Аналогичным образом могут быть получены погрешности воспроизведения размеров по осям У и7:
Ау = —^-+1--"тт-— у,
G„
ОуУ
a
GvZ
Используя фактические значения индукции основного поля 5ц м и градиента 5х7)/В исследуемой точке М, получим окончательное выражение для погрешности воспроизведения размера по оси X: Ах= (Ром~ - 1 )Во/Ох + (1 - РхМ)х, где Ром =(ВМ - 50)/50 - относительная погрешность воспроизведения основного поля в точке М\ Рх^ = (Вх^ — Схх)/<7хх — относительная погрешность создания градиентного поля по оси X в точке М.
Аналогичным образом могут быть получены погрешности воспроизведения размеров по осям У и
АУ = (Ром ~ 1)Во/Оу + (1 - РуМ)у\ Дг = (Ром ~ ПА)/^ +
+ (1 — где коэффициенты Рум и Р^ аналогич-
ные погрешности градиентных систем по осям >'и /..
Коэффициенты Pqm, Px\i- Рум и PzM постоянны для стабильных сверхпроводящих магнитных систем и могут быть определены с помощью калибровочных поверочных образцов (деталей из непроводящих материалов). Поправочные коэффициенты должны быть меньше основных параметров: коэффициенты Pqm, l\\l-РуМ и Р. у не должны превышать предельных значений, при которых разрушается изображение.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. РФ 1404800. Способ измерения геометрических параметров деталей // Изобретения.
2. Иванов В.А., Неронов Ю.П., Вольняк К. К оценке рациональных параметров и времени накопления в ЯМР-то-мографии // Приборостроение. 1990. Т. 33. N° 3.
3. Парамонов П.П., Галайдин П.А., Юраков B.C. Влияние формы вырезающего градиента при селективном выделении слоя в ЯМР-томографе // Научное приборостроение. 1996. Т. 6. № 1.
4. Парамонов П.П., Рахматов М., Юраков B.C. Генератор периодических сигналов специальной формы // Научное приборостроение. 1996. Т. 6. N° 2.
Павел Павлович Парамонов — канд. техн. наук, директор-гл. конструктор ОКБ "Электроавтоматика".
® (812) 252-13-98 □
УДК 623.64:623.74
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ НАВИГАЦИИ ПИЛОТИРУЕМЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
П.П. Парамонов, Ю.А. Ильченко, И.О. Жаринов
Рассматривается одна из насущных проблем навигации пилотируемых летательных аппаратов — навигация по геофизическим картам местности. Приводится сравнительный анализ современных математических методов формирования косвенного описания картографических изображений, их достоинства и недостатки при решении задач авиационной индикации. Изложены подходы к использованию многомерных ортогональных преобразований изображения, аппарат статистической теории распознавания образов. Сформулированы выводы на основе анализа методик обработки изображения по выбранным показателям качества (точности, быстродействию, габаритам и энергопотреблению). Эффективными признаны методы статистической теории распознавания образов.
Сложность задач управления пилотируемыми летательными аппаратами привела к значительному увеличению уровня требований, предъявляемых к современным бортовым средствам навигации. Так, использование астрономических систем нередко ограничивается метеоусловиями и высотой полета, эффективность радиотехнических и радиолокационных систем снижают показатели помехозащищенности, скрытности и автономности работы и т. д. Особый интерес в последнее время получили системы навигации по геофизическим полям. Физические поля Земли, используемые в нави-
гации пилотируемых летательных аппаратов (ЛА), подразделяются, как известно [1, 2], на два класса:
• пространственные поля Земли, параметры которых определены в каждой точке околоземного пространства, — магнитное и гравитационное;
• поверхностные поля Земли, параметры которых определены лишь на земной поверхности, — поле рельефа местности, тепловое, оптическое, поле коэффициента отражения радиоволн.
Для получения информации о поверхностных полях Земли необходимо ее активное зондирование по-
средством радиотехнических, лазерных высотомеров и локаторов, либо пассивное зондирование посредством высотомеров и оптических визиров. Пространственные поля, определяемые в трехмерном пространстве, измеряются на борту летательного аппарата магнитооптической и гравиметрической аппаратурой. Поверхностные поля, доступные для контроля с летательных аппаратов, имеют место лишь над сухопутной территорией Земли. Пространственные же поля присутствуют над всей поверхностью Земли. Различные по своей физической природе геофизические поля обладают различной информативностью, помехозащищенностью, стабильностью во времени, зависимостью от метеоусловий [1, 2].
