Методика оценки эффективности обнаружения объектов



Скачать 130.94 Kb.
страница1/2
Дата30.09.2019
Размер130.94 Kb.
Название файлаМетодика оценки эффективности.docx
  1   2

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

ТЕПЛОВИЗИОННЫМИ СРЕДСТВАМИ


Излагаются принципы построения и основные положения методики расчета вероятности обнаружения объектов тепловизионными средствами на заданной дальности

Ключевые слова: методика оценки эффективности, математические модели, тепловизионные средства, инфракрасный диапазон, коэффициенты пропускания, разность температур


Рассматриваемая методика предназначена для оценки возможностей тепловизионных средств разведки по обнаружению объектов в диапазонах 3 – 5 и 8 – 14 мкм. Выходными показателями методики являются вероятности обнаружения объекта на заданной дальности тепловизионными приборами (ТВП) наземного и воздушного базирования, использующими матричные (несканирующие) фотоприемные устройства(МФПУ). Эти показатели могут использоваться в качестве исходных в методиках более высокого уровня [1].

В основу методики положены математические модели современных тепловизионных приборов [2-4], математические модели процесса обнаружения пространственно-протяженных объектов по их изображениям [5,6], процессы рассеяния и поглощения инфракрасного (ИК) излучения в атмосфере [7,8], процессы линейной фильтрации излучения многокомпонентной системой [9].

При разработке методики были приняты следующие ограничения и допущения:

а) вероятность обнаружения объекта определяется в статическом режиме работы, то есть при неограниченном времени наблюдения (поиска) объекта на тепловизионном изображении или при наблюдении объекта, возможное местоположение которого точно известно;

б) в методике не учитываются аберрационные искажения на изображениях, полученных ТВП с короткофокусной оптикой;

в) принимается, что функция передачи модуляции ТВП, как многокомпонентной системы, содержащей объектив, фотоприемник, усилитель, видеоконтрольное устройство, аппроксимируется гауссовской зависимостью;

г) при проведении расчетов предполагается, что неподвижный объект расположен неравномерном фоне.

Исходными данными для проведения расчетов с использованием рассматриваемой методики являются следующие характеристики:

а) по объекту:

- изображение исследуемого объекта, полученное в результате непосредственных измерений или с помощью компьютерного синтезирования;

- линейные размеры объекта lоб×bоб м;

-средняя разность радиационных температур объекта и фона TR, K;

-площадь объекта Sоб, м2;

б) по ТВП:

-фокусное расстояние объектива f, мм;

-спектральный коэффициент пропускания объектива tоб(l);

-относительное отверстие объектива e ;

-нижняя и верхняя границы спектрального рабочего диапазона l1 и l2 мкм;

-спектральный коэффициент пропускания оптического фильтра tф(l);

в) по МФПУ:

- размеры элементов по строке и по кадру ас×ак, мкм;

-шаг элементов по строке и по кадру с×к, мкм;

-число элементов (формат) по строке и по кадру Rc ×Rк;

-удельная обнаружительная способность D* (l ) , см Гц1/2/Вт;

-частота кадров, для которой определены пороговые характеристики ФПУ, 0 F , Гц;

-разброс (неоднородности) чувствительности отдельных элементов ФПУ, Sотн;

-разность температур, эквивалентная шуму МФПУ Tо, K;

г) по видеоконтрольному устройству (ВКУ):

-число элементов (формат изображения) по строке и кадру nс×nк;

-частота кадров F, Гц (обычно 25 Гц);

-постоянная времени глаза Тгл.

д) по условиям применения ТВП:

- высота расположения ТВП H1, км;

-высота расположения объекта H2, км;

-угол визирования объекта, отсчитываемый от вертикали J , град;

-метеорологическая дальность видимости Sm, км;

-температура фона t, C0;

-температура воздуха tв, C0;

-абсолютная влажность воздуха W, г/м3;

-относительная влажность воздуха f %;

-коэффициенты n0, n1, n2, отвечающие данной метеосиноптической ситуации;

-структурная постоянная турбулентной атмосферы Cn(0), м-2/3.

