СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ТОЧНОСТИ ПАССИВНОЙ СИСТЕМЫ ВИДЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК G06T7/246 G06K9/46 G01S5/12 

Изобретение относится к многопозиционным оптическим, тепловым и пассивным радиосистемам видения для наблюдения за малоразмерными объектами. Такая система состоит из нескольких оптических, радиометрических или радиотехнических приемников, которые в пассивном режиме наблюдения определяют орты векторов направлений на объекты [1]. Полученные орты распределяются по принадлежности конкретным объектам, после чего на основе сопряженных пар векторов вычисляются оценки дальностей до объектов и их пространственные координаты [2].

Точность определения положения объектов определяется числом приемников и их взаимным расположением, а надежность - способом резервирования приемников. Известен способ повышения надежности и точности пассивной системы видения [3], который заключается в следующем.

1. Размещают N (N>2) взаимно ориентированных приемников (наблюдателей) и параллельно выполняют N однотипных схем операций, причем при выполнении операций k-й схемы считают, что k-й приемник является основным, а остальные N-1 приемников - вспомогательными, пересчитывающими свои координаты в систему координат k-го приемника.

2. В каждой из N-1 пар основного и вспомогательного приемника находят орты векторов направлений на объекты и выбирают неповторяющиеся варианты соединения ортов в сопряженные пары по критерию сопряжения.

3. Среди N параллельно выполненных схем операций выбирают схему с наилучшим показателем сопряжения и полученные для данной схемы оценки пространственных координат объектов передают на сопровождение.

4. Если происходит отказ в работе одной схемы с основным приемником, то выбирают следующую в порядке улучшения показателя сопряжения параллельно работающую схему с другим основным приемником и передают на сопровождение оценки координат, полученные в этой схеме. Продолжают подобный выбор схем в случае новых отказов.

Данный способ обладает следующим недостатком.

Способ требует наличия N схем обработки данных наблюдения, что приводит к увеличению вычислительных затрат в N раз по сравнению с системой, состоящей из одного основного приемника и N-1 вспомогательных. При этом повышение точности достигается выбором схемы с наилучшим показателем сопряжения векторов направлений на объекты.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка, а именно на сокращение в N раз вычислительных затрат при сохранении надежности и точности работы пассивной системы видения.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа повышения надежности и точности пассивной системы видения, который заключается в составлении n пар (п≥2) взаимно ориентированных приемников, определении в каждой паре ортов векторов направлений на объекты, выборе неповторяющихся вариантов соединения ортов в сопряженные пары по критерию сопряжения и выполнении операций над ортами в системах координат каждого приемника, отличающийся тем, что пары приемников составляют так, чтобы взаимные положения ортов векторов направлений на объекты в каждой паре были близки к ортогональным, и выполняют операции над ортами в единой для всех приемников системе координат, при этом в каждой паре приемников выбирают неповторяющиеся варианты соединения ортов в сопряженные пары по критерию сопряжения и для выбранных вариантов вычисляют оценки дальностей и пространственных координат объектов, затем осуществляют кластеризацию координат, полученных во всех n парах приемников, и пространственные координаты центров кластеров передают на сопровождение объектов, кроме того, если происходит отказ в работе отдельного приемника в какой-либо паре, то оставшийся в этой паре рабочий приемник соединяют с другим приемником из состава работающих пар с учетом ортогональности направлений на объекты и образуют новую пару, и продолжают образование новых пар в случае новых отказов.

Алгоритмически способ сводится к следующим операциям.

1. Из N приемников (N≥3), ориентированных в единой прямоугольной системе координат базовыми векторами b_k и матрицами P_k поворота осей координат составляют n пар (2≤n≤N) так, чтобы орты а₁(i) и a₂(j) векторов i-x и j-x направлений на m объектов (m≥1) в каждой s-й паре приемников с номерами k₁ и k₂ (k₁, k₂ ∈ {1, 2,…, N}, k₁≠k₂) были близки к ортогональным. Это достигается расположением приемников на линии окружности или поверхности сферы с определенным радиусом, зависящим от рубежа дальности наблюдения. Центр единой системы координат может совпадать с центром окружности или сферы.

