RU2306581C1 - Method for multi-dimensional trajectory tracking of an object and device for realization of said method - Google Patents
Method for multi-dimensional trajectory tracking of an object and device for realization of said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2306581C1 RU2306581C1 RU2006111352/09A RU2006111352A RU2306581C1 RU 2306581 C1 RU2306581 C1 RU 2306581C1 RU 2006111352/09 A RU2006111352/09 A RU 2006111352/09A RU 2006111352 A RU2006111352 A RU 2006111352A RU 2306581 C1 RU2306581 C1 RU 2306581C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- correlation
- bodies
- tracking
- structural elements
- discriminators
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам траекторного сопровождения, работающих в оптическом и иных диапазонах электромагнитных волн, и направлено на повышение точности определения ими параметров движения и траектории наблюдаемого объекта путем слежения не только за относительным положением его как точки, но дополнительно и за текущей относительной пространственной ориентацией его конструктивных элементов как тел.The invention relates to trajectory tracking systems operating in the optical and other ranges of electromagnetic waves, and is aimed at improving the accuracy of their determination of motion parameters and the trajectory of the observed object by tracking not only its relative position as a point, but also its current relative spatial orientation elements like tel.
Патентный поиск в ВПТБ по классификации "Системы следящие" - радиолокационные G01S 13/66-13/72; - с использованием иных электромагнитных волн, чем радиоволны G01S 17/66; - для определения скорости или траектории движения G01S 17/58; - комбинация систем с использованием электромагнитных волн, иных, чем радиоволны G01S 17/87; - одновременное измерение дальности и других координат G01S 17/42 (косвенное измерение G 01 S 17/46); - системы лидаров G01S 17/88 не позволил найти явных ни аналогов, ни прототипа. Поэтому в качестве аналога взят способ траекторного сопровождения радиолокационными системами, изложенный в [1], где показано, что для измерения угловых координат (стр.25) "плавно изменяют угловое положение антенны", добиваясь совпадения ее оси с направлением на объект, а отсчет пеленгов при этом производят с датчиков текущей пространственной ориентации антенны; дальность определяют (стр.9) путем измерения "времени запаздывания", то есть "времени распространения радиоволн между РЛС и наблюдаемым объектом в обе стороны", радиальную составляющую скорости движения наблюдаемого объекта "относительно РЛС" (стр.9, 10) определяют путем измерения доплеровского частотного сдвига излученного и отраженного радиолокационных сигналов. На стр.10 объективно отмечается, что "принимаемые радиолокационные сигналы содержат ограниченную информацию о координатах целей и их производных. Обработка сигналов позволяет определить дальность целей, их угловые координаты и радиальную составляющую скорости движения относительно РЛС".Patent search in VTBB for classification "Tracking systems" -
В качестве прототипа взят способ траекторного сопровождения, изложенный в [2] применительно к оптико-электронным следящим системам, обладающим по отношению к радиолокационным повышенной разрешающей способностью, а потому способных представлять для обработки весьма информативное изображение наблюдаемого объекта. "Оптико-электронные следящие системы по своему назначению во многом аналогичны системам автоматического слежения за направлением прихода радиосигнала" [2, стр.19] - измерение угловых координат обеспечивают путем совмещения оптической оси системы с направлением на объект, а отсчет пеленгов при этом производят с датчиков текущей пространственной ориентации оптической оси (головки) следящей системы. Для получения сигналов автоматического управления приводом оптической головки и одновременно уточняющих поправок к значениям пеленгов используют "схемы обработки, где из совокупности видеосигналов изображения извлекается информация об угловых координатах наблюдаемого объекта" относительно оптической оси следящей головки системы. Наиболее перспективными и достаточно развитыми по прототипу являются схемы обработки, отнесенные к "корреляционным дискриминаторам сдвига изображений", их иногда называют элементами "технического зрения". В [2, стр.26] указано, что "Здесь и далее корреляционные дискриминаторы рассматриваются как звенья системы, находящейся в режиме слежения за двумерным сигналом. Примером применения подобной системы может служить комплекс управления автоматической посадкой космического аппарата в заданную точку наблюдаемой поверхности с произвольно расположенными на ней ориентирами. Основная задача - направить космический аппарат в центр участка поверхности, изображение которого выбрано перед началом цикла автоматической посадки и записано в качестве эталона в запоминающее устройство автомата. Эта задача решается без вмешательства человека, если космический аппарат снабжен следящей головкой самонаведения со специальным приемником для регистрации текущих изображений и дискриминатором для оценки сдвигов между ними и эталоном".As a prototype, we used the trajectory tracking method described in [2] as applied to optoelectronic tracking systems, which have an increased resolving power in relation to radar, and therefore are capable of presenting a very informative image of the observed object for processing. “Optoelectronic tracking systems in their purpose are largely similar to systems for automatically tracking the direction of arrival of a radio signal” [2, p.19] - the angular coordinates are measured by combining the optical axis of the system with the direction to the object, and bearings are measured from sensors the current spatial orientation of the optical axis (head) of the tracking system. To obtain signals for automatic control of the optical head drive and at the same time clarifying corrections to the bearing values, "processing schemes are used where information about the angular coordinates of the observed object" is extracted from the set of video signals of the system relative to the optical axis of the tracking head of the system. The most promising and sufficiently developed prototype are processing schemes referred to as “correlation discriminators of image shift”, they are sometimes called elements of “technical vision”. In [2, p. 26], it is stated that “Hereinafter, correlation discriminators are considered as links in a system that is in the tracking mode of a two-dimensional signal. An example of the application of such a system is the control system for the automatic landing of a spacecraft at a given point of the observed surface with randomly located The main task is to direct the spacecraft to the center of the surface area, the image of which was selected before the start of the automatic landing cycle and recorded as ticket to the storage device of the machine. This task is solved without human intervention if the spacecraft is equipped with a tracking homing head with a special receiver for recording current images and a discriminator for evaluating the shifts between them and the standard. "
