Методы обработки графической информации для повышения точности приборов астроориентации космического базирования (1025362), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Для этогопервично строится профиль изображения звезды путем суммирования отсчетовортогонально измеряемому направлению17ynV(i)vi xj  y0xnV ( j )  v j yi  x0при x  xi ,при y  y j ,затем отсчеты каждого профиля суммируются слева направо и справа налево дляполучения рядов последовательных сумм:x  /2x Px ( x)  Vx (i )   F ( x)dx,i  x1xi  /2xn  /2xn Rx ( x)  Vx (i )   F ( x)dx,i xx  /2x   x1 : xn .Поскольку каждый из построенных рядов представляет собой монотоннуюфункцию, то производится их линеаризация с помощью обратной:x  x01*P'(x)E(P(x)),n 2 R '( x)  E 1 ( R * ( x))  x  x0 ,n 2x  x1 , ..., xn ,x  xn , ..., x1.В соответствии с предложенной аппроксимацией, ей является обратнаяфункция к обобщенной функции ошибок, которая вычисляется с помощью простогоприближения, имеющего точность эквивалентную разложению в ряд при 2000слагаемых:10.85n1a5  ln()   e n , b  1  x 3En1 ( x)  1 1 a  n 5 0.85)   e n  ln(x 3 b x  0.5,x  0.5.На Рисунке 8 представлен пример преобразования.

Линией черного цветаобозначена непрерывная форма пятна по одной из осей, серым цветом построенный18на ней профиль. Линиями красного и синего цвета на (а) отображены рядыинтегральных сумм, а на (б) их линеаризованные значения.Рисунок 8. Сформированные последовательности сумм по исходным даннымВидно, что положению энергетического центра соответствует пересечениекаждой прямой с осью абсцисс. Координата вычисляется с помощью решения двухлинейных уравнений, и в качестве конечного результата берется их среднееарифметическое для снижения воздействия шума:1 xnˆx 0 P n   2  P '( xk )  xkk  x1,xn1 xˆ  2  R '( xk )  xk 0 R n kx1xˆ0 xˆ0 P  xˆ0 R.2НаРисунке9показанполученный в ходе работы графикзависимостивычислительнойсложности от размера кластера влогарифмическомразработанногоимасштабедлясуществующихметодов.

По результатам оценок,Рисунок 9. Зависимость количества операций от размеракластера для различных методовпредложенный метод имеет в 7 разбольшую сложность вычислений поотношению к наиболее популярному методу CoG, однако он в 13 раз проще длявычисления схожего метода ИФО и в 40 раз проще метода ВК при шагесканирования в 0,1 пикселя.19Длясравненияхарактеристикповышения точности в соответствии собозначенными критериями при обработкеинформацииразличнымипроизводилисьметодамипараметрическоемоделирование сигнальных кластеров истатистическая оценка результата.На Рисунке 10 в виде графиковпоказаныполучениесистематическойошибкикластераиотклоненияслучайнойзависимостиотразмерасреднеквадратичногоошибкиототношения сигнал/шум.Порезультатампроведенныхисследований, предложенный метод присовпадении формы пятна с предлагаемойаппроксимациейРисунок 10.

Ошибки измерения координатсистематикойимеетошибкипорядок10-5,чтозначительно меньше, чем у аналогов. Приэтом случайная ошибка измерения предлагаемым методом отклоняется отслучайной ошибки метода CoG не более чем на 1%.Применение предложенного метода измерения координат энергетическогоцентра изображения звезды повысит точность измерений направлений на каждыйвизируемый ориентир и, следовательно, повысит точность измерения ориентацииастродатчиками.Седьмая глава посвящена экспериментальному исследованию и апробациивыбранных путей повышения точности и разработанных методов при их внедрениив систему обработки информации АД космического базирования.

Исследуетсяповышение числа регистрируемых звезд, снижение ошибки измерения их координати итоговое увеличение точности измерения ориентации.20Для получения предварительных результатов использовался натурный стенд имакет астроприбора, с помощью которых в темное время суток осуществлялся сборвидеоданных при известных условиях съемки. В результате была собрана базаизображений, которая в дальнейшем применялась в качестве входной информациидля моделирования алгоритмической системы с наиболее популярными ипредлагаемыми методами обработки графической информации.Для подтверждения полученных результатов при внедрении предложенных вработе методов производилась обработка видеоданных, полученных от оптикоэлектронного прибора, функционирующего на орбите в составе КА. Данныевидеозаписи отображают реальное содержание графической информации придлительной эксплуатации астроприбора.На Рисунке 11 показаназависимостьколичестварегистрируемыхзвездвремениобработкеприотодного из видеоизображений,Рисунок 11.