Одним из основных вопросов, определяющих возможность практического использования тех или иных физических полей в целях навигации, являются наличие карт поля и возможность пополнения этой информации. Поле теплового и радиолокационного контрастов допускают составление приближенных карт с помощью синтеза по аэрокосмическим фотоснимкам и заранее подготовленным картам кажущихся температур, а также коэффициентов отражения земных покровов.
Сопоставление поверхностных полей позволяет выделить в качестве основных для навигации над участками земной поверхности поля рельефа местности, характеризующиеся высокими значениями всех показателей, определяющих его практическую применимость. Поле рельефа Земли характеризуется взаимным расположением высот (перепадов высот местности) относительно некоторого начального уровня в выбранной системе координат. Особенностями поля рельефа местности как навигационного поля являются [1, 2]:
• высокая стабильность и живучесть;
• относительно хорошая изученность и картографическая обеспеченность (топографические карты);
• возможность создания высокопроизводительных систем картообеспечения.
Развивающаяся в настоящее время геометрия рельефа основывается на представлении о земной поверхности как о распределении поля ее высот. Наиболее распространенное изображение поля высот на плоской поверхности (карте) — изображение в виде изолиний высот, получивших название горизонталей. Этот способ изображения позволяет получить количественную информацию о рельефе, т. е. содержит черты образности. Оцифровка горизонталей дает информацию о величине перепада высот рельефа вдоль любого направления движения.
Бортовой навигационный комплекс современного летательного аппарата весьма сложен. При решении задач индикации текущих значений координат и выработки корректирующих сигналов выполняется много разнородных операций. Режим работы навигационной системы пилотируемого летательного аппарата, когда ее выходные сигналы не используются для управления движением летательного аппарата получил название индикаторного режима [1, 2]. Индикаторный режим используется в течение более или менее длительного времени, например, при поисковом облете заданного района. В этом случае нет необходимости точно придерживаться заранее намеченной траектории, и управ-
ление летательным аппаратом может осуществляться на основе угловой стабилизации и стабилизации высоты. Картографическая информация о земной поверхности в индикаторном режиме полета летательного аппарата отображается на экране многофункционального цветного индикатора МФИ, входящего в состав бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО).
К навигационной системе предъявляется много разнородных требований [1, 2], таких как:
• большая дальность действия, определяемая величиной радиуса действия ЛА;
• высокая точность определения координат местоположения ЛА и составляющих вектора его скорости;
• возможность автономной работы ЛА (без связи с Землей);
• малые масса, габаритные размеры и энергопотребление;
• высокая надежность работы.
При определении алгоритмов преобразования данных и путей их реализации в вычислительной машине БЦВМ следует, вообще говоря, принимать во внимание все требования. Между некоторыми из них необходимо искать разумный компромисс. В частности, повышение точности обычно приводит к снижению надежности и требует увеличения массы и габаритных размеров. Однако, в дальнейшем основным считается требование возможно большей точности, остальные требования учитываются лишь косвенно: если оптимальные алгоритмы обработки данных оказываются слишком сложными, определяются их более простые приближенные формы, при которых облегчается практическая реализация. Повышение точности навигационных систем пилотируемых ЛА в целом может быть реализовано путем прогресса по двум составляющим:
• совершенствованием самих навигационных приборов и расширением состава БРЭО;
• улучшением качества обработки данных. Первый путь является, как правило, основным, однако не всегда возможным и оптимальным.
В основе современных бортовых систем индикации и навигации ЛА используется принцип отображения картографической информации о рельефе местности земной поверхности на основе статистического кодирования фрагментов изображения. Дело в том, что области земной поверхности со сложным рельефом не поддаются аппроксимации функциональными зависимостями. Методы математического описания таких областей вытекают из представления о рельефе как о случайном распределении поля высот. Часто полагают [1,2], что поле рельефа, как и любое другое геофизическое поле, имеет случайное распределение в пространстве (на двумерной плоскости). Однако в каждой заданной точке интенсивность стационарного во времени геофизического поля является детерминированной величиной. Статистические характеристики подобных полей могут быть получены, строго говоря, только с привлечением некоторого вероятностного механизма. Таким механизмом, в частности, может быть случайное распределение точек (х, у) в области 5 на заданной поверхности, характеризуемое соответствующей функцией плотности вероятности р(х, у).
16
Вепвогв & Зуэгетэ • № 8.2001
Любая система, предназначенная для передачи и (или) воспроизведения изображения, вносит искажения и помехи, так что репродукция всегда отличается от оригинала. Помехи, вносимые системой, налагают принципиальные ограничения на возможности коррекции воспроизводимых изображений [3]. При проектировании системы задаются тем или иным критерием качества, в пределах которого оптимизируются параметры. Успешность оптимизации в значительной степени
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.