2. В каждой s-й паре определяют орты а₁(i) и а₂ (j) векторов i-х и j-x направлений на объекты в местных системах координат приемников и пересчитывают координаты ортов в единую систему координат, получая тем самым векторы

3. Для каждой i-й, j-й пары ортов s-й пары приемников ("T" - символ транспонирования) из условия сопряжения векторов то есть их линейной зависимости в единой системе координат:

где r_kl(i) и r_k2(j) - искомые дальности до объектов относительно k₁-го и k₂-го приемников; e(i, j)=(e_x, e_y, e_z)^T - вектор ошибок сопряжения M₁(i) и M₂(j), находят оценки дальностей по критерию минимума квадрата нормы вектора ошибок сопряжения

После представления (1) в координатно-матричной форме

находят вектор оценок дальностей как

Точность оценок дальностей (2) определяется ковариационной матрицей ошибок оценивания ΔR, где - дисперсия координат вектора ошибок сопряжения. Из анализа следует, что наименьшие дисперсии ошибок оценок дальностей получаются при ортогональном положении векторов в сопряженных парах. При ортогональном положении и показатели J(i, j) сопряжения векторов принимают наименьшие значения.

4. Выбирают m неповторяющихся пар векторов a₁(i) и а₂(j_i), где номер j_i поставлен в соответствие номеру i, с наименьшими значениями показателей сопряжения Для них вычисляют векторы M_s(i) усредненных оценок пространственных координат m объектов в единой системе координат для каждой s-й пары приемников:

5. Координаты объектов, обнаруженных во всех стереопарах приемников, подвергают операциям кластеризации. В результате выделяют кластеров ( - оценка числа m) по признаку близости координат, и координаты центров кластеров передают на сопровождение объектов.

6. Если происходит отказ в работе отдельного приемника в какой-либо паре, то оставшийся в этой паре рабочий приемник соединяют с другим приемником из состава работающих пар с учетом ортогональности направлений на объекты и образуют новую пару. Продолжают образование новых пар в случае новых отказов.

Точность и надежность системы приемников

Повышение точности оценок координат в предложенной схеме размещения N приемников (N>2) по сравнению с обычной стереопарой (N=2) достигается взаимным расположением пар приемников с учетом ортогональности векторов направлений на объекты.

Надежность системы N приемников (N>2) определяется вероятностью того, что при вероятности р безотказной работы каждого приемника хотя бы 2 из N приемников будут работать надежно. С применением формулы Бернулли получается вероятность p_N безотказной работы системы:

что в сравнении с N=2 дает очевидное преимущество: p_N>р² при N>2.

Таким образом, предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет сократить в N раз вычислительные затраты при сохранении надежности и точности работы пассивной системы видения, присущих прототипу.

Литература

1. Патент RU 2694023.

2. Патент RU 2681518.

3. Патент RU 2682376.

Способ может быть использован в многопозиционных оптических, тепловых или пассивных радиосистемах видения для наблюдения за малоразмерными объектами. Способ заключается в составлении n пар (n≥2) взаимно ориентированных приемников, определении в каждой паре ортов векторов направлений на объекты, выборе неповторяющихся вариантов соединения ортов в сопряженные пары по критерию сопряжения и для выбранных вариантов вычисляют оценки дальностей и пространственных координат объектов. Взаимные положения ортов векторов направлений на объекты в каждой паре близки к ортогональным. Операции над ортами выполняют в единой для всех приемников системе координат. Осуществляют кластеризацию координат, полученных во всех n парах приемников, и пространственные координаты центров кластеров передают на сопровождение объектов. Если происходит отказ в работе отдельного приемника в какой-либо паре, то оставшийся в этой паре рабочий приемник соединяют с другим приемником из состава работающих пар с учетом ортогональности направлений на объекты, и образуют новую пару, и продолжают образование новых пар в случае новых отказов. Технический результат - сокращение вычислительных затрат при сохранении надежности и точности работы пассивной системы видения.

Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения, заключающийся в составлении n пар (n≥2) взаимно ориентированных приемников, определении в каждой паре ортов векторов направлений на объекты, выборе неповторяющихся вариантов соединения ортов в сопряженные пары по критерию сопряжения и выполнении операций над ортами в системах координат каждого приемника, отличающийся тем, что пары приемников составляют так, чтобы взаимные положения ортов векторов направлений на объекты в каждой паре были близки к ортогональным, и выполняют операции над ортами в единой для всех приемников системе координат, при этом в каждой паре приемников выбирают неповторяющиеся варианты соединения ортов в сопряженные пары по критерию сопряжения, и для выбранных вариантов вычисляют оценки дальностей и пространственных координат объектов, затем осуществляют кластеризацию координат, полученных во всех n парах приемников, и пространственные координаты центров кластеров передают на сопровождение объектов, кроме того, если происходит отказ в работе отдельного приемника в какой-либо паре, то оставшийся в этой паре рабочий приемник соединяют с другим приемником из состава работающих пар с учетом ортогональности направлений на объекты, и образуют новую пару, и продолжают образование новых пар в случае новых отказов.