RU106760U1 - OPTICAL ELECTRONIC SUPPORT SYSTEM - Google Patents

OPTICAL ELECTRONIC SUPPORT SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
RU106760U1
RU106760U1 RU2010112317/28U RU2010112317U RU106760U1 RU 106760 U1 RU106760 U1 RU 106760U1 RU 2010112317/28 U RU2010112317/28 U RU 2010112317/28U RU 2010112317 U RU2010112317 U RU 2010112317U RU 106760 U1 RU106760 U1 RU 106760U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
coordinate
prediction device
adder
Prior art date
Application number
RU2010112317/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Тиборович Будаи
Борис Трифонович Породнов
Евгений Сергеевич Породнов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2010112317/28U priority Critical patent/RU106760U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU106760U1 publication Critical patent/RU106760U1/en

Links

Landscapes

  • Closed-Circuit Television Systems (AREA)

Abstract

1. Оптико-электронная система сопровождения, содержащая блок задания программного перемещения, устройство прогнозирования координат, последовательно соединенные оптико-электронный блок, блок определения координат в стробе, коммутатор, блок формирования координат в растре и устройство наведения и стабилизации, а также последовательно соединенные датчик возмущения и формирователь логики инерционного сопровождения, при этом первый выход блока задания программного перемещения соединен со вторым входом коммутатора, выход блока формирования координат в растре соединен со вторым входом блока определения координат в стробе и первым входом устройства прогнозирования координат, выход формирователя логики инерционного сопровождения соединен с третьим входом блока определения координат в стробе, отличающаяся тем, что дополнительно введен датчик движения носителя, при этом блок задания программного перемещения дополнительно соединен со вторым входом устройства прогнозирования координат, выход датчика движения носителя соединен с третьим входом устройства прогнозирования координат, выход которого соединен с входом устройства наведения и стабилизации. ! 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство прогнозирования координат выполнено на основе последовательно соединенных первого сумматора, траекторного фильтра, второго сумматора и фильтра неизменяемой части, первый вход устройства прогнозирования координат соединен со вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом траекторного фильтра, выход последнего через первый блок задержки соединен с первым входом первого сумматора, т 1. An optical-electronic tracking system comprising a programmed motion assignment unit, a coordinate prediction device, an optical-electronic unit in series, a strobe coordinate determination unit, a switch, a raster coordinate formation unit and a guidance and stabilization device, as well as a disturbance sensor connected in series and a shaper of inertial tracking logic, while the first output of the program move job block is connected to the second input of the switch, the output of the block coordinate in the raster is connected to the second input of the coordinate determination unit in the strobe and the first input of the coordinate prediction device, the output of the inertial tracking logic generator is connected to the third input of the coordinate determination unit in the strobe, characterized in that an additional motion sensor is introduced, while the program task unit the movement is additionally connected to the second input of the coordinate prediction device, the output of the media motion sensor is connected to the third input of the predictive device coordinates, the output of which is connected to the input of the guidance and stabilization device. ! 2. The system according to claim 1, characterized in that the coordinate prediction device is based on a series-connected first adder, a trajectory filter, a second adder and a constant part filter, the first input of the coordinate prediction device is connected to the second input of the first adder, the output of which is connected to the input trajectory filter, the output of the latter through the first delay block is connected to the first input of the first adder, t

Description

Полезная модель относится к области оптико-электронных систем управления, предназначенных для автоматического сопровождения подвижных объектов с перемещающегося основания.The utility model relates to the field of optoelectronic control systems designed for automatic tracking of moving objects from a moving base.

Аналогом предлагаемому решению является контур оптико-электронных систем (ОЭС) (авторское свидетельство СССР №1107340, публ. 07.08.1984 г.). ОЭС содержит оптико-электронный прибор (ОЭП), формирующий видеосигнал от объекта, соединенный с блоком определения координат в стробе (БОКС), который определяет сигнал рассогласования изображения объекта относительно центра растра. С выхода БОКС сигнал поступает в блок формирования координат в растре (БФКР). Выход БФКР соединен со вторым входом БОКС для формирования координаты объекта к следующему кадру (полукадру). Выход БФКР подключен также ко входу устройства наведения и стабилизации (УНС), которое включает блок корректирующих фильтров (БКФ) и устройство стабилизации поля зрения (УС) (фиг.1). В случае прерывания оптической видимости на выходе БОКС формируется нулевой сигнал, а на выходе БФКР, который обычно представляет собой сумматор, «замораживаются» координаты строба (фиг.2).An analogue of the proposed solution is the circuit of optoelectronic systems (ECO) (USSR copyright certificate No. 1107340, publ. 08/07/1984). The ECO contains an optical-electronic device (OEP), which generates a video signal from the object, connected to the coordinate determination unit in the strobe (BOX), which determines the signal mismatch of the object image relative to the center of the raster. From the output of the BOX, the signal enters the block forming the coordinates in the raster (BFKR). The output of the BFKR is connected to the second input of the BOX for forming the coordinates of the object to the next frame (half frame). The output of the BFKR is also connected to the input of the guidance and stabilization device (ONS), which includes a block of corrective filters (BKF) and a device for stabilizing the field of view (CSS) (Fig. 1). In case of interruption of optical visibility, a zero signal is formed at the output of the BOX, and at the output of the BFKR, which is usually an adder, the coordinates of the strobe are frozen (Fig. 2).

