автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Методология компьютерного моделирования оптико-электронных систем

На правах рукописи

004599746

Торшина Ирина Павловна

Методология компьютерного моделирования оптико-электронных систем

Специальность 05.11.07 - «Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2010

2 5 мдр 2010

004599746

Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГА и К)

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Бездидько Сергей Николаевич

доктор технических наук, профессор Демин Анатолий Владимирович

доктор технических наук, профессор Мосягин Геннадий Михайлович

Ведущая организация: ФГУП НПК «Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова»

заседании диссертационного совета Д 212.143.03 в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГА и К) по адресу: г. Москва К-64, Гороховский пер., д. 4, зал заседаний Ученого совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГА и К)

Автореферат разослан « -/Ь »_ к/ О- £() /¿7 г.

Защита состоится« (р » цЦОиЛ^- в АО час. 0 0 мин, на

Ученый секретарь диссертационного совета

Климков Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Оптико-электронное приборостроение в настоящее время во многом определяет прогресс в освоении ряда приоритетных направлений развития пауки и техники. Расширяются области применения оптико-электронных систем (ОЭС); непрерывно создаются новые ОЭС, решающие разнообразные сложные задачи, например, в интересах обороны и обеспечения безопасности. На заседании Военно-промышленпой комиссии при Правительстве РФ 24.09.2008г. зам. Председателя Правительства РФ С.Б.Ивановым отмечалось, что разработка нового поколения ОЭС и комплексов является чрезвычайно актуальной для реализации Государственной программы вооружения на 2007-2015 г.г. и на долгосрочную перспективу (газета «Военно-промышленный курьер», №39(225), 1-7.10.08, с.6). В США реализуется правительственная Программа по разработке критических оборонных технологий МСТР, в своей значительной части направленная на создание новых оптико-электронных средств. Третье поколение ОЭС, основой которых являются матричные многоэлементные приемники излучения, работающие в режиме электронной выборки сигналов и чувствительные в двух или нескольких спектральных диапазонах, усиленно разрабатывается в последние годы многими фирмами США, Франции, Англии и Японии и ряда других стран.

При разработке и проектировании новых ОЭС широко используются методы компьютерного моделирования, которое позволяет ответить на ряд важных вопросов, например, какие алгоритмы обработки сигналов и какая элементная база, используемые в ОЭС, являются наиболее рациональными с точки зрения различных требований, предъявляемых к системе, и, в частности, для обеспечения заданных показателей эффективности её работы. Компьютерное моделирование позволяет отказаться от дорогостоящих натурных исследований и испытаний на первых этапах проектирования вновь разрабатываемых ОЭС.

Общей теории моделирования посвящены работы C.B. Емельянова, М.Пешеля, И.П.Норенкова, Н.Н.Моисеева, Н.П.Бусленко, А.А.Самарского, В.Я.Цветкова, Дж. Моудера, Р.Шенпона и др. Однако существенная специфика моделирования современных ОЭС в этих работах никак не отображена. В нашей стране и за рубежом рядом исследователей (М.А.Ган, А.В.Демин, В.В.Малинин, В.П.Иванов, В.И.Курт, В.А.Овсяшшков, В.Л.Филиппов, P. Bijl, E.J.Borg, R.G.Driggers, G.C.Holst и др.) проведена большая работа по созданию компьютерных моделей ОЭС конкретного назначения или их отдельных узлов. Нужно отметить, что подавляющее большинство известных компьютерных моделей ОЭС (КМ ОЭС) описывает ОЭС с оптико-механическим сканированием и одним приемником (линейкой приемников) или ОЭС с матричным приемником излучения (МПИ), работающие только в каком-либо одном спектральном диапазоне.

В силу ряда факторов, например закрытого характера сведений о многих ОЭС или распространения на них «ноу-хау», публикуемые в открытой печати сведения о компьютерных моделях ОЭС часто носят достаточно общий характер, пе позволяя разработчику новой ОЭС воспользоваться ими. Вместе с тем в известных публикациях отсутствует изложение общей методологии компьютерного моделирования, столь необходимой при проектировании новых систем, а также ряда важных составляющих этой методологии. Так, например, методы оценки адекватности КМ ОЭС в известных публикациях практически отсутствуют.

По этим причинам и с учетом непрерывно растущего числа разработок новых ОЭС, особенно ОЭС 3-го поколения, создание обобщенной методологии построения компьютерных моделей ОЭС представляется весьма актуальным.

Целью настоящей диссертации являлось решение научной проблемы, имеющей важное народохозяйственное и оборонное значение, а именно, разработка общей методологии (принципов и методов) компьютерного моделирования ОЭС.

Для реализации этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить последовательность основных этапов компьютерного моделирования ОЭС;

2. Разработать структуру обобщенной КМ ОЭС, являющуюся основой для моделирования ОЭС различного назначения;

3. Разработать методики составления отдельных модулей КМ ОЭС, включая базу данных модели;

4. Предложить методы оценки адекватности компьютерной модели, в том числе в случае отсутствия реально существующего объекта-оригинала, с которым можно было бы сравнивать модель;

5. Рассмотреть специфику компьютерных моделей ОЭС 3-го поколения;

6. Проверить предложешгую методологию на примерах разработки новых КМ ОЭС.

Предметом исследования являются оптико-электронные системы и их компьютерные модели.