Количество обнаруженных звездполученныхнастендеиспользованиипринатурномнаилучшего и предлагаемогометода предварительного обнаружения и определения контуров изображений звезд.Из представленного графика видно, что число правильно обнаруживаемых звезд прииспользовании предлагаемого метода возросло. По результатам обработкиизображений, полученных из космоса, прирост количества звезд составил 25%.На Рисунке 12 изображены результаты измерения координат энергетическогоцентра звезды с применением наиболее популярного (CoG) и предлагаемого (ПМИ)решений. В ходе проведенных исследований, снижение общего СКО координат прииспользованииразработанногометодасоставило30%засчетснижениясистематической ошибки измерения по отношению к наиболее популярному методувзвешенных сумм.21НаРисунке13представленырезультаты оценки повышения точностиизмерения ориентации астродатчикамиприиспользованиинаиболеечастосовокупностиприменяемыхипредложенных в ходе исследованияметодов.

Графики представляют собойотклонениятраекторииотаппроксимированнойпроекцийизмереннойориентации по трем осям в зависимостиРисунок 12. Измерения координат звездыот времени.Рисунок 13. Среднеквадратичная ошибка измерения ориентацииИз представленных данных видно, что внедрение разработанных методовповысило точность измерения ориентации в 1,5 раза по осям, перпендикулярнымоси визирования прибора, и в 1,7 раз по вращению вокруг неё.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе диссертационного исследования была повышена точность измеренияориентации астродатчиков космического базирования в 1,5 раза в результатевнедрения в систему обработки графической информации АД разработанных22методов.

Результат был подтверждён с помощью обработки данных, полученных отфункционирующего на орбите прибора. Так же были получены следующиеосновные научные и практические результаты:1. Произведен анализ системы алгоритмической обработки данных в АДкосмического базирования и выполнен поиск наиболее критичныхэлементовспозицииточностиизмеренияориентации:этапапредварительного обнаружения и определения контуров изображений звезди этапа измерения координат их энергетических центров.2. Разработана структурная модель процесса предварительного обнаружения,позволяющая производить независимое рассмотрение и совершенствованиееё составных элементов.3.

Разработанметодустойчивойоценкипараметровнормальногораспределения при наличии правосторонних выбросов, исследованы егохарактеристики и произведено его сравнение с методами того же класса,применяемыми в технических системах.4. Разработан метод предварительного обнаружения и определения контуровизображений звезд, исследованы его характеристики в соответствии сосформированнымитребованиямиповышенияточности,произведенсравнительный анализ с существующими решениями.5.

Разработанметодизмерениякоординатэнергетическихцентровизображений звезд, исследованы его характеристики в соответствии сосформированнымитребованиямиповышенияточности,произведенсравнительный анализ с применяемыми методами.ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1. *Осадчий И.С., Переверзев А.Л. Классификация аппаратных структур исравнительный анализ быстродействующих медианных фильтров //Известия вузов. Электроника, 2011 г., №1, с. 57-63.2. *Осадчий И.С., Трещалин А.П., Богданов В.П., Иванов Н.А., Митин Е.В.,Лобанов О.В., Пашук В.В., Прыгунов М.О.

Влияние интенсивности23ионизирующего излучения на распределение темного тока в пикслеях ПЗСматриц // Вопросы атомной науки и техники, 2014 г., №1, с. 49-51.3. *Осадчий И.С., Трещалин А.П., Богданов В.П., Определение положениябыстродвижущегосямалоконтрастногообъектаназашумленномизображении // Журнал Радиоэлектроники, 2014 г., №3, 16 стр.4. *Осадчий И.С.

Метод оценки параметров распределения гауссовскогошумадлязадачобнаруженияимпульсногосигнала//ЖурналРадиоэлектроники, 2015 г., №4, 27 стр.5. *Осадчий И.С. Метод субпиксельного измерения координат изображенийзвезд для приборов астроориентации космического базирования // ЖурналРадиоэлектроники, 2015 г., №5, 25 стр.6. ОсадчийИ.С.Классификацияструктурисравнительныйанализбыстродействующих медианных фильтров. Тезисы докладов. - 17-аяВсероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов иаспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2010". МИЭТ.7. Осадчий И.С. Разработка и сравнительный анализ аппаратной структурыбыстродействующего одномерного рангового фильтра.

Сборник статей 16ой международной научно-практической конференции "Фундаментальныеи прикладные исследования, разработка и применение высоких технологийв промышленности и экономике", 2013 г., Санкт-Петербург, ИздательствоПолитехнического университета.8. Осадчий И.С., Трещалин А.П., Классификация методов предварительногообнаруженияизображенийзвезддляприборовастроориентациикосмического базирования. // Тезисы 3-ей международной научнопрактической конференции «Новейшие исследования в современной науке:опыт, традиции, инновации», 2015 г., Москва, Научно-издательский центр«Открытие».* - перечень журналов ВАК..

Характеристики

Список файлов диссертации