Недостатком такой экстраполяции координат является «замораживание» их оценок, на время отсутствия достоверно измеренных координат, что увеличивает их флюкт уационную ошибку измерения. Это неэффективно, особенно при длительном отсутствии видимости.The disadvantage of such an extrapolation of coordinates is the “freezing” of their estimates for the time that there are no reliably measured coordinates, which increases their fluctuation measurement error. This is ineffective, especially with prolonged lack of visibility.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является оптико-электронная система сопровождения, содержащая последовательно соединенные ОЭП, БОКС, первый коммутатор (Ком1), БФКР, второй коммутатор (Ком2) и УНС, а также последовательно соединенные датчик возмущения (ДВ), формирователь логики инерционного сопровождения (ФЛИС) и устройство прогнозирования координат (УПК) При этом первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы БОКС соединены с первым, вторым входами блока задания программного перемещения (БЗПП), вторым и третьим входами Ком1 и вторым входом ФЛИС. Третий вход ФЛИС является входом внешнего управления, а второй и третий выходы ФЛИС соединены со вторым входом БОКС и вторым входом Ком2. Выход БФКР соединен с третьим входом БОКС и вторым входом УПК. Третий вход УПК соединен со вторым выходом УНС, а выход УПК соединен с третьим входом Ком2, чьи первый и второй выходы соединены с первым и вторым входами УНС (патент РФ №2191407, публ. 20.09.1998 г.).The closest analogue to the proposed technical solution is an optoelectronic tracking system containing serially connected OEP, BOX, the first switch (Kom1), BFKR, the second switch (Kom2) and ONS, as well as the perturbation sensor (DV) connected in series, the inertial logic driver tracking (FLIS) and coordinate prediction device (CPC). In this case, the first, second, third, fourth and fifth outputs of the BOX are connected to the first, second inputs of the programmed motion assignment block (BZPP), second and third im KOM1 inputs and the second input Fleece. The third input of the FLIS is an external control input, and the second and third outputs of the FLIS are connected to the second input of the BOX and the second input of Com2. The output of the BFKR is connected to the third input of the BOX and the second input of the CPC. The third input of the CPC is connected to the second output of the ONS, and the output of the CPC is connected to the third input of Com2, whose first and second outputs are connected to the first and second inputs of the ONS (RF patent No. 2191407, publ. September 20, 1998).

Введение блоков ДВ, ФЛИС, УПК, а также Ком1 и Ком 2 позволяет учитывать априорную информацию о потере оптической видимости. При этом ДВ, формирующий признак перехода на экстраполяцию по априорным данным, соединен с ФЛИС. ФЛИС соединен со входом БОКС и осуществляет принудительное прерывание измерения координат, а также соединен со входом УПК, обеспечивая в режиме экстраполяции формирование на входе УНС экстраполированных сигналов управления. Коммутаторы Ком1 и Ком2 соответственно по сигналам от БЗПП и ФЛИС осуществляют переход с режима автосопровождения на режим экстраполяции, при этом на выходе БФКР сигналы управления «замораживаются», а сигналы управления на УНС подаются с УПК. Например, если с ДВ не поступает информация о переходе в режим экстраполяции, но критериальная функция в БОКС не превышает пороговый уровень, то с БЗПП на Ком1 поступает сигнал на прерывание связи с БОКС, что эквивалентно «замораживанию» сигналов с выхода БФКР.The introduction of the DV, FLIS, UPC blocks, as well as Kom1 and Kom2, allows one to take into account a priori information about the loss of optical visibility. In this case, the DW, which forms the sign of the transition to extrapolation according to a priori data, is connected to the FLIS. The FLIS is connected to the input of the BOX and forcibly interrupts the measurement of coordinates, and is also connected to the input of the control device, providing in the extrapolation mode the formation of extrapolated control signals at the input of the ONS. The switches Kom1 and Kom2, respectively, according to signals from the BZPP and FLIS, make the transition from the auto tracking mode to the extrapolation mode, while the control signals are “frozen” at the output of the BFKR, and the control signals are sent to the ONS from the control panel. For example, if information about the transition to the extrapolation mode is not received from the DV, but the criterion function in the BOX does not exceed the threshold level, then from BZPP to Com1 a signal is received to interrupt communication with the BOX, which is equivalent to “freezing” the signals from the output of the BFKR.

Недостатком наиболее близкого аналога является, как и в аналоге, «замораживание» координат в режиме редких (коротких по длительности) прерываний оптической видимости, что не является эффективным способом экстраполяции и приводит к дополнительной флюктуационной ошибке сопровождения. Это может уменьшать точность сопровождения, особенно в режиме длительной экстраполяции траектории.The disadvantage of the closest analogue is, as in the analogue, the "freezing" of coordinates in the mode of rare (short in duration) interruptions in optical visibility, which is not an effective way of extrapolation and leads to an additional fluctuation tracking error. This can reduce tracking accuracy, especially in the long-path extrapolation mode.

Другим недостатком такого решения задачи синтеза контура управления ОЭС в режиме прерывания оптической видимости является то, что недостаточно полно учитывается информация от других датчиков движения, например, от носителя ОЭС. Так, входное возмущение αвх(t) контура управления ОЭС можно представить как сумму углового перемещения объекта αo(t) и носителя αн(t), произвольно перемещающихся в пространстве, в видеAnother disadvantage of this solution to the synthesis problem of the ECO control loop in the regime of interruption of optical visibility is that information from other motion sensors, for example, from the ECO carrier, is not fully taken into account. So, the input perturbation α in (t) of the ECO control loop can be represented as the sum of the angular displacement of the object α o (t) and the support α n (t), arbitrarily moving in space, in the form