Методы исследования базируются на положениях общей теории моделирования сложных технических систем.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Определена рациональная последовательность основных этапов компьютерного моделирования ОЭС;

2. Предложена структурная схема обобщенной КМ ОЭС;

3. Разработаны методики определения рационального состава и построения основных модулей обобщенной КМ ОЭС;

4. Предложено ранжирование отдельных составляющих сигнала, поступающего на вход ОЭС;

5. Предложен метод количественной оценки адекватности КМ ОЭС;

6. Выработаны рекомендации по составлению структурных схем КМ ОЭС

3-го поколения и их отдельных модулей;

7. Предложена методика модификации обобщенной структурной схемы КМ

ОЭС применительно к ОЭС, работающим активным методом.

Достоверность предложенной методологии была подтверждена в

результате сопоставления результатов компьютерного моделирования, в котором была реализована предложенная методология, с результатами натурных экспериментов и испыташш тепловизионных систем и систем вскрытия камуфляжа.

Практическая ценность результатов:

1. Предложенная общая методология компьютерного моделирования ОЭС позволяет с единых позиций вести моделирование вновь создаваемых ОЭС, разрабатывать компьютерные модели отдельных её модулей и компьютерные модели показателей эффективности, используя разработанную структуру обобщенной КМ ОЭС, и методологию формирования её отдельных модулей;

2. Методы аналитической оценки адекватности компьютерных моделей ОЭС позволяют оценить области применения этих моделей, а в ряде случаев отказаться от дорогостоящего физического (натурного) эксперимента при проектировании и исследованиях сложных ОЭС;

3. Использование разработанной методологии позволит с требуемой адекватностью моделировать разнообразные структуры ОЭС 3-го поколения, определять показатели качества их работы в различных ситуациях, оценивать эффективность использования применяемой элементной базы, что позволит значительно сократить средства на разработку этих систем;

4. Использование изложенных в настоящей диссертации методов и методик позволило провести компьютерное моделирование ряда ОЭС конкретного назначения, дать рекомендации по совершенствованию этих систем и оценку возможной области их эффективного применения. Работы были выполнены в рамках хоздоговоров с ЦНИИ Точмаш - «Разработка компьютерной модели для оценки эффективности средств маскировки в оптическом диапазоне спектра» (тема № 1-Э/ГГР), с ЦНИИ «Циклон» -«Компьютерная модель тепловизионной системы» (тема №1011-хд), контракта (трудового соглашения) с НПО «Комета». 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.

5. Основные положения предложенной методологии включены в учебную программу дисциплины «Компьютерное моделирование оптико-

электронных систем», используемую при подготовке магистров по направлению «Оптотехника» в МИИГАиК.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Предложенная структура обобщенной КМ ОЭС может служить 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 показателей эффективности с задатшми 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», содержащиеся 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. С целью упрощения модели без потери её адекватности необходимо произвести ранжирование составляющих входного сигнала, создаваемых субъектами фоноцелевой обстановки (ФЦО) на входе ОЭС.

4. Адекватность КМ ОЭС может быть оценена с помощью критерия адекватности, определяемого аналитически, с помощью выражений, описывающих выбранный или заданный показатель эффективности работы ОЭС, или на основе экспериментальной проверки адекватности по предложенной в диссертации методике;

5. Специфические особенности компьютерного моделирования двух- и многодиапазонных ОЭС 3-го поколения (МОЭС), а также ОЭС, работающих активным методом, в большинстве случаев могут быть учтены путем ввода в базу данных обобщенной структурной схемы КМ ОЭС специальных подразделов, содержащих специфические субмодели, алгоритмы обработки сигналов, параметры и характеристики отдельных узлов и т.п.

Результаты работы докладывались и обсуждались на 5-ой, 6-ой, 7-ой и 8-ой Международных конференциях «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, 2002, 2004, 2006, 2008 г.г.), на 5-ой, 6-ой и 7-ой Международных конференциях «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации - Распознавание» (Курск, 2001, 2003, 2005 г.), Международных форумах «0птика-2007» и «0рпс5-2009» (Москва, ВВЦ), на научно-техническом семинаре кафедры

оптико-электронных приборов и систем Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики (2008 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МИИГАиК (Москва, 2008, 2009 г.г.).

Основные результаты работы изложены в монографии «Компьютерное моделирование оптико-электронных систем первичной обработки информации» (М.: Университетская книга; Логос, 2009. - 248 с.) и 26 научных публикациях, в том числе в 9 статьях, опубликованных в журналах, вошедших в перечень ВАК РФ. По теме диссертации получено авторское свидетельство №2003620073 от 10.04.2003 г.

Диссертация объемом 202 стр. состоит из 5 глав, содержит 43 рис., библиографию (249 наим.) и одно приложение.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость полученных результатов и их достоверность, а также основные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 дается краткий обзор ряда известных современных отечественных и зарубежных компьютерных моделей оптико-электронных систем. Отмечаются особенности этих моделей, описывающих, в основном, ОЭС конкретного назначения, которые работают только в каком-либо одном спектральном диапазоне. Делается вывод о том, что приводимые в описаниях известных моделей данные не позволяют, в большинстве случаев, использовать их для моделирования при проектировашш или анализе новых систем и для оценки адекватности моделей в случае изменений условий работы системы. По этой причине отмечается целесообразность разработки общей методологии компьютерного моделирования ОЭС, отображающей обобщенную структуру компьютерных моделей ОЭС, их логическую организацию, принципы составления и алгоритмы работы отдельных блоков модели (модулей и субмоделей), методы оценки адекватности моделей. Указывается, что такая методология позволит существенно упростить процесс создания компьютерных моделей вновь разрабатываемых и часто весьма сложных ОЭС.