На фиг.1 [2, рис.1.1., стр.9] представлены обобщенная функциональная схема существующей оптико-электронной следящей системы (а), где 1 - фотоприемник, 2 - дискриминатор, 3 - регулируемый орган, 4 - преобразователь, 5 - корректирующий фильтр, и типичная характеристика дискриминатора (б), где Δ - составляющая сдвига по углу пеленга, U - выходной сигнал дискриминатора, пропорциональный сдвигу между эталонным и реальным изображениями. Схема имеет характерный для следящих систем замкнутый контур: дискриминатор 2 выходом связан со входом преобразователя 4, который в свою очередь выходом через корректирующие фильтры 5 и регулируемый орган 3 соединен со вторым входом дискриминатора 2. В запоминающее устройство дискриминатора 2 вводят двумерное (плоское) эталонное изображение ΔεЭ, ΔβЭ ожидаемого к сопровождению объекта, на первый вход дискриминатора с выхода фотоприемника 1 подают текущее реальное изображение Δoβ(t), Δoε(t) наблюдаемого объекта, в дискриминаторе оба плоских изображения обрабатывают алгоритмом взаимной корреляции и таким образом находят двумерный сигнал - составляющие относительного сдвига Δβ(t), Δε(t) между этими изображениями, которые несут информацию об ошибках сопровождения наблюдаемого объекта по углам пеленга и должны использоваться для управления приводом оптической головки системы (на схеме не указана), чтобы устранить выявленные сдвиг:Figure 1 [2, Fig. 1.1., P. 9] shows a generalized functional diagram of the existing optoelectronic tracking system (a), where 1 is a photodetector, 2 is a discriminator, 3 is an adjustable organ, 4 is a converter, 5 is a correction filter, and a typical discriminator characteristic (b), where Δ is the component of the shift along the bearing angle, U is the discriminator output signal proportional to the shift between the reference and real images. The circuit has a closed loop characteristic of servo systems:
и одновременно уточнить значения углов пеленга β(t), ε(t) (фиг.2), добавив к показаниям датчиков βД(t), εД(1) выявленные дискриминатором сигналы относительного сдвига в угловой мере:and at the same time to clarify the values of the angles of the bearing β (t), ε (t) (Fig. 2), adding to the readings of the sensors β D (t), ε D (1) the relative shift signals detected by the discriminator in an angular measure:
Прототип обладает недостатками, о которых объективно отмечается в [2, стр.27] и которые связаны с потерей точности и устойчивости работы из-за искажений текущих изображений реальных наблюдаемых объектов относительно запомненного двумерного эталонного изображения при "изменении масштаба", "вращении приемника относительно центра контролируемого участка", "изменении ракурсных углов, под которыми наблюдается поверхность".The prototype has drawbacks, which are objectively noted in [2, p. 27] and which are associated with a loss of accuracy and stability due to distortion of current images of real observable objects relative to the stored two-dimensional reference image during “zoom”, “rotation of the receiver relative to the center controlled area, "" changing the angle angles at which the surface is observed. "
В оптико-электронных системах траекторного сопровождения дальность определяют либо методом лазерного дальнометрирования, то есть как и в радиолокации, по "времени запаздывания" отраженного сигнала относительно зондирующего сигнала, или методом "внешнебазового" дальнометрирования [3, стр.180, 181], когда знают коэффициент передачи оптики kОПТ, истинные геометрические размеры Lio или площадь силуэта Sio объекта, измеряют видимые значения этих параметров LiB(t), SiB(t) и по формулам подобия определяют дальность:In optical-electronic systems of trajectory tracking, the range is determined either by laser ranging, that is, as in radar, by the "delay time" of the reflected signal relative to the probing signal, or by the method of "out-of-band" ranging [3, p. 180, 181], when they know the transmission coefficient of optics k OPT , the true geometric dimensions L io or the silhouette area S io of the object, measure the visible values of these parameters L iB (t), S iB (t) and determine the range using the similarity formulas:
Таким образом, результатом существующего способа траекторного слежения, иллюстрированного аналогом и прототипом, является то, что с помощью радиолокационных и/или электронно-оптических станций сопровождают текущее относительное положение наблюдаемого объекта как точки с измерением в общем случае всех трех составляющих вектора относительной дальности D(t) (см. фиг.2):Thus, the result of the existing method of trajectory tracking, illustrated by analogue and prototype, is that with the help of radar and / or electron-optical stations they accompany the current relative position of the observed object as a point with the measurement in the general case of all three components of the relative distance vector D (t ) (see figure 2):
и определением его производных D'(t), ωβ(t), ωε(t), где D(t) - модуль дальности от станции О до наблюдаемого объекта Об(t); β(t), ε(t), ωβ(t), ωε(t) - углы ориентации вектора дальности D(t) и угловые скорости его вращения относительно базисной системы координат OX1Y1Z1, соответственно.and determination of its derivatives D '(t), ω β (t), ω ε (t), where D (t) is the modulus of the distance from station O to the observed object Ob (t); β (t), ε (t), ω β (t), ω ε (t) are the angles of orientation of the range vector D (t) and the angular velocities of its rotation relative to the base coordinate system OX 1 Y 1 Z 1 , respectively.