При этом второе слагаемое (1), обусловленное движением носителя, может измеряться независимо от оптической видимости объекта. Кроме того, второе слагаемое выражения (1) имеет более широкий спектр возмущений. Например, даже если сопровождаемый объект - маневрирующий воздушный, то максимальная ширина спектра входного возмущения αo(t) (см. Зингер Р. Оценка характеристик оптимального фильтра для слежения за пилотируемой целью // Зарубежная радиоэлектроника. - 1971. - №8) равнаIn this case, the second term (1), due to the motion of the carrier, can be measured independently of the optical visibility of the object. In addition, the second term of expression (1) has a wider spectrum of perturbations. For example, even if the accompanied object is maneuvering air, then the maximum width of the spectrum of the input disturbance α o (t) (see Singer R. Evaluation of the characteristics of the optimal filter for tracking a manned target // Foreign Radio Electronics. - 1971. - No. 8) is equal to

Максимальная ширина спектра входного возмущения αн(t), обусловленная движением воздушного носителя (см. с.232, Барсуков Ф.И., Величкин А.И., Сухарев А.Д. Телевизионные системы летательных аппаратов. - М: Сов. радио, 1979), с учетом (см. с.44, с.74 Михалев И.А. и др. Системы автоматического управления самолетом. - М: Машиностроение, 1971), равнаThe maximum width of the spectrum of the input disturbance α n (t), due to the movement of the air carrier (see p. 232, Barsukov F.I., Velichkin A.I., Sukharev A.D. Television systems of aircraft. - M: Sov. Radio , 1979), taking into account (see p. 44, p. 74 Mikhalev I.A. et al. Automatic airplane control systems. - M: Mechanical Engineering, 1971), is

что намного шире спектра возмущений траектории воздушного объекта (2).which is much wider than the perturbation spectrum of the trajectory of an air object (2).

Если же объект наземный, то спектр возмущений его траектории не превышает спектра возмущений траектории воздушного объекта (2). В простейшем случае объект может быть вообще неподвижным, и при учете собственного движения носителя вообще не понадобилась бы оптическая видимость.If the object is ground-based, then the spectrum of perturbations of its trajectory does not exceed the spectrum of perturbations of the trajectory of an air object (2). In the simplest case, an object can be completely motionless, and if the carrier’s own motion were taken into account, optical visibility would not be necessary at all.

Таким образом, в решении наиболее близкого аналога используются «замороженные» значения отсчетов выборки, что приводит к существенному увеличению флуктуационной ошибки сопровождения целей. Кроме того, не учитывается информация о собственном движении носителя, что приводит к большой динамической ошибке сопровождения объектов.Thus, in the solution of the closest analogue, “frozen” values of sample samples are used, which leads to a significant increase in the fluctuation error of target tracking. In addition, information about the carrier’s own movement is not taken into account, which leads to a large dynamic error in tracking objects.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение помехоустойчивости и удержание линии визирования на одновременно сопровождаемых объектах при маневре носителя и объектов.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the noise immunity and to maintain the line of sight on simultaneously tracked objects during the maneuver of the carrier and objects.

Технический результат заключается в значительном увеличении допустимой длительности естественных и организованных помех, на фоне которых производится обнаружение и сопровождение объектов, а также в увеличении количества одновременно сопровождаемых объектов.The technical result consists in a significant increase in the allowable duration of natural and organized interference, against which the detection and tracking of objects is performed, as well as in an increase in the number of simultaneously tracked objects.

Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что оптико-электронная система сопровождения содержит последовательно соединенные ОЭП, БОКС, Ком, БФКР, УПК и УНС, а также последовательно соединенные ДВ и ФЛИС. При этом первый выход БЗПП соединен со вторым входом Ком. Выход БФКР соединен со вторым входом БОКС и первым входом УПК. Выход ФЛИС соединен с третьим входом БОКС.The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the optoelectronic tracking system contains serially connected OEP, BOKS, Com, BFKR, UPC and ONS, as well as serially connected DV and FLIS. In this case, the first output of the BZPP is connected to the second input of the Com. The output of the BFKR is connected to the second input of the BOX and the first input of the CPC. The output of the FLIS is connected to the third input of the BOXING.

Новизна состоит в том, что дополнительно введен датчик движения носителя (ДДН). При этом БЗПП дополнительно соединен со вторым входом УПК. Выход ДДН соединен с третьим выходом УПК, выход которого соединен с входом УНС.The novelty lies in the fact that an additional motion sensor has been introduced (media). In this case, the BZPP is additionally connected to the second input of the CPC. The output of the DDN is connected to the third output of the CPC, the output of which is connected to the input of the ONS.

Сущность предлагаемого решения заключается в том, чтоThe essence of the proposed solution is that

- во-первых, УПК обеспечивает замкнутому контуру ОЭС коэффициент передачи оптимального траекторного фильтра как в режиме коротких, так и длительных прерываний оптической видимости, что обеспечивает значительное уменьшение флуктуационной ошибки контура автосопровождения;- firstly, the CPC provides the closed-loop ECO transmission coefficient of the optimal trajectory filter both in the mode of short and long interruptions in optical visibility, which provides a significant reduction in the fluctuation error of the auto tracking circuit;

- во-вторых, датчик движения носителя (ДДН) позволяет значительно уменьшить диапазон входных возмущений контура ОЭС и, как следствие, значительно уменьшить динамическую ошибку сопровождения целей.- secondly, the carrier motion sensor (BOT) can significantly reduce the range of input disturbances of the ECO circuit and, as a result, significantly reduce the dynamic tracking error.

При использовании предлагаемых решений значительно уменьшается суммарная динамическая и флуктуационная ошибка сопровождения объекта, что особенно существенно в режиме экстраполяции траектории движения объектов.When using the proposed solutions, the total dynamic and fluctuation error of object tracking is significantly reduced, which is especially important in the mode of extrapolating the trajectory of the movement of objects.