В главе 2 рассматриваются основные этапы компьютерного моделирования оптико-электронных систем. К особенностям моделирования таких сложных систем, какими являются ОЭС, относятся:

- большое разнообразие условий работы и, в частности, фонов и помех, которые необходимо учитывать для оценки эффективности применения многих ОЭС, а также часто встречающаяся невозможность достаточно адекватного априорного описания этих условий;

- сложность обобщенного описания ОЭС, решающих различные задачи, т.е. существенные различия структурных схем, конструкции, условий эксплуатации и других признаков систем конкретного назначения;

- изменение размерности математического описания сигналов в отдельных звеньях ОЭС, например, переход от многомерного оптического сигнала в оптической системе ОЭС к одномерному электрическому сигналу в электронном тракте;

- сложность достижения адекватности модели ОЭС для многих практических случаев.

Разработка компьютерной модели ОЭС, как правило, заключается в последовательном выполнении четырех основных этапов, приведенных на рис. 1, в результате которых производится переход от ОЭС к её компьютерной модели.

В общем случае в исходных данных, формируемых на первом этапе моделирования ОЭС, учитываются или устанавливаются: основные требования к моделируемому объекту-оригиналу, т.е. к ОЭС; назначение модели; общие предположения о путях решения поставленной задачи и адекватности модели; степень универсальности модели; информация о форме представления результатов моделирования и о возможных вариантах проведения испытаний модели.

На втором этапе разработки КМ степень подробности описания ОЭС и выбор для этого подходящего математического аппарата определяются принятыми для этого описания методами и зависят, в основном, от требований к адекватности разрабатываемой модели. Здесь же производится выделение существенных и несущественных свойств, отображаемых в модели; разбиение параметров и переменных на входные и выходные; формируются описания процессов преобразования сигнала в системе.

Аналитическая модель ОЭС, основанная на функциональном описании ОЭС, выражает зависимости, существующие между целевой функцией (или показателями эффективности её реализации), входными сигналами ОЭС, внутренними параметрами структуры ОЭС, фазовыми переменными структуры ОЭС, внешними и выходными параметрами на области функционирования. Под областью функционирования понимается многомерное пространство переменных, в котором работает система, и к которым относятся, например, система координат, длина волны, время, состояние поляризации и др.

Аналитически модель ОЭС можно описать следующей системой:

с!(х,у,г,А,I,<р,х,у,г,).,1,(р, х.у.г,)-Л,<р,),а(л-„у,г,Кг,<р,))

с( х,у, г, Х,ич>, («( х,у,г, А, / , р, )А х,у,г, А, (, <р,) Д х,у,2, А, (, <р, ),а( х,у,2, Ц,<р,))

=^з(м( х,у,2, А,/, <р,),%'( х,у,2, кл,д>,) Д х,у,2, и,<р, ),с( х,у,2, А,/, (р,),а{ х,у,2, Ки (р,))

где (¡(х,у,2,Х,1,<р,), и(х,у,г,1,1,/р:), с(х,у,<р,), \ix.y,2,1,1,^1), н{ .ту,г,/,/,£>,) - элементы массивов фазовых переменных, характеризующих изменяющиеся в области функционирования свойства структурных частей ОЭС (с}); входных сигналов ОЭС (и); выходных параметров (с); внешних параметров, характеризующих свойства внешней по отношению к исследуемому объекту среды (у); внутренних параметров, описывающих свойства структурных частей ОЭС (а); показателей эффективности на области функционирования ОЭС определяемой параметрами: х,у,2 - системой координат, Х- длиной волны, /- временем, <р- состоянием поляризации, соответственно; F¡(.), Р2(.), Р3(.) - операторы (аналитические, алгоритмические выражения), описывающие изменения зависимых и независимых переменных и показателей эффективности по области функционирования.

Любые из этих параметров и переменных могут быть управляемыми, которые могут изменяться какими-либо операторами в процессе моделирования, и неуправляемыми, которые не могут быть изменены оператором, но оказывают влияние на процесс моделирования.

Математическая модель ОЭС и алгоритм её реализации позволяют представить структуру модели в виде совокупности отдельпых частей (модулей, субмоделей, блоков, разделов и т.п.) и взаимосвязей между ними, необходимых для обеспечения решения задач моделирования, включая описание ОЭС и исследование его свойств.

Компьютерная модель ОЭС, как правило, должна учитывать весьма разнообразные условия, в которых она работает - среду, особенности излучателей (объектов, фонов, помех), метод работы ОЭС и т.д. Поэтому целесообразно иметь обобщенную компьютерную модель оптико-электронной системы (КМ ОЭС), в которой учитываются самые различные условия функционирования системы, а также возможные изменения её структуры и элементной базы.

Структура обобщенной КМ ОЭС может быть представлена в виде совокупности нескольких модулей и отображать не только структуру собственно ОЭС, но и процесс формирования исходных данных на моделирование ОЭС, фоноцелевую обстановку (ФЦО), называемую также сценарием работы ОЭС, т.е. условия функционирования системы, а также результаты работы КМ ОЭС и общую базу данных (БД), которые представлены на рис. 2.

