Главная – Журналы – Автометрия 2024 номер 6

Разработан алгоритм поиска малоразмерных (порядка 10 пикселей) объектов с постоянной яркостью на неоднородном случайном фоне. В основе алгоритма лежит процедура поиска условного максимума произведения вероятностей, с которыми объект и локальный фон имеют определённые значения яркости. Для фона эти вероятности оцениваются по гистограмме, построенной для сегмента изображения. Алгоритм реализован для случая, когда все яркости объекта в допустимом диапазоне равновероятны. Вычислительный эксперимент производился на 20 фотографиях облаков размером 1200 × 1200 пикселей, на которые были нанесены круги радиусом два пикселя. Из 200 заданных таким образом объектов было найдено 169, при этом количество ошибок второго рода составило 280.

Трёхмерные времяпролётные камеры находят всё более широкое применение в робототехнике для информационного обеспечения задач управления движением и считаются перспективными для решения задач стыковки с некооперируемыми космическими аппаратами. В этом случае очень важны величины ошибок измерения относительных координат, которые может обеспечить времяпролётная камера. Проанализированы случайные (шумовые) ошибки, а также выявлено наличие значительной корреляции случайных ошибок измерения дальности времяпролётных камер для соседних пикселов. Для частного примера построено аналитическое решение, показывающее существенное ухудшение точности измерений расстояния при наличии указанной корреляции.

Проведены исследования пространственной эволюции поперечной составляющей среднего вектора Пойнтинга и процесса формирования в плоскости приёма распределения интенсивности лазерных пучков, распространяющихся в турбулентной атмосфере, в зависимости от начального распределения поля. Рассмотрены случаи распространения при коллимации и фокусировке гауссова и кольцевых лазерных пучков, рассчитаны в точке приёма их эффективные радиусы при разных уровнях отсечки по мощности. Сформулированы условия, позволяющие уменьшить эффективный радиус кольцевого пучка в области перетяжки по сравнению с гауссовым пучком той же мощности.

Рассмотрено и проанализировано влияние одновременно воздействующих аддитивных и флюктуационных мультипликативных помех с высоким уровнем на точность измерения информационного параметра сигнала. Получены выражения, определяющие условные вероятности правильного измерения информационного параметра и ложного отсчёта. Определены плотности вероятностей каналов для N-канального приёмника, рассмотрен частный случай двухканального приёмного устройства. Вероятность правильного измерения параметра при высоком уровне мультипликативных помех приближённо равна вероятности обнаружения сигнала в том канале, где присутствует неискажённая часть сигнала. Определено значение порогового напряжения N-канального приёмника, которое позволяет получить заданные вероятностные характеристики измерения. Получены зависимости, характеризующие вероятность правильного измерения от уровня неискажённой части сигнала, для случая колоколообразного распределения мощности флюктуаций искажённого сигнала по каналам приёмного устройства при различных ширине спектра функции помеховой модуляции и числе каналов приёмного устройства. Доказано, что в случае большого числа каналов или при симметричном относительно k-го канала распределении мощности флюктуаций помеховой составляющей сигнала, искажённого мультипликативной помехой, среднее значение ошибок измерения (ложных отсчётов) равно нулю, т. е. систематические ошибки измерения отсутствуют.

Рассмотрен подход по определению дистанции до теплоконтрастных объектов на основе данных, полученных с инфракрасной камеры средневолнового диапазона. Анализируется уравнение переноса излучения, и демонстрируется статистическая устойчивость теплового распределения цели в зависимости от дистанции до объекта и погодных условий. На основе совокупности выявленных признаков объекта предложена модель многомерной линейной регрессии, использующая обученную искусственную нейронную сеть и позволяющая предсказывать дистанцию до объекта. Проведено моделирование полученного под- хода по известным экспериментальным данным, показавшим преимущество оцениваемой дистанции (менее Δ_D/D < 0,04) в сравнении с прямым методом определения дальности (Δ_D/D > 0,82). Даны направления дальнейших исследований и обоснована необходимость совершенствования признакового пространства для повышения точности подхода.

Предлагается конструктивный метод решения линейно-квадратичных задач пространственно-временнóго управления с амплитудными ограничениями управляющих воздействий в системах с распределёнными параметрами параболического типа при заданной точности равномерного приближения конечного состояния объекта к требуемому пространственному распределению управляемой величины. Развиваемый подход базируется на ранее разработанном альтернансном методе построения параметризуемых алгоритмов программного управления. Показано, что уравнения оптимальных регуляторов сводятся к линейным с ограничениями алгоритмам обратной связи по измеряемому состоянию объекта с предварительно определяемыми нестационарными коэффициентами передачи.

Рассматривается задача калибровки векторного магнитометра, технологические погрешности производства которого приводят к недопустимым при эксплуатации ошибкам измерений. Предложен статистический метод калибровки на основе итерационной минимизации невязки результата измерения и точного значения индукции магнитного поля, получаемого за счёт использования стационарного измерителя высокой точности. Приводятся результаты эксперимента, иллюстрирующие эффективность метода.