Предлагаемое техническое решение поясняется следующими графическими материалами:The proposed technical solution is illustrated by the following graphic materials:

Фиг.1Figure 1 -- Функциональная схема аналога оптико-электронной системы сопровождения объектовFunctional diagram of an analog of an optical-electronic system for tracking objects Фиг.2Figure 2 -- Функциональная схема аналога оптико-электронной системы сопровождения объектов с «замораживанием» координаты стробаFunctional diagram of an analog of an optoelectronic tracking system of objects with “freezing” strobe coordinates Фиг.3Figure 3 -- Функциональная схема оптико-электронной системы сопровождения объектов предлагаемого решенияFunctional diagram of the optoelectronic system for tracking the objects of the proposed solution Фиг.4Figure 4 -- Функциональная схема устройства прогнозирования координатFunctional diagram of a coordinate prediction device Фиг.5Figure 5 -- Структурная схема оптико-электронной системы сопровождения объектовBlock diagram of an optoelectronic system for tracking objects Фиг.66 -- Свернутая структурная схема оптико-электронной системы сопровождения объектовCollapsed block diagram of an optoelectronic object tracking system Фиг.77 -- Модули коэффициентов передачи оптико-электронных систем прототипа и предлагаемого решения при отсутствии редких прерываний оптической видимости (Tэкд)Modules of transmission coefficients of optoelectronic systems of the prototype and the proposed solution in the absence of rare interruptions in optical visibility (T ek = T d )

Фиг.8Fig. 8 -- Модули коэффициентов передачи оптико-электронных систем прототипа и предлагаемого решения при отсутствии редких прерываний оптической видимости (Тэк=2Tд)Modules of transmission coefficients of the optoelectronic systems of the prototype and the proposed solution in the absence of rare interruptions in optical visibility (T ek = 2T d ) Фиг.9Fig.9 -- Сравнительный анализ эффективности режимов автосопровождения и длительной экстраполяции в контурах управления ОЭС прототипа и предлагаемого решенияComparative analysis of the effectiveness of auto tracking modes and prolonged extrapolation in the ECO control loops of the prototype and the proposed solution

Система содержит последовательно соединенные ОЭП, БОКС, Ком, БФКР, УПК и УНС, а также последовательно соединенные ДВ и ФЛИС. Система также содержит БЗПП и ДДН. При этом первый выход БЗПП соединен со вторым входом Ком. Выход БФКР соединен со вторым входом БОКС и первым входом УПК. Выход ФЛИС соединен с третьим входом БОКС. Выход ДДН соединен с третьим входом УПК, второй вход которого соединен со вторым выходом БЗПП, а первый вход УПК соединен с выходом БФКР. Выход УПК соединен с входом УНС (фиг.3).The system contains series-connected OEP, BOX, Com, BFKR, UPC and ONS, as well as series-connected DV and FLIS. The system also contains BZPP and DDN. In this case, the first output of the BZPP is connected to the second input of the Com. The output of the BFKR is connected to the second input of the BOX and the first input of the CPC. The output of the FLIS is connected to the third input of the BOXING. The DDN output is connected to the third input of the control device, the second input of which is connected to the second output of the BZPP, and the first input of the control device is connected to the output of the BFKR. The output of the CPC is connected to the input of the ONS (figure 3).

Устройство прогнозирование координат (УПК) содержит последовательно соединенные Сум1, ТФ, Сум2 и ФНЧ. Вход УПК соединен со вторым входом Сум1. Выход Сум1 соединен с входом ТФ. Выход ТФ через блок задержки БЗ1 соединен с первым входом Сум1. Третий инвертирующий вход Сум1 через блок задержки БЗ2 подключен к третьему входу УПК. При этом третий вход УПК подключен также ко второму входу Сум2, первый вход которого соединен с выходом ТФ. Выход Сум2 соединен с входом ФНЧ, выход которого, как указывалось ранее, соединен с входом УНС (фиг.4). УПК выполнено с возможностью установки длительности задержки блоками БЗ1 и БЗ2 и длительности эктраполяции в ТФ на время Тэк по сигналам, поступающим на второй вход УПК.The coordinate prediction device (CPC) contains series-connected Sum1, TF, Sum2 and low-pass filters. The input of the CPC is connected to the second input Sum1. The output Sum1 is connected to the input of the TF. The output of the TF through the delay unit BZ1 is connected to the first input Sum1. The third inverting input Sum1 through the delay unit BZ2 is connected to the third input of the CPC. Moreover, the third input of the CPC is also connected to the second input Sum2, the first input of which is connected to the output of the TF. The output Sum2 is connected to the input of the low-pass filter, the output of which, as indicated earlier, is connected to the input of the ONS (figure 4). The CPC is made with the possibility of setting the duration of the delay by blocks BZ1 and BZ2 and the duration of extrapolation to the TF for a time T EC based on the signals received at the second input of the CPC.