В модуле «Исходные данные» формируются и вводятся требования к моделируемой ОЭС, среди которых, как правило, содержатся показатели эффективности её работы, а также входные параметры и характеристики, необходимые для осуществления моделирования.

Интерфейс компьютерной программы для моделирования

Рис. 2. Структура обобщенной КМ ОЭС

Разработка модуля «Исходные данные» является итерационным процессом и его окончательное формирование производится после составления всей КМ ОЭС, определения результатов вычисления показателей

эффективности работы ОЭС, оценки адекватности модели, и сводится к решению следующих основных задач:

1. Определение перечня исходных данных и формы их представления;

2. Анализ влияния задаваемых исходных данных на результат работы КМ ОЭС и значения показателей эффективности работы ОЭС;

3. Использование результатов проведенного анализа (п. 2) для корректировки перечня и формы представления исходных данных в соответствии с обратными связями, приведенными на рис. 2.

Результаты решения задач синтеза и анализа системы, процесса структурной и параметрической оптимизации (как всей системы, так и локальной оптимизации отдельных её структурных частей) оценивается с помощью определяемых в результате моделирования показателей эффективности работы системы или отдельных её структурных частей (СЧ), которые должны сравниваться с заданными или выбранными априорно критериями, обычно с их числовыми значениями, содержащимися в исходных данных на проектирование ОЭС и её моделирование. Поэтому в структуру КМ ОЭС введен отдельный модуль «Показатели эффективности», в котором производится формирование массива показателей эффективности, то есть выбор (или задание) и расчет требуемых показателей (критериев качества) ОЭС и её структурных частей.

Показатели эффективности в общем случае представляются в виде:

}У=\\\и(х,у,:,>.,г,(р,), 1{.х,у,г,1,1,1р,), а{х.у,:,).А,(р,), с(х,у,г,Ц,<р,), (¡(х,у,г,Ц,1р.)], (2) ГДе «(х,>',2,;.,(,<?,), С(Х,У,Г, ¿.Г,,?,.), \'{х,у,2,1Л,Ч>,), а(х,_У,Г,

элементы массивов, содержащиеся в (1).

Схема алгоритма работы с модулем «Показатели эффективности» приводится на рис. 3.

В модуле «Фоноцелевая обстановка» описываются источники излучения - субъекты ФЦО, сигналы от которых попадают на входной зрачок ОЭС, а также среда распространения излучения. Излучателями могут быть объекты наблюдения (цели), фоны и помехи, которыми, например, могут являться распространенные естественные излучатели - подстилающая поверхность (ландшафт), небо, облачность, Солнце, среда работы ОЭС и другие источники. Модуль также должен содержать зависимости, описывающие параметры и характеристики нестационарных субъектов ФЦО, например, подвижные фоны и объекты, их перемещения и взаимодействие, изменения теплофизических свойств излучателей во времени, а также изменяющиеся освещенности наблюдаемой ФЦО и т.п.

Рис. 3. Схема алгоритма работы с модулем «Показатели эффективности»

Разработка модуля (субмодели) «Фоноцелевая обстановка» в КМ ОЭС базируется на следующих положениях:

1. Субъекты ФЦО разделяются на следующие группы: «Цели», «Фоны», «Среда», «Помехи».

2. В обобщенной модели ОЭС все излучатели делятся на следующие типы: точечные, протяженные (перекрывающие все угловое поле ОЭС) и площадные (занимающие часть углового поля ОЭС).

3. Реальные излучатели имеют, как правило, сложную излучающую к отражающую поверхность. Описать и разместить в БД КМ ОЭС все возможные описания таких поверхностей - задача трудно выполнимая. По этой причине для каждого субъекта ФЦО целесообразно вначале рассмотреть возможности упрощения этого описания.

4. Для расчета величин составляющих сигнала от субъекта ФЦО часто полезно знать его теплофизические свойства и характеристики отражения. Эти свойства и характеристики могут быть заданы или выбраны из БД КМ ОЭС в соответствии с классификацией субъектов ФЦО, заложенной (предусмотренной) в БД.

5. Сигналы, приходящие на вход ОЭС от субъектов ФЦО, могут создаваться за счет их собственного (прямого) и отраженного или рассеянного излучения. Для каждого субъекта ФЦО необходимо установить, источником каких составляющих сигнала он является.

6. Для упрощения процесса моделирования ФЦО целесообразно провести ранжирование отдельных составляющих сигнала, образующегося на входе ОЭС. Поскольку вклад излучения различных субъектов ФЦО в общий сигнал на входе ОЭС не равнозначен, то целесообразно определить те из них, которые вносят наибольший вклад в этот сигнал, и напротив, определить, какими составляющими можно пренебречь при моделировании ОЭС.

Алгоритм ранжирования составляющих сигнала на входе ОЭС заключается в следующем: сначала рассчитывается допуск на ранжирование, т.е. величина изменения входного сигнала, при которой обеспечивается допустимое изменение заданного показателя эффективности работы ОЭС; затем определяются составляющие сигнала, сумма значений которых обеспечивает этот допуск (рис. 4).

Ранжирование позволяет не только упростить расчет входных сигналов и решение задач моделирования ОЭС, но и сократить перечень входных данных, используемых в КМ ОЭС, а также исключить из дальнейшего моделирования субъекты ФЦО, вклад которых в общий сигнал мал. Основным показателем целесообразности проведения ранжирования является выполнение заданных показателей эффективности (критериев качества) работы ОЭС.