В классической теории механики [4-6] движение объектов рассматривается как движение материальной точки - его центра масс и как тела - движения вокруг центра масс. Известные законы механики позволяют достаточно строго математически описать динамику (7) и кинематику (8) движения объекта "как точки" [5]:In the classical theory of mechanics [4-6], the motion of objects is considered as the motion of a material point - its center of mass and as a body - motion around the center of mass. The well-known laws of mechanics allow a fairly rigorous mathematical description of the dynamics (7) and kinematics (8) of an object's motion “as points” [5]:
где m(t) - масса объекта;where m (t) is the mass of the object;
FX(t), FY(t), FZ(t), VX(t), VY(t), VZ(t), ωX(t), ωY(t), ωZ(t) - проекции векторов всех внешних и реактивных сил F(t), действующих на объект, линейной V(t) и угловой ω(t) скоростей объекта, соответственно, на оси базисной системы координат;F X (t), F Y (t), F Z (t), V X (t), V Y (t), V Z (t), ω X (t), ω Y (t), ω Z (t) are the projections of the vectors of all external and reactive forces F (t) acting on the object, the linear V (t) and angular ω (t) velocities of the object, respectively, on the axis of the base coordinate system;
динамику (9) и кинематику (10) движения объекта "как тела":the dynamics (9) and kinematics (10) of the movement of the object "as a body":
где IX(t), IY(t), IZ(t) - моменты инерции объекта "как тела" по составляющим главных осей инерции - связанной с объектом системы координат;where I X (t), I Y (t), I Z (t) - moments of inertia of the object "as a body" along the components of the main axes of inertia - the coordinate system associated with the object;
MX(t), MY(t), MZ(t), ω'X(t), ω'Y(t), ω'Z(t), ωX(t), ωY(t), ωZ(t) - проекции векторов моментов M(t) всех внешних и реактивных сил, действующих на объект, угловых ускорений ω'(t) и скоростей ω(t) вращения объекта "как тела", соответственно, на оси связанной системы координат;M X (t), M Y (t), M Z (t), ω ' X (t), ω' Y (t), ω ' Z (t), ω X (t), ω Y (t) , ω Z (t) are the projections of the moment vectors M (t) of all external and reactive forces acting on the object, the angular accelerations ω '(t) and the rotation velocities ω (t) of the object “as a body”, respectively, on the axis of the connected system coordinates;
ψ(t), υ(t), γ(t) - углы рыскания, тангажа и крена, то есть пространственной ориентации объекта "как тела".ψ (t), υ (t), γ (t) are the yaw, pitch and roll angles, that is, the spatial orientation of the object “as a body”.
Существующий способ сопровождения, как видно из (8), находится на уровне кинематики движения наблюдаемого объекта "как точки", является малоинформативным, не обеспечивает получения высокоточных значений векторов скорости V(t)=dD(t)/dt и, особенно, ускорения V'(t)=dV(t)/dt=d2D/dt2 наблюдаемого объекта, поскольку при этом дважды выполняют операции дифференцирования, при которых резко возрастают помехи, особенно их высокочастотные составляющие.The existing tracking method, as can be seen from (8), is at the kinematics of the motion of the observed object “as points”, is uninformative, does not provide high-precision values of velocity vectors V (t) = dD (t) / dt and, especially, acceleration V '(t) = dV (t) / dt = d 2 D / dt 2 of the observed object, since in this case the differentiation operations are performed twice, in which the interference increases sharply, especially their high-frequency components.
Известно, что направление и величина аэро-, газо- и гидродинамических сил, включая и реактивные, действующие на движущийся объект, а следовательно, направление и величина векторов их ускорения и скорости во многом зависят от текущей пространственной ориентации этих объектов (фиг.3) и их определяющих конструктивных элементов "как тел", например (фиг.4), угла поворота крыла самолета φКР, факта работы и углов ориентации сопла φC ракетного (реактивного) двигателя летательного аппарата, определяемого по ориентации струи истекающего горячего газа, которая хорошо видна в инфракрасном спектральном диапазоне.It is known that the direction and magnitude of the aero, gas, and hydrodynamic forces, including the reactive ones acting on a moving object, and therefore, the direction and magnitude of the vectors of their acceleration and velocity, largely depend on the current spatial orientation of these objects (Fig. 3) and determining their components "as the telephone," for example (Figure 4), the angle of rotation φ KR aircraft wing, the fact of working and orientation angles φ C rocket nozzle (jet) engine of the aircraft, measured by the orientation of the jet outflowing hot gas , Which is clearly visible in the infrared spectral range.
