Методология компьютерного моделирования оптико-электронных систем
Использование методов компьютерного моделирования при разработке и проектировании новых оптико-электронных систем (ОЭС). Разработка общей методологии (принципов и методов) компьютерного моделирования ОЭС. Методы оценки адекватности компьютерной модели.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.02.2018 |
| Размер файла | 1,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Возможные составляющие излучения на входном зрачке ОС, задаваемые как входные параметры для модуля "Фоноцелевая обстановка" модели, представлены на рис.17.
Рис.16. Вид интерфейса ввода исходных данных в модели "КМ ОЭС"
Модель "КМ ОЭС" содержит два канала (спектральных диапазона) - тепловизионный, разбиваемый на отдельные поддиапазоны, и визуальный. С ее помощью по заданию ЦНИИ Точмаш проводилась оценка эффективности камуфляжа и маскировки различных объектов, наблюдаемых на фоне естественных помех.
С использованием этой модели, зная тактико-технические параметры и характеристики современных ОЭС или задаваясь ими, оказалось возможным рассчитать пороговые значения контрастов температур, излучательных и отражательных способностей объектов, регистрируемых этими системами, а следовательно, установить необходимый уровень снижения этих контрастов с целью повысить эффективность средств камуфляжа и маскировки.
В модель введены алгоритмы расчета минимальной разрешаемой разности температур, отношения сигнал-шум и зависимостей вероятностей обнаружения, распознавания и идентификации цели от дальности до нее, а также от различных конструктивных параметров ОЭС. На рис.18 и 19 приводятся вид интерфейса и диаграммы зависимостей вероятностей обнаружения, распознавания и идентификации от дальности в тепловизионном канале и в визуальном канале, полученные в результате моделирования.
Рис.17. Окно задания составляющих излучения на входном зрачке оптической системы в "КМ ОЭС"
Рис.18. Диаграммы зависимостей вероятностей обнаружения, распознавания и идентификации от дальности в тепловизионном канале
Рис. 19. Диаграммы зависимостей вероятностей обнаружения и распознавания от дальности в визуальном канале
Предлагаемая методология позволяет проводить дальнейшее развитие разрабатываемой модели "КМ ОЭС" вводом дополнительных модулей, описанных в методологии, установления связей между ними, и реализации в системе MatLab.
Проведенные эксперименты с "КМ ОЭС", в частности, при выполнении НИР "Разработка компьютерной модели для оценки эффективности средств маскировки в оптическом диапазоне спектра", подтверждают ее гибкость и возможность использования ее для решения новых задач моделирования.
- В приложении приводятся рекомендации по выбору программных средств для компьютерной модели оптико-электронных систем.
Заключение
Предлагаемая методология компьютерного моделирования позволяет использовать её при проектировании и исследовании разнообразных ОЭС на начальных этапах их проектирования. Проведенные исследования и разработки, результаты которых изложены в настоящей диссертации, позволяют сделать следующие основные выводы.
1. Предложенная структура обобщенной компьютерной модели оптико-электронных систем (КМ ОЭС), включающая в себя в качестве основных модулей "Исходные данные", "Показатели эффективности", "Фоноцелевая обстановка", "Структура ОЭС", "База данных КМ ОЭС", "Результат работы КМ ОЭС", является основой для начального этапа моделирования вновь разрабатываемых ОЭС.
2. Основными этапами компьютерного моделирования ОЭС являются:
представление показателей эффективности работы системы, содержащихся в техническом задании на разработку, в общем параметрическом виде путем обращения к субмоделям модулей "Фоноцелевая обстановка", "Структура ОЭС", "База данных КМ ОЭС";
расчет показателей эффективности в модуле "Результат работы КМ ОЭС";
сопоставление результатов расчета с заданными значениями;
проведение параметрической или структурной оптимизации ОЭС в случае, если полученные результаты не удовлетворяют пользователя. Для этого используются алгоритмы оптимизации и обратная связь с модулями "Структура ОЭС" и "Исходные данные", содержащаяся в обобщенной КМ ОЭС;
проведение контрольного расчета критерия адекватности в соответствующем блоке модуля "Результат работы КМ ОЭС" при получении удовлетворительных результатов расчета показателей эффективности.
3. Общую методологию процесса создания отдельных модулей можно представить в виде совокупности следующих этапов:
выбор показателей эффективности и (или) целевой функции, наилучшим образом отображающих требования к модулю;
выбор управляемых и неуправляемых переменных для задачи моделирования;
определение перечня требуемых выходных параметров модуля и соответствующего им перечня необходимых входных параметров;
составление общего алгоритма функционирования модуля.
При формировании отдельных модулей КМ ОЭС, возможно обращение к БД обобщенной модели, а также упрощение выбранного варианта.
