Файл: Белоглазов, И. Н. Корреляционно-экстремальные системы.pdf

с некоторым законом. Линза 11 фокусирует световой поток от трубки 10 на кадре КЗК 12 и, таким образом, поток модулируется, а затем с помощью линзы 13 фокусируется на фотодатчике 14. Сигнал с фо­ тодатчика усиливается и поступает на считывающий электрод трубки 2. Блок развертки 5 действует таким образом, что считываю­ щий луч последовательно «просматривает» запоминающую пластину трубки 2 со стороны, обратной той, на которой запомнено изобра­ жение КРК. Ток считывающего луча пропорционален разности запомненного потенциала в рассматриваемой точке пластины и потенциала считывающего электрода. Таким образом, запоминающая пластина окажется после окончания сканирования равномерно разря­ женной только в том случае, когда КЗК и КРК точно совпадают. Если же они смещены друг относительно друга, то распределение

11 12 13

Рис. 1.23.

потенциала на пластине будет зависеть от рассогласования сравни­ ваемых изображений. После этого блок развертки 5 осуществляет повторную развертку, но уже немодулированным по интенсивности лучом. На этот раз напряжение с ЭЛТ подается на интегратор 6 и накапливается в течение всего кадра развертки. Данная процедура осуществляется для четырех пробных смещений растра на экране трубки 10 по двум взаимно перпендикулярным направлениям, реали­ зуемых с помощью сервомеханизма 8. Блок дифференциальных уси­ лителей 9 определяет для каждой пары пробных смещений разность между напряжениями на выходе интегратора 6. Найденные разности будут пропорциональны отклонениям системы от минимума корре­ ляционной функции сравниваемых изображений по соответствующим осям.

В зависимости от найденных разностей напряжений сервоме­ ханизм 8 осуществляет так называемое рабочее смещение растра на трубке 10, добиваясь минимального значения выходного напря­ жения интегратора 6. При этом корреляционная функция достигает максимума и изображения КРК и КЗК совмещаются. Сервомеха-

36

шпм 8 пырабатыпает сигналы, пропорциональные отклонению объ­ екта от точки съемки КЗК, которые подаются па авторулевой или на индикаторное устройство.

В [98, 99] приводятся описания корреляционно-экст­ ремальных картосличительных устройств (координато­ ров), во многом аналогичных вышеописанным устройст­ вам. Остановимся на описании принципа действия коор­ динатора, который отличается от всех аналогичных устройств тем, что в нем используется специальная нор­ мировка корреляционной функции КЗК и КРК. Эта нор­ мировка позволяет существенно уменьшить влияние раз-

Рис. 1.24.

личных помех на точность определения координат объ­ екта (влияние снежного покрова, осадков, приводящих к изменениям яркости и контрастности изображения на экране индикатора РЛС).

Схема такого координатора приведена на рис. 1.24. В отличие от предыдущих систем в данном координаторе используется позитивное изображение КЗК, поэтому он должен отслеживать максимум функции корреляции сравниваемых карт. Радиолокационное изображение КРК поступает от РЛС на запоминающее устройство ЗУ и хранится там в течение времени, необходимого для определения координат объекта. Отсюда оно подается на ЭЛТ 1 оптического коррелятора для получения опти­ ческого изображения, которое будет описываться функ­ цией /г(х, у). Изображение, записанное на КЗК, описы­ вается функцией fi(x, у).

37

С помощью квадратора в и интегратора 7 вычисля­ ется следующая оценка среднеквадратического значе-

15 специальном блоке памяти 8 хранятся вычисленные заранее коэффициенты

V = c j f f 4 (x,y)dxdy,

где j — помер кадра КЗ К. С помощью блока перемно­ жения 9 и блока вычисления квадратного корня 10 оп­ ределяется нормировочный коэффициент

Оптический коррелятор, состоящий из трубки 1, линз 2, 4, пленки с КЗК 3 и фотодатчика 5, вычисляет функ­ цию

Выходное напряжение блока деления 11 будет про­ порционально нормированной функции корреляции КЗК й КРК: т]) =/?j(g, ц)/к. Данная величина сравни­ вается со значением /?НД0, 0 ), записанным в блоке памя­ ти 13, и в случае, если разность ^ НД0,0) —/?НД£, т}) пре­ вышает некоторое пороговое значение, блок сравнения 12 выдает на авторулевой сигнал, с помощью которого вносится коррекция в траекторию движения объекта таким образом, чтобы разность У?нД 0, 0 )—Rnj{l, т]) стре­ милась к нулю.