Предлагается к существующим технологическим операциям внешнетраекторного сопровождения объектов "как точки" добавить операции:It is proposed to add operations to the existing technological operations of external trajectory tracking of objects "as points":
- слежения за наблюдаемым объектом "как за телом" с расширением измеряемой информации параметрами относительных углов пространственной ориентации объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел":- tracking the observed object "as a body" with the expansion of the measured information by the parameters of the relative angles of the spatial orientation of the object and its defining structural elements "as bodies":
где ψo(t), υo(t), γo(t) - относительные углы, соответственно, рыскания, тангажа и крена наблюдаемого объекта;where ψ o (t), υ o (t), γ o (t) are the relative angles, respectively, of the yaw, pitch and roll of the observed object;
{φКР(t), φC(t), ...} - углы поворота определяющих конструктивных элементов наблюдаемого объекта относительно связанной с ним системы координат,{φ КР (t), φ C (t), ...} are the rotation angles of the defining structural elements of the observed object relative to the associated coordinate system,
- определения относительных угловых скоростей вращения "тела" путем использования непрерывно корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта:- determination of the relative angular velocities of rotation of the "body" by using a continuously corrected mathematical model of motion of the observed object:
где ψ'o(t), υ'o(t), γ'o(t) - первые производные от относительных углов пространственной ориентации наблюдаемого объекта "как тела";where ψ ' o (t), υ' o (t), γ ' o (t) are the first derivatives of the relative angles of the spatial orientation of the observed object "as a body";
φ'КР(t), φ'C(t), ... - первые производные от относительных углов пространственной ориентации определяющих конструктивных элементов наблюдаемого объекта,φ ' КР (t), φ' C (t), ... are the first derivatives of the relative spatial orientation angles of the defining structural elements of the observed object,
- "внешнебазового" дальнометрирования (5) - путем измерения и вычисления масштаба mB(t)=(Lio/LiB(t))=√(Sio/SiB(t)) видимого текущего изображения наблюдаемого объекта,- “external base” ranging (5) - by measuring and calculating the scale m B (t) = (L io / L iB (t)) = √ (S io / S iB (t)) of the visible current image of the observed object,
- факта и режима работы ракетного (реактивного) двигателя летательного аппарата по наличию, размерам и спектральным характеристикам излучения струи истекающих продуктов горения топлива.- the fact and mode of operation of the rocket (jet) engine of the aircraft according to the presence, size and spectral characteristics of the radiation from the jet of expiring fuel combustion products.
Для реализации дополнительных технологических операций внешнетраекторного сопровождения наблюдаемого объекта "как тела" предлагается ввести в состав оптико-электронной следящей системы дополнительные устройства:To implement additional technological operations of external trajectory tracking of the observed object "as a body", it is proposed to introduce additional devices into the optical-electronic tracking system:
1. Вычислитель корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел", в котором реализуется система уравнений типа (7)-(14).1. The calculator of the corrected mathematical model of the movement of the observed object and its defining structural elements "like bodies", in which a system of equations of type (7) - (14) is implemented.
2. Синтезатор трехмерного управляемого виртуального изображения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел", например, компьютер с графическим программным обеспечением "MultiGen Creator для 3D моделирования [7], оптимизированного для приложений реального времени". Модуль Creator "позволяет быстро и качественно создавать фотореалистичные трехмерные детализированные объекты любой сложности, с различным уровнем детализации, с возможностью анимирования элементов модели, а также применять технологии мультитекстурирования".2. A synthesizer of a three-dimensional controlled virtual image of the observed object and its defining structural elements “like bodies”, for example, a computer with graphic software “MultiGen Creator for 3D modeling [7] optimized for real-time applications”. The Creator module "allows you to quickly and efficiently create photorealistic three-dimensional detailed objects of any complexity, with various levels of detail, with the ability to animate model elements, as well as apply multitexturing technology."
3. Дискриминаторы определения рассогласований методом отслеживания максимума корреляционой связи между текущим реальным и синтезированными виртуальными изображениями, сканирующими в области этого максимума искомыми параметрами:3. Discriminators for determining discrepancies by tracking the maximum of the correlation between the current real and synthesized virtual images scanning in the region of this maximum the desired parameters:
а) закрутки наблюдаемого объекта по относительным углам:a) the twist of the observed object in relative angles:
где ψЭ(t), υЭ(t), γЭ(t) - искомые углы закрутки синтезированного трехмерного эталонного изображения наблюдаемого объекта;where ψ E (t), υ e (t), γ E (t) - the desired angle of twist of the synthesized three-dimensional reference image of the observed object;
б) закрутки определяющих конструктивных элементов "как тел" относительно наблюдаемого объекта по углам:b) the twist of the defining structural elements "as bodies" relative to the observed object in the corners:
в) явлений:c) phenomena:
- факта и режима работы двигателя сопровождаемого объекта по наблюдаемой истекающей из сопла струи продуктов горения топлива;- the fact and mode of operation of the engine of the escorted object along the stream of fuel combustion products flowing out of the nozzle;
- изменения масштаба изображения (внешнебазовый дальномер), ....- changes in image scale (external base range finder), ....
4. Монитор визуализации процесса многомерного траекторного сопровождения наблюдаемого объекта.4. Monitor visualization of the process of multidimensional trajectory tracking of the observed object.
