Особенности построения оптоэлектронных регистрирующих систем для траекторных измерений Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Комаревцев Николай Владимирович, асп., elarkin@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DEFINITION OF CO-ORDINA TES OF RADIANCE SOURCE FROM A BOARD OF AIRCRAFT

A.A. Arshakyan, N. V. Komarevtsev

The method of definition of co-ordinates of radiance source from a board of aircraft is considered. Possibilities of accounting of additional factors when selection of sources are shown. A block diagram of the hardware and the software of transformation from geographical coordinates to pixels on electronic map.

Key words: radiance source, aircraft, radio source, the aircraft, coordinates, effect of Doppler.

Arshakyan Alexander Agabegovich, candidate of technical science, postgraduate, elarkin@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Komarevtsev Nicolay Vladimirovich, postgraduate, elarkin@mail.ru , Russia, Tula, Tula State University

УДК 623.54

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ РЕГИСТРИРУЮЩИХ СИСТЕМ ДЛЯ ТРАЕКТОРНЫХ

ИЗМЕРЕНИЙ

А.П. Чупахин, М.Л. Савин

Рассмотрены специфические особенности применения оптоэлектронных средств регистрации, располагающихся на опорно-поворотных платформах, для тра-екторных измерений. В основу изложения материала положен опыт создания мобильного автоматизированного измерительного комплекса (МАИК) ««Траектория».

Ключевые слова: видеорегистрация, измерительная аппаратура, электромеханическая следящая платформа, оптоэлектронные средства

Развитие высокотехнологичных летательных аппаратов специального назначения предъявляет все более возрастающие требования к проведению траекторных измерений, поэтому существующие средства траек-торных измерений не удовлетворяют в полной мере требованиям испытаний перспективного изделий без соответствующей модернизации [1]. За-

дача измерения траектории полета в настоящее время решается применением оптико-электронной и радиолокационной контрольно-измерительной аппаратуры, созданной более 30-40 лет назад, которая физически и морально устарела и не в состоянии обеспечить полноценное измерение параметров. Значительная инерционность технических средств при ручном или автоматическом сопровождении полета затрудняет, а в ряде случаев, не обеспечивает надежную регистрацию параметров движения. Фотохимическая обработка носителей с зарегистрированной историей полета затрудняет автоматизацию процесса обработки измерительной информации и увеличивает сроки проведения испытаний. Значительная масса и габаритные размеры таких часто используемых приборов, как кинофототеодолиты типа КФТ-10/20, и недостаточная надежность их работы после транспортировки не позволяют создавать на их базе мобильные измерительные комплексы.

В то же время, из иностранных источников известно, что для решения задач измерительной видеосъемки существуют как высокоточные стационарные измерительные комплексы, так и полностью автоматизированные оптико-электронные и телевизионные измерительные комплексы. Высокая точность измерения в данных системах обеспечивается современной технологией и элементной базой и сочетается с высокими динамическими характеристиками электромеханических следящих систем с обработкой результатов измерений на ЭВМ [2, 3]. Поэтому в настоящее время актуальной является задача разработки новой автоматизированной оптико-электронной измерительной следящей системы и специальных алгоритмов её работы, направленных на повышение точности и удобства измерения внешнетраекторных параметров изделий, а также для замены устаревших измерительных комплексов на современную аппаратуру.

Исходя из анализа имеющихся прототипов и аналогов разрабатываемой системы по данным эксплуатационной документации, патентной документации, рекламных проспектов, и пр. на существующую аппаратуру [1, 2, 3] были выявлены основные закономерности развития подобных устройств. Рис. 1 отражает логику построения следящих систем при решении основных проблем и задач, характерных для проектирования подобных систем. Из рис. 1 видно, что задача простого инженерного совмещения всех интересующих функций в проектируемой системе приводит к неизбежному росту ее массы и габаритов, образуя множество «порочных кругов» в логике ее построения, согласно которым большая масса и габариты системы приводят к необходимости еще большего увеличения массы и габаритов для выполнения начального технического задания и приемлемых условий эксплуатации, при прочих равных условиях. Одной из главных задач при разработке новой системы является создание такого сочетания конструктивных элементов изделия, при котором увеличение массы сводится к минимуму.

За основу конструкции новой системы, получившей название МАИК «Траектория», взята теодолитная компоновка, поскольку теодолит является одним из наиболее известных и широко распространенных высокоточных угломерных приборов. Принцип работы системы заключается в регистрации в цифровом виде изображения боеприпасов на компьютере и последующем расчете координат их положения. Старт регистрации осуществляется либо по внешнему сигналу датчика начала отсчета, либо программно с клавиатуры оператором. Начальное положение установки системы на местности должно быть выбрано исходя из предполагаемой траектории полета и классических представлениях о движении данного типа летательного аппарата.

МАИК «Траектория» (Рис. 2) состоит из комплекта выносного оборудования, к которому относится телевизионный теодолит, аппаратура передачи данных, две треноги, соединительные кабели, и комплекта лабораторного оборудования, куда входит система управления на базе промышленной ЭВМ, джойстик управления и блок питания [4]. Телевизионный теодолит состоит из трех основных модулей: электромеханической следящей платформы (ЭСП), телевизионной измерительной системы (ТИС) и телевизионной панорамной системы (ТПС), к каждому из которых изначально предъявляются определенные технические требования.

ЭСП предназначена для установки и наведения оптических модулей, находящихся на ней, на объект измерения, вычисления текущих угловых координат наведения в пространстве и ввода кодов углов в систему управления комплекса. Углы поворота вертикальной оси по углу азимута -не менее, чем от 0 до 180о, горизонтальной оси по углу места - от -5 до 90о. Максимальная угловая скорость вращения горизонтальной и вертикальной осей платформы должна быть не менее 50 0/с. У платформы должна быть возможность горизонтирования и она должна управляться дистанционно.