7. Среда, которой очень часто является атмосфера, может рассматриваться в трех качествах: как источник собственного и рассеянного излучения; как фактор, ослабляющий излучение, приходящее от всех субъектов

ФЦО на вход ОЭС, а также в качестве среды, влияющей на теплообмен между отдельными субъектами ФЦО.

8. Модели фонов в соответствии с их физической природой и пространственной макро- и микроструктурой целесообразно разделить на отдельные подгруппы («Ландшафт», «Водная поверхность», «Небосвод» и т.д.), что позволяет значительно упростить их описание и последующую организацию и работу с БД КМ ОЭС.

Рис. 4. Алгоритм «Ранжирование составляющих яркости на входе ОЭС»: Ьтт(М) - минимальное значение яркости; ДЦ - допуск на суммарную яркость; ХЬ - суммарная яркость излучения от всех субъектов ФЦО на входном зрачке ОЭС; Цанж - яркость после ранжирования, не учитывающая малые составляющие; N - порядковый номер составляющей яркости в ряду, упорядоченному по убывающей; 8, К - промежуточные переменные

Схема алгоритма работы с модулем «Фоноцелевая обстановка» и его связи с другими модулями КМ ОЭС приведена на рис. 5.

Модуль «Исходные данные»

Ввод исходных данных для описания условий работы

Модуль «Фоноцелевая обстановка»

Ввод исходных данных для описания цели

Модуль «Показатели эффективности»

Перечень управляемых моделируемых переменных, подлежащих расчету в модуле «Фоноцелевая обстановка»

Ввод исходных данных для описания фонов

Ввод исходных данных для описания помех

Подраздел «Критерии адекватности»

Перечень субмоделей с требуемыми КА, рассчитываемыми в модуле «Фоноцелевая обстановка»

Формирование субмоделей для расчета параметров, необходимых для расчета

заданных показателей эффективности и критериев адекватности. Ранжирование сигналов

Раздел «Фоноцелевая обстановка»

«Среда распространения излучения»

«Помехи»

«Фоны»

«Цели»

Раздел «Типовой математический аппарат»

Модуль «База данных КМ ОЭС»

Передача рассчитанных параметров в модули

I Модуль 1 «Структура

ОЭС»

Модуль

' «Результат ] работы КМ I ОЭС»

Рис. 5. Схема алгоритма работы с модулем «Фоноцелевая обстановка»

Модуль «Структура ОЭС» отображает структуру системы как совокупность отдельных узлов и элементов - структурных частей (СЧ), представляемых через их параметры и характеристики, а также описывает процесс преобразования сигналов, идущих от входного зрачка системы до выходного блока ОЭС.

При структурировании и разбиении структуры на иерархические уровни (ИУ) целесообразно руководствоваться возможной мотивацией обращения проектировщика ОЭС к КМ ОЭС. При этом возможно производить разбиение структуры ОЭС по степени детализации конструктивных особенностей, по характеру отображаемых свойств отдельных элементов ОЭС (физической их природе), т.е. производить структурирование ОЭС на физически однородные системы. Процесс разбиения продолжается до тех пор, пока ОЭС и его модель не будут представлены в виде структур, представляющих собой совокупность СЧ: подсистем, узлов, элементов.

На каждом ИУ модель структуры ОЭС можно представить в виде субмоделей структурных частей ОЭС и связей между ними, как показано на рис. 6.

Субмодели СЧ описывают параметры и характеристики СЧ, которые являются внутренними параметрами, фазовыми переменными и выходными параметрами ОЭС. Связи представляют собой операторы (математические выражения), описывающие последовательный процесс преобразования сигнала, идущего от одной структурной части к другой. Эта совокупность субмоделей СЧ ОЭС и связей между ними должна удовлетворять условию выполнения целевой функции или показателям эффективности системы, заданных на начальном этапе моделирования в модуле «Показатели эффективности».

Субмодель СЧ,

Оператор,;

Модуль «Структура ОЭС»

Модель

процесса преобразования сигналов

Рис. 6. Модуль «Структура ОЭС», представленный как совокупность субмоделей СЧ ОЭС и связей между ними

Для этого в БД КМ ОЭС должны быть представлены каталога как базовых структур ОЭС и их спецификаций, так и субмодели отдельных СЧ ОЭС, например, широко известные модели и программы для расчета оптических систем (CAPO, ОПАЛ, «ОПТИКА», «ПРИЗМА», «ВЫПУСК», «ФОТОЗЕНИТ», WinDemos, ZEMAX и др.), выражения для описания параметров и характеристик фотоприемных устройств, электронного тракта, систем отображения и других типовых СЧ ОЭС, содержащиеся в работах

Г.Г.Ишанина и Э.Д.Панкова, М.М.Мирошникова, Л.Ф.Порфирьева, Ю.Г.Якушенкова, Ь.С.ВШегтап, О.С.НоЫ: и мн. др. и являющиеся аналитическими субмоделями этих СЧ.

Задача моделирования структурной схемы ОЭС сводится к формализации процедуры выбора субмоделей СЧ из множества возможных вариантов. При этом возможны следующие пути формирования структуры ОЭС: выбор готового варианта обобщенной структуры ОЭС из БД; возможные упрощения структуры ОЭС путем исключения избыточных или добавления требуемых СЧ из обобщенной структуры, находящейся в БД; перебор комбинаций элементов каталогов СЧ, из которых формируется структура ОЭС и последовательное наращивание структуры из элементов каталогов СЧ.

