорости. По информации из первой пары кадров можно рассчитать оценки положения частицы в первом кадре второй пары и вектора скорости частицы. Оценку вектора скорости можно также вычислить и во второй паре кадров. Таким образом, совмещение частиц между парами проводится поиском частиц в окрестности прогнозируемого положения во второй паре с минимальным углом ф между векторами скорости первой и второй пар [53]: Vx1 Vx2 + Vy1 Vy2 + Vz1 Vz2
Отбор кадров для расчёта скорости. Также применяется упрощенный метод совмещения пары кадров с одиночным кадром по прогнозу положения частицы в последующем кадре на основе информации предыдущей пары и поиска ближайших частиц в этом кадре. Данный метод может применяться на небольшом временном интервале между кадром и парой, т.к. оценка скорости частицы является приблизительной и может давать большие ошибки при долгосрочных прогнозах. Схема обработки информации представлена на рисунке 2.14. С матриц поступают оцифрованные массивы сигналов объектов, привязанные к элементам матриц.