Работа оптико-электронной системы осуществляется следующим образом (для простоты, как и в наиболее близком аналоге, описание приведено для одной координаты). При автосопровождении объекта оптико-электронный прибор (ОЭП) формирует видеосигнал, который поступает на вход БОКС. БОКС определяет функционал соответствия между эталонным изображением, записанным в его памяти, и текущими изображениями в стробе. Наиболее близкое к эталонному изображение принимается за изображение объекта, координаты которого поступают через коммутатор Ком на БФКР. Выходная координата БФКР, полученная, например, путем суммирования предыдущей координаты БФКР с текущей координатой БОКС (см патент РФ №2191407, публ. 20.09.1998 г.), подается в БОКС для задания координат в следующем кадре (полукадре). Этот же сигнал подается на УПК, на выходе которого формируется сигнал, соответствующий экстраполированному сигналу управления УНС. В случае, если контур находится в режиме автосопровождения, то сигнал экстраполируется на время измерения координат в БОКС Тэк=Tз. Если контур ОЭС находится в режиме экстраполяции, то на втором выходе БЗПП формируются сигналы управления в соответствии со временем экстраполяции Tэк>Tз. Переключение длительностей экстраполяции в УПК осуществляется со второго выхода БЗПП.The operation of the optoelectronic system is carried out as follows (for simplicity, as in the closest analogue, the description is given for one coordinate). During auto tracking of an object, an optoelectronic device (OED) generates a video signal that is fed to the input of the BOX. BOXING determines the correspondence functional between the reference image recorded in its memory and the current images in the strobe. The image closest to the reference image is taken as the image of the object, the coordinates of which are received through the Com switch on the BFKR. The output coordinate of the BFKR obtained, for example, by summing the previous coordinate of the BFKR with the current coordinate of the BOX (see RF patent No. 2191407, publ. September 20, 1998), is supplied to the BOX for setting the coordinates in the next frame (half frame). The same signal is fed to the control device, at the output of which a signal is generated corresponding to the extrapolated ONS control signal. If the circuit is in auto tracking mode, the signal is extrapolated for the time of coordinate measurement in BOX T ek = T s . If the OES circuit is in extrapolation mode, then control signals are generated at the second output of the BZPP in accordance with the extrapolation time T ek > T s . Switching the extrapolation durations to the CPC is carried out from the second output of the BZPP.

В отличие от наиболее близкого аналога, в УПК сигналы управления формируются оптимально не только в режиме экстраполяции, но и в режиме автосопровождения в соответствии с выбранным критерием оптимальности (например, наименьших квадратов, максимума правдоподобия и пр.). Например, в работе (см. с.148-152, Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М: Радио и связь, 1986.) рассмотрен квазиоптимальный траекторный фильтр по критерию максимально правдоподобной оценки.Unlike the closest analogue, in the CCP control signals are generated optimally not only in the extrapolation mode, but also in the auto tracking mode in accordance with the selected optimality criterion (for example, least squares, maximum likelihood, etc.). For example, in the work (see p.148-152, Kuzmin SZ, Fundamentals of Designing Systems for Digital Processing of Radar Information. - M: Radio and Communication, 1986.), a quasi-optimal trajectory filter is considered by the criterion of the most probable assessment.

В отличие от наиболее близкого аналога в режиме редких прерываний оптической видимости на первом входе УПК принимается не «замороженный» сигнал с выхода БФКР, а формируется свое значение координаты, экстраполированное по предыдущим значениям. Как отмечалось ранее, для уменьшения динамической ошибки сопровождения входное возмущение на входе УПК уменьшается на величину возмущения, обусловленного носителем.In contrast to the closest analogue in the mode of rare interruptions in optical visibility, the first input of the CCP does not receive a “frozen” signal from the output of the BFKR, but forms its own coordinate value, extrapolated from the previous values. As noted earlier, to reduce the dynamic tracking error, the input perturbation at the input of the CCP decreases by the amount of perturbation caused by the carrier.

Для пояснения процессов в ОЭС можно рассмотреть эквивалентные структурные схемы системы (фиг.5, фиг.6). На фиг.5 представлен ФНЧ с коэффициентом передачи УПК , значение которого определяется с учетом (см. с.691, 692 Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. - М: ФИЗМАТГИЗ, 1963) соотношениемTo explain the processes in the ECO, we can consider equivalent structural diagrams of the system (Fig. 5, Fig. 6). Figure 5 presents the low-pass filter with the transmission coefficient of the CPC , the value of which is determined taking into account (see p.691, 692 Tsypkin Y.Z. Theory of linear impulse systems. - M: FIZMATGIZ, 1963) by the ratio

Сигналы αн(t) от ДДН уменьшают диапазон входного сигнала αвх(t) (1), изменяя полосу возмущения с (3) до (2) (фиг.5). С учетом вышеизложенного и выражения (4), структурная схема контура ОЭС преобразуется к схеме траекторного фильтра (фиг.6). При этом сигнал на выходе траекторного фильтра, оптимального, например, по критерию максимального правдоподобия, формируется следующим образом:Signals α n (t) from the DDN reduce the input signal range α in (t) (1), changing the disturbance band from (3) to (2) (Fig. 5). In view of the foregoing and expression (4), the structural diagram of the ECO circuit is converted to a trajectory filter circuit (Fig. 6). In this case, the signal at the output of the trajectory filter, which is optimal, for example, according to the criterion of maximum likelihood, is formed as follows:

где No - размер выборки траекторного фильтра, оптимально учитывающего динамику возмущения и ошибки измерения координат, например, в минимаксном случае; - количество экстраполируемых отсчетов траектории движения объекта; Tэк и Тд - время экстраполяции и дискретизации соответственно; h(k,Nэк) - импульсная характеристика оптимального траекторного фильтра, осуществляющая экстраполяцию траектории движения (см. с.148-152, Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М: Радио и связь, 1986).where N o is the sample size of the trajectory filter, which optimally takes into account the dynamics of disturbances and measurement errors of coordinates, for example, in the minimax case; - the number of extrapolated samples of the trajectory of the object; T ek and T d - time extrapolation and sampling, respectively; h (k, N eq ) is the impulse response of the optimal trajectory filter, extrapolating the motion path (see p.148-152, Kuzmin SZ. Fundamentals of designing systems for digital processing of radar information. - M: Radio and communications, 1986).