4. С целью упрощения модели без потери её адекватности необходимо произвести ранжирование составляющих входного сигнала, создаваемых субъектами фоноцелевой обстановки на входе ОЭС.
5. Предложенный метод аналитической оценки адекватности компьютерных моделей ОЭС в случае отсутствия реально существующего объекта-оригинала (ОЭС), с которым можно было бы сравнивать модель, позволяет оценить область применения этой модели, а в ряде случаев отказаться от дорогостоящего физического (натурного) эксперимента при проектировании и исследованиях сложных ОЭС. На начальных уровнях проектирования критерий адекватности и области адекватности модели целесообразно оценивать по отклонению показателя эффективности работы ОЭС от заданного или требуемого его значения.
6. Особенности компьютерного моделирования двух - и многодиапазонных ОЭС 3-го поколения (МОЭС), а также ОЭС, работающих активным методом, наиболее часто могут быть учтены путем ввода в базу данных обобщенной структурной схемы КМ ОЭС специальных подразделов, содержащих субмодели, отображающие специфику этих систем, дополнительные показатели эффективности их работы, используемые в них алгоритмы обработки сигналов, параметры и характеристики отдельных СЧ и т.п.
Предложенная в настоящей диссертации методология позволила разработать компьютерные модели ряда ОЭС конкретного назначения, которые показали целесообразные пути совершенствования этих систем и области их эффективного применения. Эти работы были выполнены в рамках НИР "Разработка компьютерной модели для оценки эффективности средств маскировки в оптическом диапазоне спектра" (тема №1-Э/ПР) и "Компьютерная модель тепловизионной системы" (тема №1011-хд), а также контракта (трудового соглашения) с НПО "Комета". Проведенные эксперименты с разработанными на кафедре ОЭП МИИГА и К моделями "КОМОС" и "КМ ОЭС", в частности, при выполнении эти НИР, подтверждают гибкость предложенной методологии и возможность использования ее для решения новых задач моделирования.
Проведенные исследования легли в основу работы по гранту № 2.1.2/4163 Минобрнауки РФ "Методология компьютерного моделирования оптико-электронных систем третьего поколения" в рамках аналитической ведомственной целевой программы “Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)", подраздел 2.1.2 "Проведение фундаментальных исследований в области технических наук" (номер государственной регистрации 01200904617).
Использование разработанной методологии позволит с требуемой адекватностью моделировать перспективные ОЭС 3-го поколения, определять показатели качества их работы в различных ситуациях, оценивать эффективность использования элементной базы этих систем, что значительно сократит средства на их разработку.
Основные положения предложенной методологии включены в учебную программу дисциплины "Компьютерное моделирование оптико-электронных систем", используемую при подготовке магистров по направлению "Оптотехника" в МИИГАиК.
Список опубликованных научных работ по теме диссертации
Монография
1. Торшина И.П. Компьютерное моделирование оптико-электронных систем первичной обработки информации - М.: Университетская книга; Логос, 2009. - 248 с.
Статьи в изданиях, вошедших в перечень ВАК РФ
2. Торшина И.П. Формирование баз данных для компьютерной модели оптико-электронной системы // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2002. - №3. - С.147-153.
3. Торшина И.П. Типы оптических моделей аэрозольной атмосферы для компьютерной модели оптико-электронной системы // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2002. - №3. - С.127-133.
4. Торшина И.П. Структура и состав базы данных по излучению естестенных фонов для компьютерной модели оптико-электронной системы // Изв. вузов. Приборостроение. - 2002. - №5. - С.126-140.
5. Торшина И.П. Методика разработки обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы // Изв. вузов. Приборостроение. - 2008. - №3. - С.61-65.
6. Торшина И.П. Компьютерное моделирование многодиапазонных оптико-электронных систем // Изв. вузов. Приборостроение. - 2008. - №9. - С.37-40.
7. Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Оценка адекватности компьютерной модели оптико-электронной системы её заданным свойствам // Изв. вузов. Приборостроение. - 2009. - №9. - С.63-68.
8. Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Структура обобщенной компьютерной модели оптико-электронных систем // Научно-технический вестник С. Пб. ГУ ИТМО. - 2009. - №6 (64). - С.5-9.
9. Торшина И.П. Якушенков Ю.Г. Исходные данные для построения компьютерной модели бортовой оптико-электронной системы дистанционного зондирования. // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2009. - № 5 - С.87-90
10. Торшина И.П., Якушенков Ю. Г Особенности компьютерного моделирования оптико-электронных систем третьего поколения // Оптический журнал. - 2010. - № 2. - С.87-89.