ТИС предназначена для высокоточного измерения угловых координат движения летательных аппаратов на начальном, активном и управляемом участках траектории, а также сохранения видеозаписи в память системы управления. ТИС должна производить обнаружение и сопровождение объекта в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. Среднеквадратическая ошибка (СКО) измерения координат изображения объекта в плоскости матричного приемника ТИС должна быть не более 30 угловых секунд.

ТПС предназначена для измерения в широком поле зрения и передачи в систему управления угловых координат движения объектов, сохранения видеозаписи в память системы управления. СКО измерения изображения объекта должна быть не более 50 угловых секунд. ТПС также перенимает измерительные функции ТИС, в случае выхода объекта из поля зрения последней.

05 ГЪ Cl

3

s

H

•X.

s; -e

fü

Cl «

Cl

s «

s;

Kj о

fco

CF

•>4

S

Я

Kj

Этап полигонной эксплуатации

Рис. 1. Основные блоки из состава комплекса

В подтверждение описанных преимуществ и удобства работы с МАИК «Траектория» ниже приводится таблица сравнения основных технических, эксплуатационных параметров и прочих количественных показателей разработанного комплекса с наиболее известными аналогами [1]. Все перечисленные в таблице комплексы предназначены для задач измерения параметров объектов авиационно-ракетного вооружения.

Основные характеристики МАИК «Траектория» и аналогов

Комплекс

о

Ч и

и

л

н о

о ^

о ^

^ СЗ

о ^

% &

К ■ о

^ Э

О £

о Н

^ ч

х ^

ей ^

сЗ

^ о

н о к

1-н

а-)

н 2

Я «

е ле Л К

Ю

о

со К

е л о

С

к

к ^

сЗ ё

л п О и

И ° т

к

со

о л с

ВИСМУТИН

10

30

20

25

пленка 16x18

-30 +50

10

6000

РАЗУМ

30

20

20

100

пленка 52x52

5-12

7000

ВИОЛА

30

30

240

пленка 16x18

6000

РЕДАН

15

пленка 180x180

650 2150

Дятел

25

ручной

пленка 180x180

-40

+50

4

600

Вереск-ЭК3

100

30

240

матрица 1600 x1200

-30 +50

10

950 16500

Велюр-ИТ

30

60

60

100

Ока

15

30

30

-30 +50

Вектор-О

10

>20 30

10

-30 +50

5

4

2

4

5

Окончание табл.

Комплекс СКП, угл. сек Мах скорость, угл.град/с Мах ускорение. угл.град/с2 Частота регистрац. Мах1, кадр/с Поле изображения, мм или пикселей Условия эксплуатации, °С Мощность, кВт Масса, кг СКП привязки к СЕВ, мкс

Юкон-М 3-5 15 15 - - - - - -

Сажень-ТМ 1-2 30 150 200 матрица 120

Сажень-ТА 5 30 30 320х256 10

Кратность - - - 480 матрица 1280х -30 +50 - на авто прице- 1

1024 пе

КФТ 10/20 30 ручной ~204 - 20 пленка 3 5 - - - 5000

ТРАЕКТОРИЯ 30 80 190 1000 матрица 2352 х1728 -30 +40 0,5 40 10

В таблице применены следующие обозначения: Значение достигается при сужении размеров поля изображения; Отсутствует электропривод (ручной способ сопровождения); для комплекса «Вереск-ЭК» максимальная угловая скорость различна для азимутального и для угломестного приводов и составляет соответственно 100 и 30 0/с; 4значение зависит от реакции оператора и определено экспериментально как реально достижимое по результатам многолетней эксплуатации

Таким образом, в статье проведен анализ ближайших аналогов оптико-электронного комплекса траекторных измерений, изложены основополагающие подходы к моделированию и оптимизации следящей измерительной системы. Выявлены основные проблемы при разработке комплекса, обозначены вытекающие из них пути решения конструктивных противоречий. В свете вышеизложенного наиболее убедительно представляется задача разработки главного узла измерительного комплекса - опорно-поворотного устройства по пути минимизации его массо-габаритных характеристик.

Список литературы

1. Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. XI Том. Под общей редакцией Иванова С.Б. Москва, Издательский дом «Оружие и технологии». 2005. 720 с.

2. Ларкин Е.В., Аршакян А.А. Наблюдение целей в информационно-измерительных системах // Сборник научных трудов Шестой Всероссийской научно-практической конференции «Системы управления электротехническими объектами «СУЭТО-6» Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 222 - 225.

3. Ларкин Е.В., Аршакян А.А. Оценка координат точечных источников сигналов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 3 - 10.

4. Елисеев А.К., Чупахин А.П., Лебедев А.А. Расчет параметров работы наземных следящих оптических видеорегистраторов для испытаний боеприпасов // Материалы Третьей Всерос. науч.-техн. конф. «Рдултовские чтения». СПб.: Балт. гос. техн. ун-т. 2013. 240 с.

Чупахин Антон Петрович, асп., elarkinamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Савин Максим Леонидович, асп., elarkinamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

FEATURES OF CONSTRUCTION OF OPTOELECTRONIC REGISTRA TION SYSTEMS FOR TRAJECTORY MEASUREMENTS

A.P. Chupakhin, М.Л. Savin

A specific features of application of use of optoelectronic equipment being placed on the support-rotating platforms for trajectory measurements are considered. To the base of presentation the experience of creation of mobile automated measuring complex (MAMC) "Trajectory " is putted on

Key words: video-registration, measurement equipment, electromechanical tracking platform, optoelectronic means.

Chupahin Anton Petrovich, postgraduate, elarkin@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

Savin Maxim Leonidovich, postgraduate, elarkin@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University