Использование каталогов БД позволяет проводить перебор возможных вариантов структуры ОЭС в комбинациях отношений «структура -показатель эффективности - целевая функция».

Одним из этапов формирования структуры ОЭС с помощью ее моделирования является оптимизация - выбор свойств системы, обеспечивающих заданное качество функционирования ОЭС при задашшх ограничениях, или локальная оптимизация, которая подразумевает оптимизацию структурных частей ОЭС.

Общую методологию процесса создания модуля «Структура ОЭС» можно представить в виде совокупности следующих этапов:

1. Анализ ранее определенного в модуле «Показатели эффективности» перечня управляемых параметров и переменных, подлежащих моделированию в модуле «Структура ОЭС», и выбор способа их описания;

2. Представление структуры ОЭС в виде СЧ разных иерархических уровней;

3. Выбор из соответствующих разделов БД субмоделей параметров и переменных, запрашиваемых модулем «Показатели эффективности»;

4. Разработка или выбор операторов преобразования сигналов в структуре ОЭС;

5. Составление модели процесса преобразования сигналов;

6. Передача субмоделей параметров и переменных, субмоделей процесса преобразования сигналов в модуль «Результат работы КМ ОЭС» (в блок «Расчет показателей эффективности»), где они используются для расчета заданного или выбранного показателя эффективности;

7. Принятие решения о необходимости оптимизации ОЭС производится в модуле «Результат работы КМ ОЭС».

8. Повторение процедур п.п. 3-6 в случае проведения структурной или параметрической оптимизации ОЭС.

На рис. 7 приводится схема алгоритма работы с модулем «Структура ОЭС».

Модуль «Показатели эффективности»

Перечень управляемых моделируемых переменных, подлежащих расчету в модуле «Структура ОЭС»

Модуль «Исходные данные»

Ввод исходных данных для описания структуры ОЭС. Описание множеств входных и выходных сигналов

Подраздел «Критерии адекватности» (КА)

Перечень субмоделей с

требуемыми КА, рассчитываемыми в модуле «Структура ОЭС»

Описание множеств структурных частей системы: подсистем, умов, элементов, которые оказывают влияние на поведение системы и преобразования сигналов

Модуль «Фоноцелевая обстановка»

Перечень параметров, рассчитанных в модуле «Фоноцелевая обстановка»

Модуль «Структура ОЭС»

При аналитическом описании определение операторов преобразований, связывающих входные сигналы, множества структурных частей системы и выходные сигналы

Формирование субмоделей для расчета параметров, необходимых для расчета заданных показателей эффективности и критерия адекватности

I Модуль «Результат 1 работы КМ ОЭС»

Раздел «Структура и элементная база ОЭС»

Раздел «Типовой математический аппарат»

^ЁР ••• г^тР

Модуль «База данных КМ ОЭС»

Рис. 7. Схема алгоритма работы с модулем «Структура ОЭС»

Модуль «Результат работы КМ ОЭС» объединяет в себе блоки: «Расчет показателей эффективности», «Расчет критерия адекватности», «Испытание модели» и «Представление результатов моделирования» (рис. 8).

Основой блока «Расчет показателей эффективности» являются выражения для расчета заданных в исходных данных показателей эффективности. На первых этапах моделирования они представляются в общем параметрическом виде. По мере работы в модулях «Фоноцелевая обстановка» и «Структура ОЭС» параметры, входящие в эти выражения, конкретизируются, определяется область их значений, и в данном блоке производится окончательный расчет.

Если результат расчета показателей эффективности не удовлетворяет пользователя, производится параметрическая или структурная оптимизация ОЭС. Для этого предусматриваются известные и неоднократно описанные алгоритмы оптимизации и обратная связь с модулями «Структура ОЭС» и «Исходные данные». Алгоритмы и способы оптимизации структуры ОЭС могут выбираться из соответствующего раздела «Оптимизация структуры ОЭС» БД КМ ОЭС. Если выбранные или заданные средства оптимизации структуры всей ОЭС или отдельных её СЧ, а также параметров и характеристик этих СЧ оказались неэффективными, т.е. требуемое значение показателя эффективности моделируемой ОЭС не достигнуто, необходимо возвращаться в модуль «Исходные данные» и производить корректировку этих данных.

После получеши удовлетворительных результатов расчета показателей эффективности ОЭС обязательно должен проводиться контрольный расчет критерия адекватности (КА) в блоке «Расчет критерия адекватности», подтверждающий адекватность модели ОЭС по заданному в исходных данных критерию. Если модель не удовлетворяет заданному значению КА, то производится анализ причин неадекватности и оптимизация КМ ОЭС. Оптимизация может заключаться, например, в ином распределении значения КА между КА субмоделей отдельных узлов ОЭС и субъектов ФЦО.

В блоке «Испытание модели» размещаются алгоритмы, позволяющие осуществлять испытания КМ ОЭС посредством имитационного эксперимента. В случае удовлетворительных результатов испытаний модели производится представление результатов моделирования (блок «Представление результатов моделирования»), т.е. формирование выходных данных о результатах моделирования системы в форме представления, заданной в исходных данных, и подготовка документации на разработанную КМ ОЭС - паспорт пригодности.