Обычно длительность импульсной характеристики No траекторного фильтра (5) выбирается обратно пропорционально ширине полосы входного возмущения (см. Зингер Р. Оценка характеристик оптимального фильтра для слежения за пилотируемой целью // Зарубежная радиоэлектроника. - 1971. - №8). Поэтому выигрыш по флуктуационной ошибке предлагаемой траекторией фильтрации по сравнению с прототипом можно оценить какUsually, the duration of the impulse response N o of the trajectory filter (5) is selected inversely to the input disturbance bandwidth (see Singer R. Evaluation of the characteristics of the optimal filter for tracking a manned target // Foreign Radio Electronics. - 1971. - No. 8). Therefore, the gain in fluctuation error of the proposed filtration path in comparison with the prototype can be estimated as

Для типового соотношения полос возмущения (2) и (3) выигрыш составляетFor a typical ratio of disturbance bands (2) and (3), the gain is

В простейшем же случае, когда объект неподвижен, то , а выигрыш по флюктуационной ошибке (6) асимптотически бесконечен. Практически это означает, что для устойчивого сопровождения неподвижного объекта необходимы лишь крайне редкие наблюдения объекта, которые могут быть использованы даже при очень редком появлении его оптической видимости.In the simplest case, when the object is motionless, then , and the gain in fluctuation error (6) is asymptotically infinite. In practice, this means that stable tracking of a stationary object requires only extremely rare observations of the object, which can be used even with a very rare appearance of its optical visibility.

Уменьшение динамической ошибки в предлагаемом решении достигается с помощью ДДН. В ДДН может быть использована информация, например, от дальномера, гироскопа и акселерометра, измеряющего скорость перемещения носителя. Обычно дальность до объекта большая, поэтому практически без ущерба в точности измерения не требуется частого измерения дальности.The reduction of dynamic errors in the proposed solution is achieved using DDN. In DDN information can be used, for example, from a rangefinder, gyroscope and accelerometer that measures the speed of movement of the medium. Typically, the distance to the object is large, so almost without compromising the accuracy of the measurement does not require frequent measurement of range.

Кроме того, выигрыш по точности сопровождения может быть значительно больше, если на носителе нет системы гиростабилизации. Тогда ДДН должен выдавать информацию, учитывающую не только плоскопараллельное перемещение носителя относительно цели, но и угловые колебания носителя в инерциальной системе координат (например, с использованием гиродатчиков).In addition, the gain in tracking accuracy can be significantly greater if the carrier does not have a gyrostabilization system. Then DDN should provide information that takes into account not only plane-parallel movement of the carrier relative to the target, but also the angular oscillations of the carrier in an inertial coordinate system (for example, using gyro sensors).

Рассмотрим пример, показывающий значительный выигрыш предлагаемого решения по сравнению с наиболее близким аналогом как по флуктуационной, так и по динамической ошибке.Consider an example showing a significant gain in the proposed solution compared to the closest analogue in both fluctuation and dynamic errors.

Флуктуационная ошибка на выходе ОЭС определяется по формулеThe fluctuation error at the output of the ECO is determined by the formula

где σ0 - среднеквадратическое отклонение некоррелированной ошибки измерения координат ξ(t) в БОКС-е; fд - частота дискретизации.where σ 0 is the standard deviation of the uncorrelated measurement error of the coordinates ξ (t) in the BOX; f d - sampling rate.

Как в наиболее близком аналоге, так и в предлагаемом решении коэффициент передачи Kзам.ж(f,Tэк) замкнутого контура управления ОЭС в режиме автосопровождения в (8) представляют в видеBoth in the closest analogue and in the proposed solution, the transfer coefficient K z.zh (f, T eq ) of the closed ECO control loop in the auto tracking mode in (8) is represented as

где Kр.ж - желаемый коэффициент передачи разомкнутого контура. В наиболее близком аналоге этот коэффициент обычно выбирается (см с.933, Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М: Энергия, 1966 г.) в видеwhere K r.zh - the desired transmission coefficient of the open loop. In the closest analogue, this coefficient is usually selected (see p. 933, Besekersky VA, Popov EP Theory of automatic control systems. - M: Energy, 1966) in the form

В предлагаемом техническом решении с учетом (см с.691, 692 Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. - М: ФИЗМАТГИЗ, 1963) этот коэффициент равенIn the proposed technical solution, taking into account (see p. 691, 692 Y. Tsypkin, Theory of linear impulse systems. - M: FIZMATGIZ, 1963), this coefficient is

Здесь Kтр(р,Тэк) - коэффициент передачи оптимального траекторного фильтра, который для случая максимально правдоподобной оценки траектории (5) можно представить какHere K Tr (p, T ek ) is the transfer coefficient of the optimal trajectory filter, which for the case of the most plausible assessment of the trajectory (5) can be represented as

Величина D(h(k,Nэк)) представляет собой дискретное преобразование Лапласа. С учетом выражений (9) и (10) для наиболее близкого аналога получаемThe quantity D (h (k, N eq )) is a discrete Laplace transform. Taking into account expressions (9) and (10) for the closest analogue, we obtain

а для предлагаемого решения имеемand for the proposed solution we have

Для Tэк=Tд=0,04 с на фиг.7 штриховой линией представлена частотная зависимость модуля коэффициента передачи (12) оптимального коэффициента передачи (14) для предлагаемого решения, а сплошной линией - для наиболее близкого аналога, у которого параметры в (10) выбраны, исходя из равенства нулю СКО флуктуационных ошибок (8).For T ec = T d = 0.04 s in Fig. 7 the dashed line shows the frequency dependence of the modulus of the transmission coefficient (12) of the optimal transmission coefficient (14) for the proposed solution, and the solid line for the closest analogue for which the parameters in ( 10) are selected on the basis of the equality to zero of the standard deviation of fluctuation errors (8).