5. Многомерный управляющий орган человека-оператора для целенаправленного корректирующего воздействия на математическую модель движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел".5. The multidimensional governing body of the human operator for targeted corrective action on the mathematical model of the movement of the observed object and its defining structural elements “like bodies”.
По предлагаемому способу в управляемый синтезатор трехмерного виртуального изображения (компьютер) заносят программу трехмерного графического образа наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел", проецируют видимую часть этого образа на "картинную" плоскость, перпендикулярную вектору D(t), подают это синтезированное виртуальное изображение на монитор визуализации процесса многомерного траекторного сопровождения целиком рядом с оптико-электронным изображением истинного наблюдаемого объекта и на корреляционные дискриминаторы частями, сканирующими в области отслеживаемых максимумов корреляционной связи искомыми параметрами. С помощью человека-оператора зрительно сравнивают мониторное (фиг.5, 6) синтезированное виртуальное изображение с реальным, выявляют рассогласования в масштабе, сдвиге, пространственной ориентации объекта, его определяющих конструктивных элементов "как тел", рассогласования по другим параметрам многомерного сопровождения, воздействуют на многомерный управляющий орган целенаправленно - в сторону уменьшения выявленных рассогласований, для чего сигналом с выхода многомерного управляющего органа воздействуют на корректируемую математическую модель движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел". Сигналы с выхода скорректированной математической модели подают на управление синтезированным трехмерным виртуальным образом и таким образом приводят его в соответствие с изображением реально наблюдаемого объекта, оценивают результаты корректировки по монитору и продолжают ее до тех пор, пока рассогласования по сдвигам Δβ(t), Δε(t), углам закрутки δψ(t), δυ(t), δγ(t), δφКР(t), δφεC(t), δφβC(t), ..., внешнебазовому дальнометрированию (5), установки факта и режима работы двигателя сопровождаемого объекта, не окажутся внутри (см. фиг.1 "б") зон возможного устойчивого автосопровождения Δmin≤Δ(t)≤Δmax, δmin≤δ(t)≤δmax корреляционных дискриминаторов, накрывающих максимумы корреляционных связей между соответствующими реальными и виртуальными изображениями. После этого каждому дискриминатору дают разрешение на "захват" и автосопровождение. При многомерном автосопровождении на вход вычислителя корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел" подают сигналы рассогласований с выходов корреляционных дискриминаторов, продолжают по монитору анализировать соответствие синтезированного изображения реальному и в случае возникновения больших рассогласований по какому-либо дискриминатору отменяют для него разрешение на "захват" и автосопровождение, осуществляют с помощью многомерного управляющего органа оператора ручную корректировку и вновь дают разрешение на "захват" и автосопровождение объекта по рассматриваемому параметру. Значения параметров многомерного траекторного сопровождения и движения наблюдаемого объекта получают на выходе вычислителя корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта.According to the proposed method, a program of a three-dimensional graphic image of the observed object and its defining structural elements “like bodies” is entered into a controlled synthesizer of a three-dimensional virtual image (computer), the visible part of this image is projected onto the “picture” plane perpendicular to the vector D (t), this synthesized filed a virtual image on the visualization monitor of the process of multidimensional trajectory tracking as a whole next to the optoelectronic image of the true observed object and on the correl ion discriminators parts, scanning in the monitored peaks correlation of the desired parameters. Using a human operator, visually compare a monitor (figure 5, 6) synthesized virtual image with a real one, reveal discrepancies in the scale, shift, spatial orientation of the object, its defining structural elements “like bodies”, discrepancies in other parameters of multidimensional tracking, affect multidimensional governing body purposefully - in the direction of reducing identified discrepancies, for which a signal from the output of the multidimensional governing body affects the corrected mat eskuyu motion model of the observed object and determining its components "as the body." The signals from the output of the adjusted mathematical model are fed to the control of the synthesized three-dimensional virtual image and thus bring it into line with the image of the actually observed object, evaluate the results of the correction on the monitor and continue it until the discrepancies Δ β (t), Δ ε (t), spin angles δ ψ (t), δ υ (t), δ γ (t), δ φКР (t), δ φεC (t), δ φβC (t), ..., external-base ranging (5 ), the installation of the fact and operating mode of the engine of the escorted object will not appear inside (see Fig. 1 "b") zones zhnogo steady automatic tracking Δ min ≤Δ (t) ≤Δ max , δ min ≤δ (t) ≤δ max correlation discriminators, covering maxima of correlations between the real and virtual images. After that, each discriminator is given permission to "capture" and auto tracking. In case of multidimensional auto tracking, the corrected mathematical model of the movement of the observed object and its defining structural elements “like bodies” is input to the calculator and the mismatch signals from the outputs of the correlation discriminators are continued, the monitor continues to analyze the correspondence of the synthesized image to the real one and, in the event of large mismatches, the discriminator is canceled for him permission to "capture" and auto-tracking, carried out using a multi-dimensional control organ and the operator manual override and again give permission to "capture" and the tracking of the object on the considered parameter. The values of the parameters of multidimensional trajectory tracking and movement of the observed object are obtained at the output of the calculator of the corrected mathematical model of motion of the observed object.
