Предварительные результаты оценки влияния геометрических искажений на точностные характеристики цветной оптической КЭСНН ЛА

УДК 629.052.9

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ИСКАЖЕНИЙ НА ТОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦВЕТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ КЭСНН ЛА

В.В. Щербинин, Ю.С. Васильева, А.В. Шевцов, Е.В. Шевцова

Одним из перспективных направлений развития систем коррекции ЛА являются цветные (RGB) оптические корреляционно-экстремальные системы навигации и наведения. На функционирование цветной оптической корреляционно-экстремальной системы навигации и наведения ЛА могут оказывать влияние различные помеховые факторы, приводящие к искажениям текущего изображения относительно эталонного. Рассматриваются предварительные результаты сравнительной оценки влияния одного из видов помеховых факторов - курсовых искажений текущего изображения относительно эталонного - на точностные характеристики цветной и монохромных оптических корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения ЛА.

Ключевые слова: корреляционно-экстремальные системы навигации и наведения, информативный параметр, навигационное поле.

Современные высокоточные системы управления летательных аппаратов (ЛА) базируются на комплексировании инерциальных навигационных систем с высокоточными системами навигации и наведения. Среди различных видов систем навигации и наведения оптические корреляционно-экстремальные системы навигации и наведения (КЭСНН), функционирующие по геофизическим полям Земли (в рассматриваемом случае по оптическому навигационному полю), получили достаточно широкое распространение. Перспективным направлением развития оптических КЭСНН является использование спектральных отражательных характеристик местности для формирования эталонного и текущего изображений. Одной из форм использования таких характеристик является формирование цветных (RGB) изображений [1, 2].

На функционирование цветной оптической КЭСНН ЛА могут оказывать влияние различные помеховые факторы, приводящие к искажениям текущего изображения (ТИ) относительно эталонного изображения (ЭИ), представленные на рис. 1.

В работах [3, 4] представлены сравнительные оценки влияния факторов, связанных с различными видами шумов, на точностные характеристики цветной и монохромных оптических КЭСНН ЛА.

Цель настоящих исследований - предварительная сравнительная оценка точностных характеристик цветной и монохромных оптических КЭСНН при различных угловых отклонениях ТИ от ЭИ по курсу.

Для предварительных исследований было взято эталонное изображение, представленное на рис. 2. Выбор данного ЭИ объясняется содержанием разнообразных фаций, включающих в себя как элементы природных, так и искусственных образований.

Рис. 1. Факторы, влияющие на функционирование цветной оптической

КЭСНН ЛА

Характеристика эталонного изображения приведена таблице.

Характеристика эталонного изображения

Район съемки Район г. Таганрога

Дата съемки 23 июля 2010 г.

Высота съемки 350 м

Пространственное разрешение фотоснимка 1,4 м/пиксель

Размеры видеоизображений 368,2 х 1052,8 м

Размеры видеоизображений 981 х 331 пиксель

Рис. 2. Эталонное изображение

143

Точностные оценки проводились с помощью разработанного в АО «ЦНИИАГ» математического моделирования на программно-алгоритмическом обеспечении (ПАО), позволяющем задавать необходимые углы рассогласования ТИ и ЭИ и вычислять ошибки определения местоположения ТИ на ЭИ.

Рассмотрим пример работы ПАО.

1. На первом шаге случайным образом задаются координаты начала ТИ (рис. 3). Размер каждого ТИ 500х100 пикселей.

]

Х1

259

У1

159

Х2

759

У2

259

Рис. 3. Координаты начала ТИ

2. Далее вводится угол отклонения ТИ относительно ЭИ (рис. 4). В качестве углов отклонения ТИ от ЭИ были выбраны три значения: 0,05; 0,1 и 0,15 рад.

Рис. 4. Угол отклонения ТИ относительно ЭИ

3. ПАО позволяет зрительно оценить изображение, развернутое по курсу (рис. 5).

Рис. 5. Изображение, развернутое по курсу на угол 0,05рад

4. В качестве сравнения ТИ и ЭИ используется корреляционный функционал, а в качестве результатов - ошибка определения местоположения объекта, в виде двух координат (х, у).

Аналогичные действия повторяются для значений углов, равных 0,1 и 0,15 рад.

Полученные значения среднеквадратического отклонения ошибок определения координат в зависимости от угла отклонения ТИ для цветной оптической КЭСНН представлены на рис. 6. Разброс средних значений ошибок (полученных при расчете 10 наборов по 30 ТИ) при угле, равном 0,05 рад, достигает 10 м. Разбросы значений средних ошибок при углах, равных 0,1 и 0,15 рад, достигают 20 м.