Структура обобщенной КМ ОЭС должна также иметь базу данных (БД), объединяющую разделы, относящиеся к отдельным модулям КМ ОЭС, алгоритмам функционирования ОЭС и её СЧ и математическому аппарату, используемому при моделировании (см. рис. 3, 5-9). В частности раздел БД «Результаты работы КМ ОЭС» содержит подразделы: «Критерии адекватности», «Оптимизация структуры ОЭС», «Испытания модели», «Формы представления результатов моделирования».

Модуль '

«Показатели I эффективности» р

Модуль «Фоноцелевая обстановка»

Г--------------------1

I Модуль

I «Исходные данные» 1

Модуль «Структура ОЭС»

Модуль «База данных КМ ОЭС»

Раздел БД «Результаты работы КМ ОЭС»

4-Н

рпХРиР

Блок

«Расчет показателей эффективности»

Т

Модуль «Результат работы КМ ОЭС»

Блок

«Расчет критерия адекватности»

Параметрическая и структурная оптимизация ОЭС

Блок «Испытание модели»

Блок «Представление результатов моделирования»

Корре исх да ктировка одных иных

4,

Опта КМ чизация ОЭС

Рис. 8. Схема алгоритма работы в модуле «Результат работы КМ ОЭС»

Состав БД во многом можно определить исходя из анализа выражений для показателен эффективности ОЭС, которые зависят от параметров и характеристик как ФЦО, так и СЧ моделируемой ОЭС. При её формировании и использовании необходимо учитывать следующие факторы:

- необходимость описания большого объема разнородной по характеру информации;

- возможность обеспечения работы разными способами: диалоговый и автоматический режимы поиска и считывания данных по запросам из других модулей программы;

- обеспечение возможностей выбора формы представления данных без дополнительной их подготовки для исключения увеличения занимаемого объема памяти внутри БД, исключения усложнения КМ ОЭС и временных затрат;

- необходимость перевода данных из одной формы представления в другую с сохранением адекватности информации;

- соответствие условий выбора данных из БД их размещению в структуре БД независимо от используемой формы представления.

Как правило, модель должна использовать хорошо освоенное широким кругом пользователей программное обеспечение, включающее в себя многоуровневый дружественный интерфейс пользователя. В общем случае интерфейс должен обеспечивать следующие операции при работе с моделью: ввод и формирование исходных данных; преобразование элементов КМ ОЭС к виду, пригодному для использования в модели; изменение вида и характера связей между элементами системы; обработка и анализ результатов моделирования; возможность управления порядком работы с КМ ОЭС.

В главе 3 рассматриваются критерии адекватности КМ ОЭС и методы их аналитической и экспериментальной оценки.

Одним из основных требований, которым должна удовлетворять КМ ОЭС, является адекватность. Она характеризуется достоверностью отображения в модели некоторых заданных свойств ОЭС и условий её функционирования. Адекватность целесообразно оценивать критерием адекватности (КА), который определяет в количественной мере различие свойств, отображаемых в модели или рассчитываемых с ее помощью, и свойств объекта-оригинала, например показателя эффективности работы ОЭС.

В процессе оценки адекватности модели, которая может быть получена аналитическим путем или с помощью натурного эксперимента, целесообразно получить характеристику адекватности - зависимость изменения КА модели от изменений величин параметров и характеристик ОЭС. Эта характеристика может быть полезной при оптимизации структуры и элементной базы ОЭС, а также при определении устойчивости (области адекватности) КМ ОЭС, определяемой граничными значениями входных данных модели, например, условиями работы ОЭС, при которых КМ ОЭС отвечает требованиям адекватности. Зная характеристики адекватности, можно также составить

модели адаптивных ОЭС, структура и параметры которых изменяются для обеспечения заданного КА.

По известным или рассчитанным значениям КА можно также выдвигать требования к точности задания исходных данных на моделирование ОЭС, к адекватности данных, находящихся в БД, а также к форме их представления, например, к шагу дискретизации данных.

На начальных уровнях проектирования КА модели целесообразно оценивать по отклонению показателя эффективности работы ОЭС от заданного или требуемого его значения. Поскольку такое отклонение зависит от изменения параметров и характеристик ОЭС, то для расчета КА можно воспользоваться методом полного дифференциала выражения, описывающего заданное свойство ОЭС, например, заданный показатель эффективности работы системы. Отдельные составляющие полного диффереЕЩиала (частные производные) определяются параметрами отдельных структурных частей ОЭС и критериями адекватности субмоделей, из которых состоит КМ ОЭС. Анализируя выражение, описывающее КА всей модели через эти составляющие, можно определить требования к КА отдельных субмоделей, рассчитываемых аналогичным методом.

Возможная схема учета КА в модели приведена на рис. 9 и заключается в следующем:

1. Пользователь в соответствии с исходными данными вводит требуемое значение критерия адекватности, которое должна обеспечивать КМ ОЭС.

2. Из раздела базы данных «Критерии адекватности» выбирается выражение для полного дифференциала требуемого критерия адекватности от параметров отдельных структурных частей ОЭС и субъектов ФЦО.

3. Заданное значение критерия адекватпости распределяется между значениями критериев адекватности субмоделей модулей «Структура ОЭС» и «Фоноцелевая обстановка».