На фиг.7 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ многомерного траекторного сопровождения объекта, где модули прототипа: 1 - фотоприемник, 2 - дискриминатор сдвигов изображений, 3 - регулируемый орган, 4 - преобразователь, 5 - корректирующий фильтр сохранены; указан как присутствующий в общем случае модуль привода оптической головки следящей системы 10; дополнительно введены: 6 - вычислитель корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел", 7 - многомерный управляющий орган человека-оператора, 8 - синтезатор трехмерного управляемого виртуального изображения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел", 9 - монитор визуализации процесса многомерного траекторного сопровождения наблюдаемого объекта, 11, ..., 12 - дискриминаторы закрутки наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел", 13 - дискриминатор масштаба (внешнебазовый дальномер), 14, ..., 15 - дискриминаторы факта и режима работы двигателя сопровождаемого объекта, 16, ..., 20 - дополнительные, преобразователи, 21, ..., 25 - дополнительные корректирующие фильтры.Figure 7 shows a structural diagram of a device that implements the proposed method of multidimensional trajectory tracking of the object, where the prototype modules: 1 - photodetector, 2 - discriminator of image shifts, 3 - adjustable body, 4 - converter, 5 - correction filter saved; indicated as a generally present optical drive module of the
Предлагаемое устройство многомерного траекторного сопровождения объекта характеризуется следующими связями: выход фотоприемника 1 соединен с первым входом монитора визуализации процесса многомерного траекторного сопровождения наблюдаемого объекта 9 и первыми входами дискриминаторов 2, 11, ..., 15, вторые входы которых связаны со вторым выходом синтезатора трехмерного управляемого виртуального изображения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел" 8, связанного первым выходом со вторым входом монитора 9. Выходы дискриминаторов соединены через соответствующие преобразователи 4, 16, ..., 20 и корректирующие фильтры 5, 21, ..., 25 соответственно с первым, вторым, ..., шестым входами вычислителя корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел" 6, который связан седьмым входом с выходом многомерного управляющего органа человека-оператора 7, первым выходом - с входом регулируемого органа 3, вторым выходом - с входом синтезатора трехмерного управляемого виртуального изображения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел" 8, третьим выходом - с внешними потребителями информации о параметрах многомерного траекторного сопровождения и движения наблюдаемого объекта, регулируемый орган 3 выходом соединен со входом привода оптической головки следящей системы 10, с помощью которого фотоприемник ориентируют на сопровождаемый объект. Человек-оператор анализирует монитор 9 и с помощью многомерного управляющего органа 7 направляет в систему соответствующие корректирующие воздействия.The proposed device multidimensional trajectory tracking of the object is characterized by the following relationships: the output of the
Устройство многомерного траекторного сопровождения объекта работает следующим образом. В управляемый синтезатор трехмерного виртуального изображения 8 заносят программу трехмерного графического образа наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел", там же проецируют видимую часть этого "виртуального" образа на "картинную" плоскость. Видеосигналы изображений сопровождаемого реального объекта с выхода фотоприемника 1 и виртуального - с первого выхода управляемого синтезатора трехмерного эталонного изображения 8, поступают целиком соответственно на первый и второй входы монитора визуализации процесса многомерного траекторного сопровождения 9 для отображения их рядом друг с другом. Видеосигналы изображений сопровождаемого реального объекта с выхода фотоприемника 1 и виртуального - со второго выхода управляемого синтезатора трехмерного виртуального изображения 8 - направляют соответственно на первые и вторые входы дискриминаторов 2, 11÷15 стробированными частями, соответствующими областям функционального назначения каждого из дискриминаторов для их взаимной корреляционной обработки, причем виртуальные изображения размножают по измеряемым параметрам, чтобы ими накрыть области максимумов корреляционных связей и надежно выявить по признаку максимума искомые значения параметров. Человек-оператор зрительно сравнивает мониторное синтезированное (виртуальное) изображение с реальным, выявляет рассогласования в масштабе, сдвиге, пространственной ориентации объекта, его определяющих конструктивных элементов "как тел", рассогласования по другим параметрам многомерного сопровождения, воздействует на многомерный управляющий орган 7 в сторону уменьшения выявленных рассогласований. Сигналом с выхода многомерного управляющего органа 7 воздействуют на седьмой вход вычислителя 6 для коррекции математической модели движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел". Сигналы со второго выхода вычислителя корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел" подают на вход синтезатора трехмерного управляемого виртуального изображения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел" 8, чтобы таким образом привести его в соответствие с изображением реально наблюдаемого объекта, оценивают результаты корректировки по монитору 9 и продолжают ее до тех пор, пока рассогласования по сдвигам, углам закрутки, внешнебазовому дальнометрированию, установки факта и режима работы двигателя сопровождаемого объекта не окажутся внутри зон устойчивого автосопровождения корреляционных дисриминаторов 2, 11, ..., 15. После чего каждому из отслеживаемых дискриминаторов дают разрешение на "захват" и автосопровождение. При многомерном автосопровождении на первый, ..., шестой входы вычислителя корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел" 6 поступают с выходов корреляционных дискриминаторов 2, 11, ..., 15 через соответствующие преобразователи 4, 16, ..., 20 и корректирующие фильтры 5, 21, ..., 25 текущие сигналы рассогласований. С первого выхода вычислителя корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта и его определяющих конструктивных элементов "как тел" 6 сигнал рассогласования по сдвигу изображений в угловой мере через регулируемый орган 3 подают на привод оптической головки следящей системы 10, чтобы направить оптическую ось на сопровождаемый объект. Оператор продолжает по монитору 9 анализировать соответствие синтезированного виртуального изображения реальному и в случае возникновения больших рассогласований по какому-либо профильному дискриминатору отменяют для него разрешение на "захват" и автосопровождение, осуществляют ручную корректировку, и вновь с помощью многомерного управляющего органа 7 дают разрешение на "захват" и автосопровождение объекта по рассматриваемому параметру. Значения параметров многомерного траекторного сопровождения и движения наблюдаемого объекта получают на третьем выходе вычислителя корректируемой математической модели движения наблюдаемого объекта.The device multidimensional trajectory tracking of the object operates as follows. A program of a three-dimensional graphic image of the observed object and its defining structural elements “like bodies” is entered into a controlled synthesizer of a three-dimensional virtual image 8, and the visible part of this “virtual” image is projected onto the “picture” plane. The video signals of the images of the accompanied real object from the output of the
Перечень чертежейList of drawings
Фиг.1. Обобщенная функциональная схема существующей оптико-электронной следящей системы (а) и типичная характеристика дискриминатора (б).Figure 1. A generalized functional diagram of the existing optoelectronic tracking system (a) and a typical characteristic of the discriminator (b).