144

0,15

ОД

с!

Я! О.

>

0,05

— — 1- - - — — -  г Г -

[^В

10 15 20

СКО, м

Рис. 6. Среднеквадратические отклонения ошибок определения координат

Из рис. 6 видно, что значения ошибок определения координат при угловых рассогласованиях ТИ и ЭИ, составляющих 0,1 и 0,15 рад, являются существенными. Поэтому в дальнейшем должны быть разработаны алгоритмы компенсации угловых рассогласований ТИ и ЭИ, больших 0,05 рад.

Для проведения сравнительной оценки точностных характеристик цветной и монохромной КЭСНН ЛА при одинаковых угловых рассогласованиях ЭИ и ТИ были проведены расчеты для каждого канала Я, О, В в отдельности. Полученные результаты приведены на рис. 7.

0,15

0,1 -

ч

га о.

»

0,05

34 с ж -1 1-п I- - н — ч >1 гЧ н 1- 4 м н 1-1

- Ж  ч 1- 1  1 •

- гм у

В

К

Л в

В

о

О 5 10 15 20 25 30 35 40

СКО, лл

Рис. 7. Результаты сравнительной оценки точностных характеристик цветной и монохромных КЭСНН ЛА

145

Наличие на рис. 7 нескольких значений G и B объясняется совпадением их значений с каналом R. Из представленных результатов видно, что разброс значений ошибок монохромных оптических КЭСНН значительно выше, чем цветной оптической КЭСНН.

Однако следует отметить, что данные результаты являются предварительными и нуждаются в подтверждении для различных типов изображений с помощью методики и ПАО, представленных выше.

Работа выполняется при поддержке Гранта РФФИ № 15-07-06928.

Список литературы

1. Белоглазов И.Н., Джанджгава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1985.

2. Щербинин В.В. Построение инвариантных корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения летательных аппаратов. М.: Наука, 2011.

3. Сравнительная оценка точностных характеристик цветных и монохромных оптических КЭСНН ЛА / В.В. Щербинин, Г.А. Кветкин, И.О. Дегтярев, Е.В. Шевцова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. Вып. 11. Ч. 2. С. 3-19.

4. Исследование характеристик цветной корреляционно-экстремальной системы навигации и наведения летательного аппарата / Щербинин В.В., Кветкин Г.А., Дегтярёв И.О., Шевцова Е.В. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. Вып. 6. С.103-113.

Щербинин Виктор Викторович, д-р техн. наук, нач. научно-технического отделения, cniiag@cniiag. ru, Россия, Москва, АО ««Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики»,

Васильева Юлия Сергеевна, инж., cniiag@,cniiag.ru, Россия, Москва, АО ««Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики»,

Шевцов Артем Викторович, нач. отдела, cniiag@,cniiag. ru, Россия, Москва, АО ««Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики»,

Шевцова Екатерина Викторовна, catrin victor a mail.ru, канд. техн. наук, доц., Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана

PRELIMINARY RESULTS OF ESTIMATE GEOMETRIC DISTORTIONS INFLUENCE ON PRECISION FEATURES OF COLOUR OPTICAL CENS

V.V. Scherbinin, Yu.S. Vasil'eva, A.V. Schevtsov, E.V. Schevtsova

146

One of the most perspective ways of development an aircraft correction systems is applying a color (RGB) vision-based correlation-extremal aircraft navigation systems (CENS). Various noise factors could have an influence on functioning of aircraft colour optical CENS that may cause distortions of current image (CI) relatively to the reference image (RI). Preliminary results of comparative estimation one of the geometric distortion specifically - heading distortions influence on precision features of colour and monochrome aircraft CENS are considered in this article

Key words: correlation-extremal aircraft navigation systems, informative parameter, navigation field.

Scherbinin Victor Victorovich, doctor of technical sciences, head of research department, cniiagacniiag. ru, Russia, Moscow, Public Society "Central Research Institute for Automatics and Hydraulics ",

Vasil 'eva Yulia Sergeevna, engineer, cniiagacniiag. ru, Russia, Moscow, Public Society "Central Research Institute for Automatics and Hydraulics ",

Schevtsov Artem Victorovich, head of department, cniiagacniiag. ru, Russia, Moscow, Public Society "Central Research Institute for Automatics and Hydraulics ",

Schevtsova Ekaterina Victorovna, catrin victora mail. ru, candidate of technical sciences, docent, Moscow Bauman State Technical University