Модуль математической модели функционирования активного канала изделия при наведении на объект

В матричном ЛК могут использоваться два измерителя координат отслеживаемой цели: на больших дальностях – светоконтрастный, на малых – корреляционный. Выбор типа измерителя в головке самонаведения происходит автоматически на основе анализа площадей следящего строба и цели. Угловой размер строба составляет ~0,5^о. Если цель занимает менее половины площади строба, для наведения используется светоконтрастный измеритель, в противном случае используется корреляционный измеритель. Анализ площадей строба и цели осуществляется постоянно в течение всего времени полёта ракеты к цели.

Для формирования сигналов рассогласования в светоконтрастном измерителе из напряжений строчной и кадровой разверток формируются стробирующие сигналы в виде двух полустробов по строкам и по кадру. Обработке подвергаются лишь видеосигналы изображения, находящиеся в пределах прямоугольного строба в центре экрана, задаваемого блоком анализа и коммутации. Формирование сигналов рассогласования осуществляется за счет интегрирования в течение кадра видеосигналов изображения в каждом полустробе и последующем их попарном сравнении.

В ГСН может быть использована яркостная 2-х градационная обработка видеосигнала.

Освещенность мишени видикона от цели и фона определяется выражением:

Е_c=В_c h_оп S_вх /f_об²;

Е_ф=В_ф h_оп S_вх /f_об²,

где h_оп – коэффициент пропускания оптической системы;

f_об – фокусное расстояние объектива;

S_вх – площадь входного зрачка объектива.

Суммарная яркость от цели и фона с учетом дымки:

В_с=j Е₀(r_сТ+(1+0,25 r_ф)(1-Т))/p;

В_ф=j Е₀(r_фТ+(1+0,25 r_ф)(1-Т))/p,

где Т – прозрачность атмосферы,

Т=exp(-t(H));

t(Н)=2(1-e^-H) / (S_мдв×sinJ_с);

J_с – угол между линией визирования и горизонтом;

S_мдв – метеорологическая дальность видимости;

r_ф, r_с – коэффициенты отражения фона и цели, определяемые типом местности, отражательными характеристиками цели и маскировкой;

j – угол Солнца над горизонтом;

Е₀ – освещенность земной поверхности, определяемая облачностью,

Е₀Î[0.6×10³, 2.2×10³] лк/град (сплошная облачность–открытое Солнце).

Выбранная модель цели может быть наложена на любой фон. При этом окружающее фоновое образование целесообразно моделировать методом формирующего фильтра с корреляционной функцией вида

к(х)=Ае^-aïXï.

Радиус корреляции типовых фонов обычно составляет 25…30 м.

Перевод любой точки K просматриваемой поверхности в фокальную плоскость осуществляется на основе решения уравнения:

(x_f, y_f, z_f)^т=А_p А_1g(x_к-x_р, y_к-y_р, z_к-z_р)^т,

где x_к, y_к, z_к – координаты точки в земной системе координат (ЗСК);

x_р, y_р, z_р - положение ракеты в ЗСК;

А_p=f (j_в, j_н) – матрица перехода между связанной системой координат (ССК) ЛА и АСК.

A_g – матрица перехода из ЗСК в СК координатора,

A_g= A_р A,

A_р – матрица перехода из ССК в СК координатора,

cosj_н cosj_в sinj_в –sinj_н cosj_в

А_р= –cosj_н sinj_в cosj_в sinj_н sinj_в;

sinj_н 0 cosj_н

Положение точки подстилающей поверхности, можно определить на основе решения уравнений:

x_тi=H_р(D_2iа_gi(3,1)-D_1iа_gi(2,1)-f_оба_gi(1,1))/(D_1iа_gi(2,2)-D_2iа_gi(3,2)-f_оба_gi(1,2));

z_тi=H_р(D_2iа_gi(3,3)-D_1iа_gi(2,3)-f_оба_gi(1,3))/(D_1iа_gi(2,2)-D_2iа_gi(3,2)-f_оба_gi(1,2));

где D_1i, D_2i – расстояния от центра видикона, соответствующие i-ой точке изображения;

а_gi (n, m) – элементы матрицы перехода из АСК в ЗСК;

x_р, H_р, z_р – координаты ракеты;

x_gтi=x_р+x_тi;

z_gтi=z_р+z_тi.

Информация об изображении мишенной обстановки в виде напряжения видеосигнала,

U_ij=1,5E, E < E_пор;

U_ij=7,75, Е ³ E_пор,

поступает для двухградационной обработки относительно эталонного уровня.

Здесь i, j – дискретные координаты элемента мишени;

Е – освещенность элемента.

Обработка в окне (стробе) заключается в отыскании координат центра тяжести изображения y_т и z_т:

y_т= S_y(i, j) / S(i, j);

z_т= S_z (i, j) / S(i, j),

где 2n´2m – размеры окна (строба) в дискретных элементах;

S_y(i, j)=j, U_op1<U_ij<U_op2;

S_y(i, j)=0, (U_ij³U_op2) Ú (U_ij£U_op1);

S_z(i, j)=i, U_op1<U_ij<U_op2;

S_z(i, j)=0, (U_ij³U_op2) Ú (U_ij£U_op1);

S(i, j)=1, U_op1<U_ij<U_op2;

S(i, j)=0, (U_ij³U_op2) Ú (U_ij£U_op1);

U_op1, U_op2 – опорные напряжения эталонного сигнала.