Фиг.2. Ориентация вектора относительной дальности D(t) относительно базисной системы координат.Figure 2. The orientation of the relative distance vector D (t) relative to the base coordinate system.
Фиг.3. Текущая пространственная ориентации наблюдаемого объекта (самолета) относительно системы координат O1XDYDZD, связанной с системой сопровождения.Figure 3. The current spatial orientation of the observed object (aircraft) relative to the coordinate system O 1 X D Y D Z D associated with the tracking system.
Фиг.4. Углы ориентации крыла и сопла самолета относительно связанной с ним системы координат Об(t)X0(t)Y0(t)Z0(t).Figure 4. The orientation angles of the wing and nozzle of the aircraft relative to the associated coordinate system Ob (t) X 0 (t) Y 0 (t) Z 0 (t).
Фиг.5. Индикация на мониторе реального Об(t)X1OY1OZ1O и виртуального Э(t)X1ЭY1ЭZ1Э изображений наблюдаемого самолета: а) с рассогласованием по ориентации; б) в согласованном по ориентации состоянии.Figure 5. Indication on the monitor of the real O (t) X 1O Y 1O Z 1O and virtual E (t) X 1E Y 1E Z 1E images of the observed aircraft: a) with a mismatch in orientation; b) in a state coordinated by orientation.
Фиг.6. Индикация на мониторе реального Об(t)X1OY1OZ1O и виртуального Э(t)X1ЭY1ЭZ1Э изображений наблюдаемого осесимметричного объекта - ракеты: а) с рассогласованием по ориентации; б) в согласованном по ориентации состоянии.6. Indication on the monitor of the real O (t) X 1O Y 1O Z 1O and virtual E (t) X 1E Y 1E Z 1E images of the observed axisymmetric object - a rocket: a) with a mismatch in orientation; b) in a state coordinated by orientation.
Фиг.7. Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ многомерного траекторного сопровождения наблюдаемого объекта.7. The structural diagram of a device that implements the proposed method of multidimensional trajectory tracking of the observed object.
Источники информацииInformation sources
1. Григорин-Рябов В.В., ред. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения). М., Сов. радио, 1970 г. (стр.8-10 по способу, 14-39, 236-239, 251-263 - по устройству).1. Grigorin-Ryabov VV, ed. Radar devices (theory and construction principles). M., Sov. radio, 1970 (pp. 8-10 by method, 14-39, 236-239, 251-263 by device).
2 Астапов Ю.М., Васильев Д.В., Заложнев Ю.И. Теория оптико-электронных следящих систем. М., Наука, 1988 г. (по способу: стр.9-19, 25-31; по устройству: стр.44-63).2 Astapov Yu.M., Vasiliev D.V., Zalozhnev Yu.I. Theory of optoelectronic tracking systems. M., Science, 1988 (according to the method: p. 9-19, 25-31; according to the device: p. 44-63).
3. Кочетков Ю.А., ред. Воздушная стрельба и прицелы. Изд. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1958 г.,стр.180-184.3. Kochetkov Yu.A., ed. Aerial shooting and sights. Ed. VVIA them. prof. N.E. Zhukovsky, 1958, pp. 180-184.
4. Айзерман М.А. Классическая механика. М., Наука, 1974 г.4. Aizerman M.A. Classical mechanics. M., Science, 1974
5. Остославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Траектории летательных аппаратов. М., "Оборонгиз", 1963 г., стр.15-48.5. Ostoslavsky I.V., Strazheva I.V. Flight dynamics. Trajectories of aircraft. M., Oborongiz, 1963, pp. 15-48.