Редкие потери оптической видимости могут увеличивать эквивалентную задержку в контуре управления, в предельном случае до значений Тэк=2·Tд=0,08 с. В этом случае флуктуационная ошибка (8) почти не увеличивается в контуре управления предлагаемой ОЭС (штриховая линия на фиг.8), и, наоборот, резко увеличивается в контуре наиболее близкого аналога (пунктирная линия на фиг.8). Кроме того, в аналоге может даже произойти потеря устойчивости (а ошибка может увеличиться до бесконечности) из-за уменьшения запаса по фазе на частоте среза контура управления с коэффициентом передачи (13).Rare loss of optical visibility can increase the equivalent delay in the control loop, in the extreme case, to the values of T ek = 2 · T d = 0.08 s. In this case, the fluctuation error (8) almost does not increase in the control loop of the proposed ECO (dashed line in Fig. 8), and, on the contrary, sharply increases in the contour of the closest analogue (dashed line in Fig. 8). In addition, in the analogue, there may even be a loss of stability (and the error can increase to infinity) due to a decrease in phase margin at the cutoff frequency of the control loop with the transmission coefficient (13).

Таким образом, «замораживание» координат в наиболее близком аналоге приводит к росту фазовой задержки, резкому увеличению флуктуационной ошибки, особенно на частоте среза, и может даже приводить к потере устойчивости при вполне вероятном соотношении Tэк>2·Tд. В то же время увеличение времени задержки практически не увеличивает флуктуационную ошибку и почти не уменьшает запасов по фазе в предлагаемом контуре с коэффициентом передачи оптимального фильтра (14).Thus, the “freezing” of coordinates in the closest analogue leads to an increase in the phase delay, a sharp increase in the fluctuation error, especially at the cutoff frequency, and can even lead to a loss of stability at a very probable ratio T ec > 2 · T d . At the same time, an increase in the delay time practically does not increase the fluctuation error and almost does not reduce the phase reserves in the proposed circuit with the transmission coefficient of the optimal filter (14).

Для моделирования процессов уменьшения динамической ошибки было рассмотрено с учетом значений (2) и (3) входное возмущение (1) видаTo simulate the processes of reducing the dynamic error, the input disturbance (1) of the form was considered taking into account the values (2) and (3)

где Аo, fo, Aн, fн - амплитуды и частоты входных возмущений, обусловленных объектом и носителем, соответственно; при этом с учетом (2) выбрано fo=0,2 Гц, а с учетом (3) fн=1,0 Гц. В момент времени t=t0 контура управления переходили из режима автосопровождения в режим экстраполяции. Результаты моделирования представлены на фиг.9, на которой сплошная линия соответствует входному возмущению (15), а мелкий пунктир и крупный пунктир - возмущению на выходе контура наиболее близкого аналога и предлагаемой ОЭС соответственно.where A o , f o , A n , f n are the amplitudes and frequencies of the input disturbances caused by the object and the carrier, respectively; while taking into account (2), f o = 0.2 Hz was selected, and taking into account (3) f n = 1.0 Hz. At time t = t 0, the control loops switched from the auto tracking mode to the extrapolation mode. The simulation results are presented in Fig. 9, in which the solid line corresponds to the input perturbation (15), and the small dashed line and the large dashed line correspond to the perturbation at the output of the circuit of the closest analogue and the proposed ECO, respectively.

Как видно из Фиг.9, и в режиме автосопровождения, и в режиме экстраполяции динамическая ошибка сопровождения в предлагаемом решении намного меньше из-за того, что на входе эквивалентного траекторного фильтра предлагаемого решения - узкополосный процесс, соответствующий первому слагаемому выражения (15.As can be seen from Fig. 9, both in the auto tracking mode and in the extrapolation mode, the dynamic tracking error in the proposed solution is much smaller due to the fact that the input of the equivalent trajectory filter of the proposed solution is a narrow-band process corresponding to the first term of the expression (15.

Таким образом, точность предлагаемого контура сопровождения ОЭС, во-первых, эквивалентна точности оптимального траекторного фильтра как в режиме сопровождения, так и в режиме экстраполяции, что обеспечивает малую флуктуационную ошибку сопровождения; во-вторых, учет априорной информации о собственном движении носителя позволяет значительно уменьшить динамическую ошибку сопровождения, особенно в режиме экстраполяции. Предложенное техническое решение позволяет значительно повысить точность сопровождения объектов, что может обеспечить как увеличение количества одновременно сопровождаемых объектов, так и устойчивость перехода с режима экстраполяции на режим автосопровождения. Кроме того, при сопровождении заведомо малоподвижных (неподвижных) объектов может быть значительно повышена чувствительность ОЭС путем межкадровой фильтрации сигналов изображений.Thus, the accuracy of the proposed ECO tracking contour is, firstly, equivalent to the accuracy of the optimal trajectory filter both in tracking mode and in extrapolation mode, which ensures a small fluctuation tracking error; secondly, taking into account a priori information about the carrier’s own motion can significantly reduce the dynamic tracking error, especially in extrapolation mode. The proposed technical solution can significantly increase the accuracy of tracking objects, which can provide both an increase in the number of simultaneously tracked objects and the stability of the transition from extrapolation mode to auto tracking mode. In addition, when accompanied by obviously inactive (stationary) objects, the sensitivity of the ECO can be significantly increased by interframe filtering of image signals.