Ниже приводится содержание разработанной методики, основные положения которой сводятся к следующему.

Изображение объекта в картинной плоскости представляется в виде совокупности распределения радиационных температур элементов объекта и фона наблюдения. На ВКУ человек-оператор осуществляет обнаружение объекта. Согласно современным представлениям зрительный анализатор человека, наблюдающего изображение объектов, при определенных условиях ведет себя подобно оптимальному линейному фильтру, согласованного с формой этого изображения [9]. Поэтому вероятность обнаружения объекта P определяется исключительно воспринимаемым отношением сигнал/шум q на выходе данного анализатора [9,11].


P = 1 / 2[1 + F (q - q0], (1)
где F(x) – интеграл вероятности; q0 =3,2 – относительный пороговый уровень, соответствующий субъективно оптимальному уровню видности шума на изображении фона.

Для современных ТВП значение q определяется выражением [9]


, (2)
где - коэффициенты пропускания атмосферы, оптики и оптического фильтра соответственно в рассматриваемом диапазоне спектра; - коэффициент, учитывающий пространственное накопление сигналов в зрительном анализаторе; - коэффициент, учитывающий уменьшение контраста изображения объекта за счет его линейной (пространственной и временной) фильтрации в канале ТВП и зрительного анализатора; r - коэффициент, учитывающий временное накопление сигналов зрительным анализатором в смежных кадрах;

- коэффициент, учитывающий тот факт, что в отличие от сканирующих ТВП, в современных ТВП основные компоненты шума (фотонный и тепловой шум элемента МФП), определяющие его порог чувствительности, существуют в шумовой полосе не эталонного фильтра, равной [10], где t - время считывания (аналог времени опроса), а интегратора, составляющей 1 / 2 и и , что дает для современных ТВП

; - разность температур, эквивалентная временному и пространственному шуму, соответственно.

Рассмотрим порядок расчета коэффициентов n0, a0,r,входящих в (2).



Величина n0 находится из зависимости обнаруживаемого контраста от углового размера изображения объекта и в соответствии с [2] определяется в виде


Здесь , - эффективные размеры объекта, то есть, пересчитанные в картинную плоскость размеры его эквивалентного изображения (с учетом размытия изображения в канале ТВП); где D - дальность до объекта, -элементарное поле зрения ТВП, определяемое как


Значения и находятся из следующих выражений


Коэффициент определяется при допущении, что зрительный анализатор является

оптимальным линейным фильтром, согласованным с изображением объекта [10]


,
где S - спектр объекта с эквивалентными размерами то есть с размерами прямоугольника, имеющего площадь и соотношение сторон такие же, как у объекта, и определяемые как



- угловые частоты, - функция передачи модуляции (ФПМ) ТВП, как многокомпонентной системы, представляющая произведение ФПМ объектива, фотоприемника, усилителя и видеоконтрольного устройства, которая в соответствии с [9] аппроксимирована гауссовской зависимостью вида


Исходя из данного определения коэффициент



представлен в виде [9]

Рассчитанные по формуле (10) значения функции f (x) представлены в табл.1.





Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©coolnew.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Теоретические основы
Лабораторная работа
Общая характеристика
Методические указания
Рабочая программа
Теоретические аспекты
Дипломная работа
Пояснительная записка
Методические рекомендации
Практическая работа
Федеральное государственное
История развития
Основная часть
Общие сведения
Направление подготовки
государственное бюджетное
Теоретическая часть
Физическая культура
Учебное пособие
Самостоятельная работа
История возникновения
Методическая разработка
Краткая характеристика
Выпускная квалификационная
квалификационная работа
Практическое задание
бюджетное учреждение
Гражданское право
государственное образовательное
Название дисциплины
Российская академия
образовательное бюджетное
Общие положения
Понятие сущность
Уголовное право
Общая часть
Современное состояние
теоретические основы
история возникновения
Техническое задание
Финансовое планирование
образовательная организация
Финансовое право
прохождении учебной
Фамилия студента
Правовое регулирование
Государственное управление
Теория государства
Экономическая теория