БОРТОВОЙ МУЛЬТИПРОЦЕССОР

Полезная модель относится к области локации, преимущественно к пассивной оптической локации удаленных объектов на фоне звезд, вычислительной технике и системам мониторинга.
Известен радиолокационный комплекс для обнаружения и сопровождения объектов (RU67289 U1, 10.10.2007, G01S 13/04).
К недостаткам данного устройства относится использование активной радиолокации и в связи с этим высокая вычислительная сложность и энергомассовые характеристики.
В качестве прототипа выбрано устройство обнаружения объекта на фоне звезд (RU 2081437 C1, 10.06.1997, G01S 17/00). Изобретение относится к области локации, преимущественно к пассивной оптической локации удаленных объектов на фоне звезд.
С характерными особенностями полезной модели совпадают следующие характерные особенности прототипа:
- использование «совокупности изображений» для формирования траекторий перемещения объектов и звезд;
- удаление из «совокупности изображений» изображения звезд для получения только изображений объектов.
Недостатком прототипа является предположение о том, что траектории перемещения объекта и звезд на совокупности изображений представляют собой штрихи различной ориентации, т.е. прямые линии, отражающие изменения положения объектов в «суммируемых изображениях».
Так как любой искусственный космический объект имеет шесть степеней свободы: смещение вдоль осей X, Y и Z, тангаж, рысканье и вращение, то для космического аппарата, имеющего неустранимый «люфт» по всем степеням свободы, положение на кадре всех космических объектов будет изменяться, причем траектория, отображенная на последовательности кадров как искусственных, так и естественных объектов будет детерминировано хаотической, а на основании тезиса А. Пуанкаре она не будет являться прогнозируемой (пример «суммируемого изображения» показан на фиг.3а).
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение оперативности (снижение временной сложности) и возможность осуществлять селекцию искусственных объектов от естественных с определением их орбитальных параметров на основе фото-матричного отображения звездного неба с управляемой частотой поступления кадров на обработку.
Данная задача решается за счет того, что бортовой мультипроцессор включает блок управления (БУ), который состоит из процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и магистрали, к которой подключены процессор и ОЗУ БУ, блок формирования треков (БФТ), блок обработки треков (БОТ) и фото-устройство, БФТ, который состоит из трех процессоров, ОЗУ и магистрали, к которой подключены три процессора и ОЗУ БФТ, фотоустройство, БУ и БОТ, БОТ, который состоит из процессора, ОЗУ и магистрали, к которой подключены процессор и ОЗУ БОТ, БУ, БФТ и приемо-передающее устройство, обеспечивающее прием сообщений с наземного наблюдательного пункта и передачу сообщений на него.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является точное и своевременное распознавание подвижных объектов, находящихся на орбите в области мониторинга.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена обобщенная схема бортового мультипроцессора, на фиг.2 изображен пример разделения объектов первого кадра на структуры, на фиг.3а изображен пример «суммируемого изображения» для 5 кадров, на фиг.3б показан пример сформированных треков ДИКО.
Бортовой мультипроцессор включает БУ 1, который состоит из процессора 2, ОЗУ 3 и магистрали 4, к которой подключены фото-устройство 5, в котором размещен преобразователь сигнала, поступающего с фото-устройства 5. в последовательность байт, с характеристиками, обеспечивающими электромагнитную совместимость с ОЗУ БФТ 6. Также к магистрали 4 подключены БФТ 6 и БОТ 7. БФТ 6 состоит из трех процессоров 8, ОЗУ 9 и магистрали 10, к которой подключены БУ 1, фото-устройство 5, БОТ 7. БОТ 7 состоит из процессора 11, ОЗУ 12 и магистрали 13, к которой подключены БФТ 6. БУ 1, приемо-передающее устройство 14.
На фиг.2 изображен пример разделения объектов первого кадра на структуры. Черными точками показаны объекты кадра, линиями показаны связи объектов, объединяющие их в структуры.
На фиг.3а изображен пример «суммируемого изображения» для 5 кадров.
Бортовой мультипроцессор работает следующим образом.
БУ 1 с некоторым интервалом, значение которого определяется предустановленными настройками, например, равным одной секунде, подает команду фото-устройству 5 сформировать и передать данные о текущем кадре на БФТ 6. Фото-устройство 5, сформировав данные о текущем кадре, передает их на БФТ 6.
Получив данные с фото-устройства 5, БФТ 6 производит их предобработку с помощью процессора CPU3 8, в результате которой формируется упорядоченная последовательность координат объектов на фото-матрице, которые были зафиксированы ею в текущем кадре. После этого на основании данных о первом кадре формируется множество структур (структуры первого кадра). Под структурой понимается набор следующих данных: координаты объектов первого кадра и их метрики связей. Количество объектов в структуре выбирается при настройке устройства, по умолчанию оно равно трем. В качестве метрики связи принята длина прямой между участвующими в сопряжении объектами.
Далее БФТ 6 ожидает, пока поступят данные о втором кадре. После их получения и предобработки, на основании данных о втором кадре с помощью процессоров CPU1 8 и CPU2 8 формируются все возможные структуры (структуры второго кадра). Во время процесса формирования отбираются структуры, для которых существует подобная структура первого кадра. Две структуры считаются подобными, если их соответствующие метрики связей полностью совпадают. В результате отбора получается множество пар структур, каждая из которых включает в себя структуры первого и второго кадра. На основании полученных пар структур рассчитываются параметры аффинных преобразований (сдвига и поворота), применение которых позволит получить из координат объектов одной структуры координаты соответствующих объектов второй структуры из той же пары. Так как расстояние до звезд крайне велико (расстояние до ближайшей звезды - 4,3 светового года или 40 трлн. км.), то результат воздействия тангажа и рысканья (вращении вокруг осей ОХ (горизонталь) и OY (вертикаль) соответственно) на объекты на фото-матрице спутника-наблюдателя сводится к их смещению вдоль осей ОХ и OY соответственно. Поэтому значения смещений, обусловленных воздействием тангажа и рысканья, могут быть объединены со значениями смещений вдоль осей вертикали и горизонтали. Таким образом, должны быть рассчитаны следующие параметры аффинных преобразований: сдвиги вдоль осей ОХ и OY, угол поворота вокруг оси OZ относительно центра фото-матрицы. Сдвиг вдоль оси OZ не рассматривается, так как не оказывает влияния на положение объектов на фото-матрице. После этого происходит преобразование координат объектов структур второго кадра с помощью аффинных преобразований, параметры которых были рассчитаны на предыдущем этапе. Далее происходит объединение данных первого кадра и измененных данных второго кадра. В ходе объединения происходит удаление объектов, данные о которых были обнаружены в обоих кадрах. Таким образом, после перечисленных действий формируется объединенный кадр, на котором остаются только движущиеся искусственные космические объекты (ДИКО). После этого полученный кадр совмещается с полученными ранее объединенными кадрами, в результате чего формируются треки ДИКО (пример сформированных треков ДИКО показан на фиг.3б).
После накопления определенного количества объединенных кадров (количество кадров определяется при настройке устройства), например 30, данные о сформированных треках ДИКО передаются на БОТ 7. БОТ 7 выделяет из полученных данных отдельные треки, и формирует короткие описания для каждого из них. Сформированные описания БОТ 7 передает на приемо-передающее устройство 14, которое на их основе формирует сообщение и отправляет его на наземный наблюдательный пункт.