Анотація до роботи:

Русняк І.М. Телевізійна система автоматичного супроводження. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.07 – оптичні прилади та системи. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2007.

Дисертація присвячена вирішенню наукової задачі підвищення відстані дії ТСАС на базі розгляду ТСАС як цілісної ОЕС з функціями автоматичного виявлення і супроводження цілей. Здійснено теоретичне узагальнення моделі енергетичних процесів в сигналах в ТСАС з урахуванням фоноцільових умов, стану атмосфери як оптичного середовища, параметрів оптико-електронного тракту, вимог до ймовірністних характеристик ТСАС. Досліджено вплив на параметри оптико-електронного тракту ТСАС алгоритмів згладжування шумів в сигналі, формування адаптивного порога виявлення цілей, підтвердження виявлення цілей, контрастного і кореляційного алгоритмів виявлення цілей. Наведено результати експериментального дослідження макета ТСАС в стендових умовах і результати випробовувань зразка ТСАС, який експлуатується на об’єкті.

1. У дисертації наведено вирішення наукової задачі вдосконалення математичної моделі проходження і перетворення сигналів в ТСАС на базі розгляду ТСАС як цілісної оптико-електронної системи з функціями автоматичного виявлення і супроводження цілей з урахуванням вимог до ймовірністних характеристик ТСАС і впливу на сигнали алгоритмів їх обробки, що дозволяє здійснювати узгоджений розрахунок технічних параметрів оптико-електронного тракту системи і оптимізацію цих параметрів з метою підвищення відстані дії ТСАС.

2. Проведено дослідження енергетичних процесів, які відбуваються при проходженні і перетворенні сигналів в ТСАС, для всіх практичних фоноцільових умов її функціонування, а саме автоматичне виявлення і супроводження ТЦ, МЦ і ПЦ в нічних умовах по власному випромінюванню цілей при відсутності випромінювання фону і в денних умовах, коли виявлення і супроводження цілей здійснюється по відбитому від цілей сонячному випромінюванню при наявності випромінювання фону. Розглянуто випадки, коли кутові розміри цілі менші і більші за миттєвий кут поля зору світлочутливого елемента приймача випромінювання ТСАС. Для зазначених фоноцільових умов роботи ТСАС розроблено методики розрахунку відстані дії ТСАС d_ц.

3. Встановлено, що при розрахунку відстані дії d_ц необхідно враховувати вимоги до ймовірності виявлення цілей P_d і ймовірності зриву супроводження цілей P_зр(t_сп) за час супроводження t_сп, які має забезпечувати ТСАС. Розроблено методику комплексного аналізу ймовірністних характеристик, відстані дії d_ц і параметрів оптико-електронного тракту ТСАС, в основу якої покладено узгодження процесів проходження і перетворення сигналів в ТСАС і вимог до її ймовірністних харак-теристик за допомогою параметра SNR_ц. Цей параметр являється також критерієм вибору і оцінки ефективності застосування в ТСАС алгоритмів обробки сигналів.

4. На основі комплексного аналізу процесів проходження і перетворення сигналів і ймовірністних характеристик ТСАС обґрунтовано методику вибору адаптивних до поточних умов спостереження цілей розмірів електронного строба супроводження. Встановлено, що наявність електронного строба супроводження, а в ньому вікна допустимих флуктуацій координат цілей, визначає допустиму ймовірність фальшивих тривог P_f і відповідне їй згідно з критерієм Неймана-Пірсона порогове відношення сигнал/шум SNR_пор. З врахуванням вимог до ймовірності P_d це визначає SNR_ц, а відповідно і максимальну відстань дії d_ц, яку здатна забезпечити ТСАС.

5. Досліджено вплив на функціонування ТСАС і її технічні характеристики алгоритмів обробки сигналів, а саме згладжування шумів в сигналі, формування адаптивного порога виявлення цілей, підтвердження виявлення цілей згідно з “правилом k з p” на етапі виявлення цілей і їх взяття на автоматичне супроводження. Проведено аналіз впливу на SNR_ц сукупності алгоритмів обробки сигналів з контрастним і кореляційним алгоритмами виявлення цілей, який показав, що з метою зниження SNR_ц, а відповідно підвищення відстані дії ТСАС, для ТЦ і МЦ доцільно застосовувати контрастний алгоритм виявлення цілей, а для ПЦ – кореляційний. Встановлено, що в якості критерію вибору того чи іншого алгоритму виявлення достатньо використовувати лише розмір цілі в зображенні. Тим самим, обґрунтовано два шляхи підвищення відстані дії ТСАС: а) застосування відповідних алгоритмів обробки сигналів з узгодженням їх параметрів і параметрів оптико-електронного тракту системи; б) адаптивний до поточної ФЦО вибір розмірів електронного строба супроводження, порога виявлення цілей, контрастного чи кореляційного алгоритму виявлення цілей.