6. Ишлинский А.Ю. Механика относительного движения и силы инерции. АН СССР, Институт проблем механики. М., Наука, 1981 г.6. Ishlinsky A.Yu. The mechanics of relative motion and inertia. USSR Academy of Sciences, Institute of Problems of Mechanics. M., Science, 1981
7. Технологии виртуальной реальности. ООО "Группа Джей Си" (JCSI), каталог 2006 г.7. Virtual reality technology. JC Group LLC, 2006 catalog
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006111352/09A RU2306581C1 (en) | 2006-04-07 | 2006-04-07 | Method for multi-dimensional trajectory tracking of an object and device for realization of said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006111352/09A RU2306581C1 (en) | 2006-04-07 | 2006-04-07 | Method for multi-dimensional trajectory tracking of an object and device for realization of said method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2306581C1 true RU2306581C1 (en) | 2007-09-20 |
Family
ID=38695383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006111352/09A RU2306581C1 (en) | 2006-04-07 | 2006-04-07 | Method for multi-dimensional trajectory tracking of an object and device for realization of said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2306581C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011039112A3 (en) * | 2009-10-01 | 2011-12-01 | Delaval Holding Ab | Animal monitoring |
| RU2489730C2 (en) * | 2011-03-03 | 2013-08-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining linear speed of aircraft using non-radar information |
| RU2511610C1 (en) * | 2012-11-13 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения" | Method of control signal forming for double-channel rocket rotating around longitudinal axis |
| RU2537818C1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method for spacecraft flight path correction and device for its implementation |
| RU2598788C2 (en) * | 2011-09-08 | 2016-09-27 | Эрбас Дифенс Энд Спейс Гмбх | Bending display for 3d representation of dynamic display |
| RU2695762C1 (en) * | 2019-01-25 | 2019-07-25 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации | Method of forming mismatch parameters in a radio-electronic system for controlling an air-to-air missile with its self-homing on an aircraft of a pair of them according to its functional purpose on the principle of "master-slave" |
-
2006
- 2006-04-07 RU RU2006111352/09A patent/RU2306581C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АСТАПОВ Ю.М. и др. Теория оптико-электронных следящих систем. - М.: Наука, 1988, с.9-19, 25-31, 44-63. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011039112A3 (en) * | 2009-10-01 | 2011-12-01 | Delaval Holding Ab | Animal monitoring |
| RU2489730C2 (en) * | 2011-03-03 | 2013-08-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining linear speed of aircraft using non-radar information |
| RU2598788C2 (en) * | 2011-09-08 | 2016-09-27 | Эрбас Дифенс Энд Спейс Гмбх | Bending display for 3d representation of dynamic display |
| RU2511610C1 (en) * | 2012-11-13 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения" | Method of control signal forming for double-channel rocket rotating around longitudinal axis |
| RU2537818C1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method for spacecraft flight path correction and device for its implementation |
| RU2695762C1 (en) * | 2019-01-25 | 2019-07-25 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации | Method of forming mismatch parameters in a radio-electronic system for controlling an air-to-air missile with its self-homing on an aircraft of a pair of them according to its functional purpose on the principle of "master-slave" |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2306581C1 (en) | Method for multi-dimensional trajectory tracking of an object and device for realization of said method | |
| KR20020097172A (en) | Method for Measuring Three- dimensional Coordinate, Apparatus Thereof and Method for Building Large Construction Therewith | |
| Hussein | A review on vision-based control of flexible manipulators | |
| Marwan et al. | Calibration method for articulated industrial robots | |
| GB2246261A (en) | Tracking arrangements and systems | |
| Hu et al. | Modeling and analyzing point cloud generation in missile-borne LiDAR | |
| Livshitz et al. | Low-cost laser range-measurement-based terrain-following concept and error analysis | |
| CN115343744A (en) | Optical single-double-star combined on-satellite positioning method and system for aerial moving target | |
| García-Moreno et al. | Error propagation and uncertainty analysis between 3D laser scanner and camera | |
| Zhu et al. | Vision/GPS-based docking control for the UAV autonomous aerial refueling | |
| CN113884278A (en) | System calibration method and device for line laser equipment | |
| CN112407344B (en) | Pose prediction method and device for space non-cooperative target | |
| CN111693051B (en) | Multi-target data association method based on photoelectric sensor | |
| Qiu et al. | Laser dot projection videogrammetry for vibration measurement and control of a piezoelectric flexible cantilever plate | |
| Liu et al. | Wing deformation measurement using the stereo-vision methods in the presence of camera movements | |
| Reyes-Garcia et al. | Reduction of angular position error of a machine vision system using the digital controller LM629 | |
| EP1092125B1 (en) | Vector measurement for coordinate measuring machine | |
| Cheng et al. | “Adult” robot enabled learning process in high precision assembly automation | |
| CN106383528B (en) | The total tune control method of coelostat and tilting mirror | |
| CN109917345A (en) | Monopulse radar directional sensitivity scaling method and device | |
| Ciarambino et al. | Development validation and test of optical based algorithms for autonomous planetary landing | |
| Xin et al. | An on-board pan-tilt controller for ground target tracking systems | |
| Wang et al. | New algorithms for motion error detection of numerical control machine tool by laser tracking measurement on the basis of GPS principle | |
| Sotnikov et al. | Calculating method of error calculations of the object coordination by means of conducting platform free inertial navigation systems of an unmanned aerial vehicle | |
| RU2389041C2 (en) | Combined system for tracking mobile objects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HK4A | Changes in a published invention | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120408 |