Селекция орбитальных объектов многозональным оптико- электронным средством пассивной оптической локации

Наиболее часто используемыми группами селективных признаков (СП) являются [5; 13]:

• –    баллистические (динамические), использующие информацию об изменении координат объекта, о скорости его перемещения;

• –    геометрические, выделение и обработка которых зависит прежде всего от пространственного разрешения ОЭС; к этим признакам относятся размеры и форма изображения; гистограммы распределений углов, хорд, длин сторон; геометрические моменты;

• –    спектральные, выделение и обработка которых зависит от спектральной разрешающей способности ОЭС; к ним относятся поглощательная, излучательная и отражательная способности;

• –    энергетические (фотометрические), характеризующиеся обычно отношением сиг-

• нал/шум.

Информационные технологии и оптимизация управления

Блажко Александр Кириллович кандидат технических наук, доцент, старший преподаватель кафедры бортовых информационных и измерительных комплексов Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, Санкт-Петербург. Сфера научных интересов: бортовые оптикоэлектронные средства. Автор 11 опубликованных научных работ.

В каждом конкретном случае обнаружения, распознавания и классификации тех или иных объектов в многоэлементной цели (МЦ) целесообразно использовать ограниченные совокупности устойчивых признаков.

Обоснование требований к многозональным ОЭС пассивной оптической локации космического аппарата

Методы селекции по баллистическим признакам достаточно изучены [3; 12], однако в определенных операционных ситуациях наиболее предпочтительными являются спектрально-энергетические селективные признаки (СЭСП) [11], селекция по которым может осуществляться с использованием многозональных ОЭС (МОЭС).

При выборе требований к параметрам МОЭС необходимо исходить из условий и задач их применения, а также выбора метода селекции орбитального объекта (ОО) средством пассивной оптической локации [6; 9; 10].

Этими требованиями являются:

• 1.    Возможность непрерывного наблюдения за объектами РКТ на заданных временных интервалах одновременно в УФ, видимом и ИК диапазонах длин волн (0,2...16 мкм) на дальностях более 1000 км в «смотрящем» режиме с использованием широкоформатных многозональных фотоприемных устройств (МФПУ) или фокальных сборок модулей.

• 2.    Высокое мгновенное угловое разрешение ОЭС (1...2 угл. сек. в УФ, видимом диапазонах и 5...10 угл. сек. в ИК диапазоне) во всём угле поля зрения не менее 3 град.

• 3.    Стойкость информационного тракта ОЭС к воздействию внешних источников фонового и помехового излучения за счёт оптимизации конструкций объектива, внешней и внутренних бленд (для внеполевого ослабления) и оптических фильтров МФПУ (для внеполосового ослабления).

• 4.    Оперативная обработка системой приема и передачи информации полученных в различных спектральных каналах видеоданных, их сжатие, помехоустойчивое кодирование и передача по широкополосному каналу связи со скоростью более 300 Мбит/с (для каждого спектрального канала).

Селекция орбитальных объектов многозональным оптико-электронным средством ...

При выборе метода селекции ОО среди ложных целей (ЛЦ) полагается, что ОО функционирует в соответствии со своим предназначением и из-за значительной удаленности от космического аппарата-наблюдателя (КАН) (более 1000 км) может рассматриваться как точечный источник оптического излучения.

Структурная схема системы селекции ОО

Структурная схема системы селекции ОО с использованием МОЭС определяется используемым методом селекции [1; 14].

Метод селекции должен включать в себя ряд этапов.

• 1.    При подготовке КАН:

  – осуществляется определение параметров движения центра масс ОО, параметров углового движения ОО относительно его центра масс и оптико-геометрическая структура (ОГС) ОО путем анализа и обработки разведданных и данных, полученных с помощью средств системы контроля космического пространства;

• –    на основании полученной информации и информации о параметрах систем, обеспечивающих выведение, дальнее наведение и самонаведение КАН, определяется программа управления движением КАН;

• –    выбирается модель отражения и излучения цели (МОИЦ), необходимая для определения эталонных значений СЭСП заданного ОО;

  – осуществляется ввод в запоминающее устройство (ЗУ) бортовой вычислительной системы (БВС) КАН полетного задания и исходных данных, необходимых для решения задач обнаружения селекции.

• 2.    При применении КАН:

  – осуществляется выведение КАН в зону поиска;

  – включается ОЭС и наводится в направлении на ОО;

• –    последовательно решаются задачи обнаружения ОО, селекции ОО среди звезд и техногенных тел;

• –    осуществляется слежение за ОО и определение параметров взаимного движения КАН и ОО [2; 7; 8];

• –    при отклонении параметров взаимного движения КАН и ОО от программно заданных, осуществляется коррекция траектории КАН;

• –    при обнаружении в поле зрения ОЭС ЛЦ, представляющих собой в совокупности с ОО группу наблюдаемых объектов, решается задача селекции ОО среди ЛЦ с использованием баллистических СП и решающего правила порогового типа;

  – если в результате решения задачи селекции ОО среди ЛЦ с использованием баллистических СП выделено несколько объектов, решается задача селекции ОО среди ЛЦ с использованием СЭСП.