В настоящее время при решении задачи автономной навигации по параметрам оптического потока, снимаемого видеокамерой во время движения объекта, определяются только составляющие линейной и угловой скоростей объекта. Подобное определение скоростей является лишь частью общей задачи навигации - текущего позиционирования объекта и определения его угловой ориентации - и не позволяет решить её в целом. В связи с этим рассмотрен интеграционный подход, позволяющий объединить возможности инерциальной навигационной системы, которая обеспечивает решение задачи автономной навигации в целом, и системы навигации по оптическому потоку, позволяющей осуществлять автономное наблюдение параметров линейного и углового движений с минимальными аппаратными затратами. Поскольку при использовании этих систем серьёзную проблему представляет сложность учёта помех с различной вероятностной природой, то синтез стохастической модели предложенной интегрированной инерциально-оптической системы проведён с учётом возможности дальнейшего применения методов, учитывающих влияние помех при оценке навигационных параметров объекта, т. е. методов современной теории стохастической фильтрации. В результате для оценки полного вектора параметров движения объекта по измерениям интегрированной инерциально-оптической системы навигации построен модифицированный расширенный фильтр Калмана, учитывающий корреляцию шумов объекта и наблюдателя. Проведён численный эксперимент, иллюстрирующий эффективность предложенного подхода.

Представлена адаптивная оптическая система для коррекции искажений лазерного излучения на протяжённой атмосферной трассе в режиме реального времени, которая включает в себя блок эмуляции атмосферной турбулентности и контур опережающей коррекции обусловленных запаздыванием корректирующего зеркала Tip-Tilt ошибок углов наклона лазерного пучка. Алгоритмы опережающей коррекции протестированы на основе численного анализа измерений, выполненных датчиком волнового фронта Шэка - Гартмана.

При проектировании устройств терагерцевого диапазона на основе резонансно-туннельных структур с рабочей точкой на участке отрицательной дифференциальной проводимости возникают серьёзные проблемы в прогнозировании вольт-амперных характеристик таких структур. Решается задача прогнозирования вольт-амперных характеристик резонансно- туннельных диодов на участке отрицательной дифференциальной проводимости для устройств преобразования сигналов. Предложен метод расчёта гистерезиса на вольт-амперных характеристиках резонансно-туннельных диодов. Разработанная модель отличается от ранее применявшихся подходов использованием для описания гистерезиса стационарного варианта формализма волновых функций, в то время как ранее применялись нестационарные уравнения формализма функций Вигнера или квантовой гидродинамики. Показано, что гистерезис является следствием межэлектронного взаимодействия в квантовом канале резонансно-туннельной структуры, которое может быть учтено с помощью метода самосогласованного поля. Рассмотрены три типа начальных условий для системы уравнений Шрёдингера - Пуассона, и показано, что появление гистерезиса на вольт-амперных характеристиках резонансно-туннельных диодов достигается применением специальных начальных условий при процедуре самосогласования. Выяснено, что гистерезис проявляется в стационарном случае постоянного напряжения, что возможно предсказать путём вариации начальных условий при проведении процедуры самосогласования.

Проведено исследование нелинейного фототермического эффекта, возникающего в процессе локальной лазерной абляции плёнок оксидов металлов с различной теплопроводностью. Показано, что ширина треков монотонно уменьшается при изменении коэффициента теплопроводности в пределах от 25 до 1 Вт/(м · К). Установлено, что умеренное уменьшение теплопроводности плёнки не приводит к значительному сокращению ширины трека. Сделан вывод о совместном влиянии на минимальную ширину трека коэффициента теплопроводности и фактора теплового разгона, который вносит дополнительную нелинейность в процесс нагрева оксидной плёнки.

В настоящее время к кристаллам GaSe как частному случаю ван-дер-ваальсовых материалов проявляется повышенный интерес исследователей и разработчиков в областях терагерцевой оптоэлектроники и интегральной фотоники. С инженерной точки зрения важным является точное знание нелинейно-оптического коэффициента, в частности на телекоммуникационных длинах волн. Его изучению уделялось мало внимания, а имеющиеся данные значительно различаются. В связи с этим в работе проведена независимая оценка нелинейно-оптического коэффициента d^eo₂₂ кристаллов GaSe_1-xS_x (где x = 0; 0,03; 0,12; 0,16 и 0,22), отвечающего за взаимодействие частот излучения оптического (включая телекоммуникационный) и терагерцевого диапазонов. По совокупности данных, полученных с помощью электрооптических измерений, и предсказаний, основанных на правиле Миллера, показано, что значение d^eo₂₂ для кристаллов с различным легированием не превышает 20 пм/В для длин волн ближнего инфракрасного диапазона. Полученное значение до 2 раз меньше, чем представленное в работах других авторов.