Другие издания
11. Торшина И.П. Систематизация субмоделей "Атмосфера" для использования в обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы. Депонирована в ОНТИ ЦНИИГА и К, рег. №742-гд, 2001
12. Торшина И.П. Составление баз данных по излучению естественных фонов для обобщенных компьютерных моделей оптико-электронных систем. Депонирована в ОНТИ ЦНИИГА и К, рег. №751-гд, 2002
13. Торшина И.П. Модели аэрозольной атмосферы для проектирования датчиков экологического мониторинга // В сб. материалов XIII Международной конференции "Датчики и преобразователи информационных систем измерения, контроля и управления "Датчик - 2001". - Гурзуф: 2001. - С.62-63.
14. Торшина И.П. Базы данных статических характеристик анализаторов оптического изображения // В сб. материалов 5-й Международной конференции "Распознавание - 2001". Ч.1. - Курск.: 2001. - С.104.
15. Торшина И.П. Базы данных для компьютерных моделей оптико-электронных систем: некоторые особенности построения и использования // В сб. трудов 5-й международной конференции "Прикладная оптика". Т.3.С. - Пб.: 2002. - С.66.
16. Торшина И.П. Разработка компьютерной базы данных сложных фонов. // В сб. материалов 6-й Международной конференции "Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации "Распознавание-2003". - Курск.: 2003. - С.27-28.
17. Мухин С.В., Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Совершенствование обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы "КОМОС". // В сб. трудов. VI Международной конференции "Прикладная оптика" Т.3. "Компьютерные технологии в оптике" - С. - Пб.: 2004. - С.30-33.
18. Торшина И.П. Алгоритм обработки изображений в компьютерной модели оптико-электронной системы "КОМОС". // В сб. материалов 7-й Международной конференции "Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации "Распознавание-2005". - Курск: 2005. - С. 206-207.
19. Торшина И.П., Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Учебное пособие по дисциплине "Компьютерное моделирование оптико-электронных систем". (Учебное пособие для вузов, рекомендовано УМО в области приборостроения и оптотехники). - М.: МИИГАиК, 2005. - 72 с.
20. Торшина И.П. Формирование компьютерной модели функционирования многодиапазонной оптико-электронной системы // В сб. трудов VII Международной конференции "Прикладная оптика-2006" Т.3. "Компьютерные технологии в оптике". - С. - Пб.: 2006. - С.343-349.
21. Караханова С.Ю., Торшина И.П. Ранжирование составляющих сигнала, приходящего на вход многодиапазонной оптико-электронной системы, для её компьютерной модели // В сб. трудов. VII Международной конференции "Прикладная оптика-2006" Т.3. "Компьютерные технологии в оптике". - С. - Пб.: 2006. - C.349-351.
22. Волков Н.Н., Мухин С.В., Снегов К.Г., Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Компьютерное моделирование оптико-электронных систем 3-го поколения // Ползуновский альманах. Барнаул - 2007. - №3. - C.34-35.
23. Торшина И.П. Формирование сценария работы оптико-электронной системы для её обобщенной компьютерной модели // В сб. "Оптико-электронные системы визуализации и обработки оптических изображений", вып.2. - М.: ЦНИИ "Циклон", 2007. - С.142-151
24. Торшина И.П. Оценка адекватности компьютерной модели оптико-электронных систем // В сб. материалов Международного оптического конгресса "Оптика XXI век". - С. - Пб.: 2008. - С.71.
25. Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Компьютерное моделирование на первых этапах проектирования оптико-электронных диагностических систем. // В сб. материалов Международной науч. - техн. конференции "Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы". - Курск: 2009. - С.90-93.
26. Торшина И.П. Особенности составления субмодели "Сценарий" при компьютерном моделировании оптико-электронных систем // В сб. материалов III Международного форума "Оптика-2007". - М.: 2007. - С.49.
27. Торшина И.П. Адекватность и робастность компьютерных моделей оптико-электронных систем // В сб. материалов V Международного форума "Оptics-2009". - М.: 2009. - С.80.
Авторские свидетельства
28. Максимова Н.Ф., Сагитов К.И., Торшина И.П., Ю.Г. Якушенков. База данных обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы (база данных). Свидетельство об официальной регистрации Роспатента РФ № 2003620073 от 10.04 2003
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные методы проектирования и разработки электронных устройств. Расчет их статических и динамических параметров. Практическое применение пакета схемотехнического моделирования MicroCap 8 для моделирования усилителя в частотной и временной областях.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 23.07.2013Обобщенная структурная схема рентгеновского компьютерного томографа, детекторы рентгеновского излучения. Конструкция блока детекторов томографа второго поколения. Устройство и работа отдельных механических и электронных узлов компьютерного томографа.