• 3.    В процессе сближения КАН с группой объектов:

• –    измеряются угловые координаты наблюдаемых объектов и естественных источников излучения, параметры движения центра масс КАН, углы ориентации КАН в абсолютной геоцентрической экваториальной системе координат (АГЭСК);

• –    в результате обработки полученной измерительной информации и априорной информации об ориентации ОО в ее орбитальной приборной системе координат (ПСК), многократно определяются параметры, характеризующие астрономо-баллистические условия (АБУ) наблюдения применительно к одному из объектов группы, например, наиболее яркому;

Информационные технологии и оптимизация управления

• –    на основании полученных данных с помощью МОИЦ определяются эталонные значения СП для текущих АБУ наблюдения;

• –    в результате обработки данных фотометрирования определяются текущие значения СП для каждого объекта группы;

• –    на основании обработки информации об эталонных значениях СП и текущих значениях СП принимаются частные решения о селекции;

• –    принимается общее решение о селекции с учетом всех частных.

Результатом решения задачи селекции ОО среди ЛЦ является номер объекта в группе, выделенного в качестве истинной цели.

Структурная схема системы селекции, входящей в состав бортового управляющего комплекса КАН и предназначенной для решения задачи селекции ОО среди ЛЦ с использованием баллистических и спектрально-энергетических СП, приведена на рисунке 1.

Основным элементом системы селекции является МОЭС пассивной оптической локации и часть аппаратных и программных средств бортовой вычислительной системы (БВС), предназначенных для решения рассматриваемой задачи.

Основной смежной с системой селекции является система управления движением (СУД) КАН, выдающая информацию об ориентации КАН ( 0 ^ ), параметрах состояния центра масс КАН ( Х ^ ) и угловом положении естественных источников излучения ( а ⁵ , в ) в АГЭСК.

ОЭС выполняет измерение потока электромагнитного излучения от объектов, находящихся в его поле зрения, в заданных поддиапазонах оптической области спектра и угловых координат данных объектов в ПСК КАН.

В БВС реализуются:

• –    алгоритмы фильтрации результатов измерений, осуществляемых с помощью ОЭС;

• –    алгоритмы расчета параметров, характеризующих АБУ наблюдения ОО (Блок АБУ);

• –    алгоритмы расчета эталонных значений СП (блок расчета эталона (БРЭ)), в котором

на основании данных БВС рассчитываются эталонные значения силы света ( 1 ™™ , ýò ñîá                                                                               ýò

• 1 ^ N ) отраженного и собственного излучения и общая освещенность E ^ N , создаваемая n -м объектом в группе целей;

• -    алгоритмы принятия решения о селекции ( A S ) .

В запоминающем устройстве БВС (банк данных) хранится информация, необходимая для уточнения АБУ наблюдения ОО и определения эталонных значений СП. К такой инфор- мации относятся данные, характеризующие ОГС ОО и ориентацию ОО в ее орбитальной ПСК (®^). При селекции низкоорбитальной цели в состав такой информации должны быть включены массивы данных, задающих карту основных фоновых ансамблей Земли и карту облачного покрова Земли, которые необходимы для расчета излучения цели, обусловленного излучением от Земли, т.е. рассчитывается модель оптического излучения земли (МОИЗ).

С целью повышения вероятности селекции ОО среди ЛЦ в основе алгоритма принятия решения о селекции лежит динамическое комплексирование различных по своей физической природе СП на всем этапе сближения КАН с МЦ.

Алгоритм комплексирования СП, включает в себя модель и процедуру выбора набора СП, оценку его эффективности, формирование и применение сингулярного набора СП,

Селекция орбитальных объектов многозональным оптико-электронным средством ...

обеспечивающего максимальную вероятность правильной селекции в текущей операционной ситуации. Критерий качества набора СП предлагается оценивать функцией полезности, под которой понимается приращение вероятности ∆ P^C правильной селекции ОО среди ЛЦ в отведенное время технически реализуемыми средствами при замене менее информативных элементов более информативными в процессе сближения КАН с МЦ.

Рис. 1. Структурная схема системы селекции

Информационные технологии и оптимизация управления

Аналитическое выражение функции полезности U(s, t), как функции целочисленных аргументов s и t, задающей отношения доминирования между различными предельными наборами элементов СП, будет следующим ss

U ( 5 , t ) = M[U | F ] + { M [ U | F ]-- ( У M [ U | Ф r , n ] + У M [ U | Ф n - r + 1, n ])} A ,

• ^{5 +} t r = 1             7=1

где s и t – номера элементов набора СП соответственно с наименьшим и наибольшим значением параметра, определяющего вероятность правильной селекции; M [ u ^ˆ | F ] – математическое ожидание функции полезности при заданном законе распределения F ( X ) элементов набора СП [4; 5; 15].

Заключение

Проведенный анализ показывает, что использование МОЭС для решения задач селекции орбитальных объектов в определенных операционных ситуациях является предпочтительным. Однако, используемые при работе МОЭС спектральные энергетические признаки могут быть получены только при наличии информации о параметрах и характеристиках объектов, по которым они работают (сигнатур целей, помех, фонов) [13].