Claims (3)

1. Оптико-электронная система сопровождения, содержащая блок задания программного перемещения, устройство прогнозирования координат, последовательно соединенные оптико-электронный блок, блок определения координат в стробе, коммутатор, блок формирования координат в растре и устройство наведения и стабилизации, а также последовательно соединенные датчик возмущения и формирователь логики инерционного сопровождения, при этом первый выход блока задания программного перемещения соединен со вторым входом коммутатора, выход блока формирования координат в растре соединен со вторым входом блока определения координат в стробе и первым входом устройства прогнозирования координат, выход формирователя логики инерционного сопровождения соединен с третьим входом блока определения координат в стробе, отличающаяся тем, что дополнительно введен датчик движения носителя, при этом блок задания программного перемещения дополнительно соединен со вторым входом устройства прогнозирования координат, выход датчика движения носителя соединен с третьим входом устройства прогнозирования координат, выход которого соединен с входом устройства наведения и стабилизации.1. An optical-electronic tracking system comprising a programmed motion assignment unit, a coordinate prediction device, an optical-electronic unit in series, a strobe coordinate determination unit, a switch, a raster coordinate formation unit and a guidance and stabilization device, as well as a disturbance sensor connected in series and a shaper of inertial tracking logic, while the first output of the program move job block is connected to the second input of the switch, the output of the block coordinate in the raster is connected to the second input of the coordinate determination unit in the strobe and the first input of the coordinate prediction device, the output of the inertial tracking logic generator is connected to the third input of the coordinate determination unit in the strobe, characterized in that an additional motion sensor is introduced, while the program task unit the movement is additionally connected to the second input of the coordinate prediction device, the output of the media motion sensor is connected to the third input of the predictive device coordinates, the output of which is connected to the input of the guidance and stabilization device. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство прогнозирования координат выполнено на основе последовательно соединенных первого сумматора, траекторного фильтра, второго сумматора и фильтра неизменяемой части, первый вход устройства прогнозирования координат соединен со вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом траекторного фильтра, выход последнего через первый блок задержки соединен с первым входом первого сумматора, третий инвертирующий вход которого через второй блок задержки подключен к третьему входу устройства прогнозирования координат, при этом третий вход устройства прогнозирования координат подключен также ко второму входу второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом траекторного фильтра, выход второго сумматора соединен с входом фильтра неизменной части, выход которого соединен с входом устройства наведения и стабилизации.2. The system according to claim 1, characterized in that the coordinate prediction device is based on a series-connected first adder, a trajectory filter, a second adder and a constant part filter, the first input of the coordinate prediction device is connected to the second input of the first adder, the output of which is connected to the input trajectory filter, the output of the latter through the first delay unit is connected to the first input of the first adder, the third inverting input of which through the second delay unit is connected to the third input the coordinate prediction device, while the third input of the coordinate prediction device is also connected to the second input of the second adder, the first input of which is connected to the output of the trajectory filter, the output of the second adder is connected to the input of the filter of the constant part, the output of which is connected to the input of the guidance and stabilization device. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что устройство прогнозирования координат выполнено с возможностью установки длительности экстраполяции по внешним сигналам, поступающим на его второй вход.
Figure 00000001
3. The system according to claim 2, characterized in that the coordinate prediction device is configured to set the extrapolation duration for external signals supplied to its second input.
Figure 00000001
RU2010112317/28U 2010-03-30 2010-03-30 OPTICAL ELECTRONIC SUPPORT SYSTEM RU106760U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010112317/28U RU106760U1 (en) 2010-03-30 2010-03-30 OPTICAL ELECTRONIC SUPPORT SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010112317/28U RU106760U1 (en) 2010-03-30 2010-03-30 OPTICAL ELECTRONIC SUPPORT SYSTEM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU106760U1 true RU106760U1 (en) 2011-07-20

Family

ID=44753018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010112317/28U RU106760U1 (en) 2010-03-30 2010-03-30 OPTICAL ELECTRONIC SUPPORT SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU106760U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724931C1 (en) * 2020-01-13 2020-06-26 Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (*ФКП "НИИ "Геодезия") Ammunition trajectory tracking method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724931C1 (en) * 2020-01-13 2020-06-26 Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (*ФКП "НИИ "Геодезия") Ammunition trajectory tracking method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105184776B (en) Method for tracking target
US9223007B2 (en) Kalman filtering with indirect noise measurements
US20210165077A1 (en) Radar data compensation method for mobile robot, device, and storage medium
US9501839B1 (en) Methods and systems for detecting moving objects in a sequence of image frames produced by sensors with inconsistent gain, offset, and dead pixels
CN106647257B (en) Feedforward control method based on orthogonal least squares
CN111766900B (en) Unmanned aerial vehicle high-precision autonomous landing system, method and storage medium
AU5407394A (en) Track filter bias estimation
CN110794397B (en) Target detection method and system based on camera and radar
RU106760U1 (en) OPTICAL ELECTRONIC SUPPORT SYSTEM
CN118151144B (en) Low-speed small target high-precision tracking measurement system
CN112346485B (en) Photoelectric tracking control method, system, electronic equipment and storage medium
CN108318867A (en) A kind of range migration correction method of sliding window arteries and veins group for alpha-beta tracking filter
RU2327188C1 (en) Integrated tracking and surveillance system
CN107664499B (en) On-line noise reduction method for accelerometer of ship strapdown inertial navigation system
JP6362523B2 (en) Wind measuring device
D'Ippolito et al. An adaptive multi-rate system for visual tracking in augmented reality applications
Rao et al. Combination of Pseudo Linear Estimator and modified gain bearings-only extended Kalman filter for passive target tracking in abnormal conditions
RU2083997C1 (en) Target elevation tracking system
CN113514823B (en) Multi-model maneuvering target tracking-before-detection method based on pseudo-spectrum
CN111757242A (en) Sea area communication beam control method and device based on AIS information calculation
RU2389041C2 (en) Combined system for tracking mobile objects
KR102353619B1 (en) Apparatus and method for radar target tracking
JP2014089057A (en) Tracking processing device and tracking processing method
Filyashkin Inertial-Satellite Navigation System for Unmanned Aerial Vehicles with Double-Deck Estimation of Flight-Navigation Parameters
CN115164888A (en) Error correction method and device, electronic equipment and storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
QB1K Licence on use of utility model

Free format text: LICENCE

Effective date: 20130423

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20140331

NF1K Reinstatement of utility model

Effective date: 20150610

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160331