контрольная работа [984,4 K], добавлен 14.01.2011Проведение компьютерного моделирования методов измерения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов с заданными характеристиками. Преобразование фазового сдвига во временной интервал. Разработка функциональной и электрической схемы цифрового фазометра.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 07.09.2012Разработка и унификация аналоговых и импульсных интегральных схем. Сущность экспериментального моделирования. Описание математического моделирования. Программа моделирования работы схемы содержит ряд типовых подпрограмм. Оптимизация схемы (модели).
реферат [1006,5 K], добавлен 12.01.2009Изучение свойств спектрального анализа периодических сигналов в системе компьютерного моделирования. Проведение научных исследований и использование измерительных приборов. Изучение последовательности импульсов при прохождении через интегрирующую RC-цепь.
лабораторная работа [2,8 M], добавлен 31.01.2015Конструкция полупроводникового проходного фазовращателя. Произведение электрического расчета устройства, разработка конструкции, выполнение компьютерного моделирования характеристик устройства дискретного фазовращателя в программе Microwave Office 2008.
контрольная работа [703,9 K], добавлен 30.11.2012Система схемотехнического моделирования электронных устройств. Математическое описание объектов управления; определение параметров технологических объектов. Оценка показателей качества САУ. Расчет линейных непрерывных систем, их структурная оптимизация.
курс лекций [18,4 M], добавлен 06.05.2013Эргономические требования к компоновке информации на экране монитора. Разработка структурной, функциональной и принципиальной схемы Монитора пациента. Дизайнерская проработка конструкции медицинского прибора с помощью компьютерного моделирования.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 15.02.2013Анализ компьютерного моделирования электрических схем и электродинамических характеристик привода. Разработка заказных интегральных схем драйвера электродвигателя. Описания устройства контроля положения привода в пространстве, расчет основных узлов.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 26.12.2011Методы имитационного моделирования системы автоматического регулирования и исследования основных характеристик систем фазовой автоподстройки частоты. Структурная схема системы фазовой автоподстройки частоты. Элементы теории систем фазового регулирования.
лабораторная работа [450,8 K], добавлен 17.12.2010Возможности применения компьютерного моделирования для изучения характеристик традиционных полупроводниковых приборов. Схемы исследования биполярного транзистора методом характериографа, а также моделирование характеристик однопереходного транзистора.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 28.04.2013Специфика систем радиосвязи и характер радиоканалов. Практическая основа моделирования в Matlab. Фильтрация сигналов для демодуляции амплитудно-манипулированных сигналов в гауссовских каналах связи. Использование спектрально-эффективных методов модуляции.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 30.01.2018Варианты заданий к курсовому проектированию по дисциплине "Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств" для студентов 4 курса дневного обучения специальности 210302 "Радиотехника". Порядок выполнения курсового проекта.
курсовая работа [747,4 K], добавлен 03.01.2009Изучение методов проектирования, расчета и моделирования усилителей с использованием САРП. Расчёт коэффициента усиления напряжения разомкнутого усилителя. Выходной, входной каскад и расчет емкостных элементов. Коэффициент усиления и цепь обратной связи.
курсовая работа [327,1 K], добавлен 05.03.2011Объединение проекционных регрессионных методов с методом простейшего интервального оценивания для решения задач многомерной калибровки. Использование компьютерной программы SIC для обработки наборов многоканальных сигналов и оценки точности калибровки.
курсовая работа [854,9 K], добавлен 24.09.2012Изучение методов моделирования простейших систем в программе SystemView. Аналоговые системы связи. Дискретизация низкочастотных аналоговых сигналов. Импульсно-кодовая модуляция (pulse code modulation), линейные коды. Компандирование, дельта модулятор.
лабораторная работа [3,2 M], добавлен 23.09.2014Технические параметры, характеристики, описание конструкции и состав нашлемной системы. Разработка конструкции бинокулярного нашлемного блока индикации. Принцип действия оптико-электронных нашлемных систем целеуказания. Юстировка оптической системы.
дипломная работа [4,0 M], добавлен 24.11.2010Понятие моделей источников цифровых сигналов. Программы схемотехнического моделирования цифровых устройств. Настройка параметров моделирования. Определение максимального быстродействия. Модели цифровых компонентов, основные методы их разработки.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 12.11.2014Алгоритмы цифровой обработки, позволяющие улучшить качество тепловизионого видеоизображения, получаемого при помощи микроболометрической матрицы. Разработка метода определения взаимного сдвига, масштабирования и поворота двух кадров видеоизображения.
автореферат [90,5 K], добавлен 28.12.2008Определение параметров и переменных модели. Алгоритмизация модели и ее машинная реализация. Выбор инструментальных средств моделирования. Получение и интерпретация результатов моделирования системы. Планирование машинного эксперимента с моделью системы.
курсовая работа [382,1 K], добавлен 20.02.2015