Корреляционно-экстремальные астрокоординаторы.

Корреляционно-экстремальные системы подкласса КЭС Пб можно с успехом использовать для определения угло­ вых координат космических летательных аппаратов [31]. В этом случае в качестве КЗК применяются карты вы-

38

бранного участка звездного неба, а в качестве КРК — изображения звезд, воспроизводимые на борту лета­ тельного аппарата с помощью телескопа. В настоящее время предложено несколько вариантов таких астроко­ ординаторов [30, 31, 32]. В гл. 11 приводятся результаты подробного исследования корреляционно-эстремального метода астроориентации. Здесь же мы ограничимся опи­ санием принципа работы одного из характерных уст­ ройств данного класса [33].

Основным элементом устройства автоматического слежения за выбранным созвездием является оптиче­ ский коррелятор, принцип действия которого поясннет-

Рис. 1.25.

ся на рис. 1.25. Он содержит объектив, фокусирующий пучки параллельных световых лучей от каждой звезды в определенную точку фокальной плоскости. Таким об­ разом создается мнимое изображение рассматриваемого созвездия. За фокальной плоскостью (там, где пучки лу­ чей начинают расходиться) помещена эталонная карта выбранного участка небесной сферы, представляющая собой непрозрачный диск с отверстиями, координаты центров которых соответствуют координатам отдельных звезд. Размеры отверстий выбираются заведомо меньше ширины расходящегося пучка света в месте пересечения нм плоскости карты. Это сделано для того, чтобы при отклонении оптической оси прибора от заданного на­ правления на выбранное созвездие часть света от звезд всегда проходила через соответствующие отверстия эта­

описывающих реальное п эталонное изображения созве­

39

Раздел 1

КОРРЕЛЯЦИОННО-ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

ПЕРВОГО КЛАССА

Глава 2

ВЫВОД .УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ КОРРЕЛЯЦИОННО-ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПЕРВОГО КЛАССА

2.1. О статистическом подходе в теории непрерывных корреляционно-экстремальных систем

Уравнения движения непрерывных КЭС определя­ ются как контуром управления, так и статистическими

характеристиками случайного поля, по которому рабо­ тает кэс.

Можно было бы вывести уравнения движения непре­ рывных КЭС, а также провести анализ и синтез таких систем, используя закон распределения, математическое ожидание и корреляционную функцию случайного поля и оставляя в стороне вопрос об их определении.

Однако, чтобы придать теоретическим результатам какое-то конкретное практическое содержание, надо по­

В настоящем параграфе подробно рассматривается ситуация, с которой часто приходится сталкиваться в те­ ории корреляционно-экстремальных навигационных си­

дается конечное или счетное множество траекторий дви­ жения {гд,*(^)}, / = 1, 2 , ..., и вероятности pi событий

41

состоящих и том, что движение совершается по траекто­ рии 2Дг* (/). Любые два события //;, Hj при i ^ j пред­ полагаются независимыми. По условию нормировки

х > = >• ;=I

Как в этом случае перейти от детерминированного исходного поля / (х*, у*) к случайному полю? Оказыва­ ется, нетрудно перейти к эквивалентной статистической постановке вопроса. Наряду с исходной системой коор­ динат х*0 i f : введем системы координат хАг/;, связан­ ные с траекториями движения 2Дг*(/) следующим обра­

зом: центры этих систем 0 ; поместим в начальные точки

к tji происходило по кратчайшему направлению против часовой стрелки, как показано на рис. 2 .1.

В качестве реализаций fi(x, у) случайного поля f{x, у) рассмотрим линейные преобразования исходного де­ терминированного поля f (х*, у*), получающиеся заме­ ной переменных

x* = x oi + xcos?i — ysincp*, y* = y0i +

42

т. е. будем считать

fг (х, У) = 7 (Х0г-+ X COS ?t- — у sin <pt-, t/0I- +

и припишем этой реализации вероятность pt рассматри­ ваемой траектории движения zni*{t).

В новой системе координат хОу все траектории начи­ наются в начале коордГшат (рис. 2 .2 ) и уравнения этих траекторий имеют вид:

ятностью pi.

Если через hi обозначить индикатор события Я,, т. е. такую функцию, которая равна 1, если событие Hi про­

изошло, и нулю в противном случае, то случайное поле !(х, у) связано с индикаторами /?г- и со своими реализа­ циями fi(x, у) следующим образом:

г=|

атраектория движения zn(t) определяется как

43