Координаты нового положения окна на последующем шаге обработки информации:

y_ст(к)=y_ст(к-1)+U_т;

z_ст(к)=z_ст(к-1)+Z_т,

а линейное рассогласование центра мишени видикона и стробирующего окна

D₁=y_ст m_у,

D₂=z_ст m_z,

где m_y, m_z – масштабные коэффициенты.

За эталонный (опорный) сигнал принимается сигнал центрального элемента окна – строба:

U_op(k)=U(y_ст(к), z_ст(к)), 0,95 U_op(k–1)£U(y_ст(к), z_ст(к))£1,05 U_op(k–1);

U_op(k)=U_op(k-1)+0,005, U(y_ст(к), z_ст(к)) > 1,05 U_op(k–1);

U_op(k)=U_op(k-1)-0,005, U(y_ст(к), z_ст(к)) < 0,95 U_op(k-1);

U_op1=0,9 U_op;

U_op2=1,1×U_op,

к – номер шага обработки информации.

Для совмещения центра окна стробирования с оптической осью ГСН вырабатываются сигналы коррекции гироплатформы:

U_1у=K_yy×D₁;

U_1z=K_yz×D₂;

U₂₁=(U_1y-U₂₁)/T;

U₂₂=(U_1z-U₂₂)/T;

U_wi=U_2i, |U_2i|£U_max;

U_wi=U_max sign(U_2i), |U_2i|>U_max.

Т – постоянная времени тракта обработки видеосигнала.

После обработки линейных рассогласований и усиления получаем сигналы в вертикальном (1) и горизонтальном (2) каналах U_кор1 и U_кор2.

Недостатком метода такой обработки видеосигнала является возможность срыва наведения на малых дальностях до цели, когда размеры контрастного изображения не умещаются в строб обработки сигнала. В этом случае ГСН либо «цепляется» за угол объекта либо ведёт себя непредсказуемо.

В отличие от яркостной обработки видеосигнала лазерная головка самонаведения с корреляционной обработкой изображения объекта ищет "образ" контрастного объекта, захваченного в ограниченный строб изображения при нацеливании на выделенный на фоне объект и запомненный в оперативном запоминающем устройстве ГСН, на текущем изображении поля зрения ГСН, определяет его смещение в поле зрения ГСН и вырабатывает сигнал коррекции, пропорциональный этому смещению.

В основу работы корреляционного измерителя положена цифровая обработка изображений. С этой целью аналоговое изображение в пределах строба слежения дискретизируется по времени и квантуется по яркости. Преобразование в цифровую форму вдоль строки ведется с такой дискретностью, которая соответствует межстрочному расстоянию, т.е. с равным разрешением по вертикали и горизонтали. Для формирования сигналов рассогласования в корреляционном измерителе используется сдвиг текущего изображения цели относительно эталонного изображения, записанного в память ГСН в момент захвата цели на сопровождение или в момент перехода от светоконтрастного режима наведения к корреляционному. Интервал перезаписи эталонного изображения составляет 0,1…0,2 с. Измерение сдвига текущего и эталонного изображений основано на вычислении пространственной корреляционной функции этих изображений и определения положения ее максимума, соответствующего совпадению изображений. За счет введения при вычислении пространственной корреляционной функции изображений операции дифференцирования по сдвиговой переменной в измерителе формируется пеленгационная характеристика, с помощью которой сразу же определяется знак и величина управляющего сигнала.

Взаимная корреляционная функция двух изображений cor_i,j: образа объекта О и изображения поля зрения F строится следующим образом

cor_i,j= O_n,m ∙ F_n+i,m+j.

По координатам максимума этой матрицы,

(i^*, j^*)^т=arg max cor_i,j,

находится смещение изображения относительно его центра с координатами i_c и j_c

k_y=j^*–j_c;

k_x=i^*–i_c.

Далее алгоритм наведения совпадает с алгоритмом яркостной обработки видеосигнала, описанным выше.

Достоинствами корреляционного метода обработки сигнала являются:

возможность «произвольного» выбора точки прицеливания на протяжённом объекте;

возможность обработки изображений с меньшими контрастами, чем для светоконтрастного метода (более 0.02);

возможность обработки телевизионных, тепловизионных и лазерных изображений.

Недостатком корреляционного метода обработки сигнала является необходимость наличия высокоскоростного процессора для быстрого расчёта корреляционной функции, особенно для сверхзвукового носителя.

Исследования на математической имитационной модели для оценки промахов носителя с ЛГСН по образцам наземной техники проводилась для ЛГСН с фотоприемником. ГСН обрабатывает суммарный сигнал с площадок координатора U_S, лежащий в диапазоне

U_пор £ U_S £ U_m,

где U_пор – пороговое напряжение;

U_m – максимальные значения сигнала на выходе координатора;

U_S=k_т h_опт Ф_вх S_экв S_S/S_кр,

k_т – токовая чувствительность фотосопротивления;

S_экв – эквивалентная площадь оптики;

h_опт – коэффициент пропускания оптики;

S_S – площадь засветки чувствительных площадок координатора;

S_кр – площадь сечения пучка излучения,

S_кр=pr²;

r – радиус пятна излучения на чувствительных площадках координатора;

r=о₀+о₁h+о₂h²+f d_п sine_p / (2D_pп);

r = о₀+о₁h+о₂h²+о₃ D_нп sine_P / (D_pп sine_н),

о₀, о₁, о₂, о₃ – коэффициенты оптической системы;

h – угловой размер пятна подсвета;

f – фокусное расстояние оптики;

d_п – диаметр пятна подсвета на земле;

D_рп – дальность от ОЭС до точки подсвета;

D_нп – дальность от носителя до точки подсвета,.

Дата добавления: 2014-10-17