6. Експериментальне дослідження макета ТСАС в стендових умовах шляхом вимірювання SNR_ц, які макет ТСАС здатний забезпечити, показало, що виміряні мінімальні значення лежать в межах від 1,25 для ПЦ розмірами ЕЗ до 4,35 для МЦ розмірами ЕЗ, що становить значно кращі показники, ніж для відомих аналогічних систем, в яких для ПЦ і МЦ зазвичай складають 4 і 6 відповідно. Тим самим, збільшення відстані дії ТСАС складає 1,2...1,8 разів. Розбіжність між виміряними і розрахованими значеннями не перевищує 8%, що дає можливість зробити висновок про експериментальне підтвердження розглянутих в даній роботі теоретичних положень і розроблених на їх основі методик розрахунку технічних характеристик ТСАС і методик аналізу впливу на ці характеристики алгоритмів обробки сигналів. Практичне використання розроблених методів аналізу функціонування ТСАС забезпечило успішну роботу зразка ТСАС в складі розробленої в ДП НДІ “Квант” ОЕС керування артилерійським вогнем “Sarmat-1” під час натурних випробувань ОЕС на військово-морському полігоні, в тому числі з проведенням практичної стрільби керованої ОЕС корабельної гармати АК-630М.

7. Подальше дослідження процесів проходження і перетворення сигналів в ТСАС, зокрема алгоритмів обробки сигналів, потребує: 1) уточнень тактико-технічних вимог до функціонування ТСАС, зокрема при її розміщенні на конкретному носії; 2) аналізу функціонування ТСАС при виявленні і супроводженні цілей довільної, в тому числі змінної, форми в умовах їх маскування і впливу змінних фонів; 3) досліджень методів цифрової обробки сигналів в реальному часі з метою розширення їх алгоритмічної гнучкості при використанні в ТСАС.

Публікації автора:

1. Демченко Л.И., Русняк И.Н., Стефанович В.Т., Колобродов В.Г. Оптико-электронные системы с телевизионными автоматами сопровождения в системах обнаружения и прицеливания бронетанковой техники // Артиллерийское и стрелковое вооружение: Междунар. науч.-техн. сб. – Киев: НТЦ АСВ. – 2005. – №1 – С. 22–27.

2. Колобродов В.Г., Русняк І.М. Вплив розміру вибірки на формування порогів виявлення в телевізійних та тепловізійних системах автоматичного виявлення та супроводження // Вісник НТУУ “КПІ”. Серія приладобудування. – 2005. – №29. – С. 37–43.

3. Колобродов В.Г., Молодик А.В., Русняк І.М. Флуктуації координат об’єкта в телевізійних системах автоматичного супроводження // Вісник НТУУ “КПІ”. Серія приладобудування. – 2006. – Вип. 31. – С. 13–17.

4. Колобродов В.Г., Русняк И.Н. Вероятностные характеристики телевизионных систем автоматического сопровождения // Артиллерийское и стрелковое вооружение: Междунар. науч.-техн. сб. – Киев: НТЦ АСВ. – 2006. – №1 – С. 39–44.

5. I. Rusnyak. Input signal fluctuation and noise effect on tracking loss probability in TV automatic tracking system // SPIE, Optical Instruments and Systems, International Conference “Instrument-making-2006”. – 2006. – P. 6.

6. Демченко Л.І., Колобродов В.Г., Русняк І.М., Стефанович В.Т. Методи телевізійного супроводження об’єктів // Збірник тез доповідей III науково-технічної конференції “ПРИЛАДОБУДУВАННЯ 2004: стан і перспективи”, 20–21 квітня 2004 р. – Київ: ПБФ НТУУ “КПІ”. – 2004. – С. 39–40.

7. Русняк І.М. Уточнений розрахунок порогу виявлення в телевізійних автоматичних системах виявлення та супроводження // Збірник тез доповідей ІV науково-технічної конференції “ПРИЛАДОБУДУВАННЯ 2005: стан і перспективи”, 26–27 квітня 2005 р. – Київ: ПБФ НТУУ “КПІ”. – 2005. – С. 65–66.

8. Русняк І.М. Вплив флуктуацій та шумів у вхідному сигналі телевізійної системи автоматичного супроводження на ймовірність зриву супроводження // Збірник тез доповідей V науково-технічної конференції “ПРИЛАДОБУДУВАННЯ 2006: стан і перспективи”, 25–26 квітня 2006 р. – Київ: ПБФ НТУУ “КПІ”. – 2006. – С. 61–62.