4. Пользователь выбирает из соответствующих разделов базы данных «Фоноцелевая обстановка» и «Структура ОЭС» субмодели, которые после подстановки в них значений параметров СЧ ОЭС обеспечивают полученные в п.З значения критериев адекватности. Эти субмодели используются в дальнейшем при моделировании.

5. Производится контрольный (окончательный) расчет критерия адекватности в отдельном блоке модуля «Результат работы КМ ОЭС», схемы работы с которым приведены на рис. 7 и 9. Этот расчет, в частности необходим, если при оптимизации структуры системы проводилась замена СЧ ОЭС (узлов, элементов) и были произведены соответствующие изменения в используемых субмоделях в модуле «Структура ОЭС».

Поиск в разделе БД «Результат работы КМ ОЭС» и подразделе

«Критерии адекватности» зависимостей заданного КА от параметров отдельных узлов ОЭС и субъектов фоноцелевой обстановки

Рис. 9. Схема учета критерия адекватности в КМ ОЭС

6. В случае, если расчетное значение КА не удовлетворяет требованиям исходных данных для моделирования, необходимо провести оптимизацию КМ ОЭС (рис.10). Под оптимизацией КМ ОЭС понимаются процедуры поиска наилучших решений: изменение её структуры, построение и выбор алгоритмов расчета и др., использование которых обеспечивало бы заданные требования к КМ ОЭС. Эти операции также выделены в отдельный блок в составе модуля «Результат работы КМ ОЭС».

Рис. 10. Схема оптимизации КМ ОЭС из условия адекватности модели

Аналитический метод проверки адекватности КМ ОЭС, используемый в отсутствие реально существующего объекта-оригинала, может состоять:

- в сравнении результатов экспериментов, промоделированных с помощью рассматриваемой КМ ОЭС, и экспериментов, проведенных с помощью эталонной компьютерной модели исследуемой ОЭС - модели с заданными и полностью определенными параметрами и характеристиками, без учета их вариаций, неопределенностей статистического характера и т.д. При этом используется идеализация, т.е. замещение реального эмпирического явления или объекта идеализированной схемой. В эталонной компьютерной модели могут использоваться математические модели, заведомо более точные, чем в испытуемой.

в моделировании частных случаев, для которых заранее известны решения или результаты,

путем проверки адекватности отдельных субмоделей КМ ОЭС.

Экспериментальная проверка адекватности КМ ОЭС может проводиться путем проверки устойчивости модели при изменяющихся условиях работы ОЭС, имитируемых в процессе эксперимента. Только в последнее время в зарубежной периодике появились сведения об экспериментальной проверке адекватности КМ ОЭС. Однако, эта проверка проводилась для моделей ОЭС, решающих сугубо конкретные (частные) задачи. Она базировалась на сложном, объемном и поэтому дорогостоящем натурном эксперименте.

Основные этапы экспериментальной проверки адекватности КМ ОЭС могут состоять в следующем.

Первым этапом может быть отбор наиболее часто встречающихся ФЦО -сценариев работы ОЭС. Поскольку для многих ОЭС число возможных сценариев огромно, следует отобрать наиболее типичные и важные для оценки адекватности КМ ОЭС. При этом важно отобрать из большого числа параметров и характеристик излучателей (целей, фонов, помех) и других субъектов ФЦО наиболее существенные, например геометрические размеры и пространственную структуру, яркость, контраст, а также установить или сформулировать требования к статистическим характеристикам наблюдаемой ФЦО (сцены).

Вторым этапом может быть выбор показателей эффективности работы ОЭС, модели которых проверяются в процессе эксперимента. Аналитические выражения для вычисления этих показателей, представленные в виде функций параметров и характеристик собственно ОЭС, а также ФЦО, в которой работает система, часто принимаются за модель ОЭС.

Следующим этапом может быть собственно эксперимент по определению заданного или выбранного показателя гаи показателей эффективности работы ОЭС. Здесь целесообразно проведение испытаний или измерений как для идеализированных (эталонных) условий, соответствующих выбранной математической модели ОЭС, как основы ее компьютерного моделирования, так и для возможных изменяющихся условий работы системы, вызываемых, обычно, изменениями ФЦО, например изменением дальности до цели, изменением ее контраста на фоне, изменением структуры фона и т.д.

Например, ухудшение качества изображения, создаваемого ОЭС, можно имитировать вводом гауссовской функции рассеяния вида ехр[- тг(х/Ь)2] в передаточную функцию ОЭС - ее функцию передачи модуляции (ФПМ). Здесь параметр Ь определяет размытие изображения. Для ОЭС с матричными приемниками целесообразно выражать Ъ числом пикселов, занимаемых размытым изображением. При увеличении Ъ ФПМ «сжимается», снижая информативность изображения.

Для каждого неразмытого (эталонного) изображения целесообразно проводить сегментацию цели на фоне путем создания маски цели с весами пикселов, перекрывающих площадь цели, равными 1, и равными 0 для всей площади фона. Контраст можно определять как

2и- , (3)

где п„ и Пф - средние числа пикселов в изображениях цели и фона,

2

соответственно; " - дисперсия числа пикселов, занимаемых изображением цели; пг„ - усредненное число пикселов, занимаемых целью и локальным фоном.

Локальный фон определяется как площадь сцены, смежная с целью, но не включающая ее.

На заключительном этапе ведется проверка устойчивости (адекватности) модели при изменяющихся условиях работы ОЭС, имитируемых в процессе эксперимента.

Сопоставление рассчитанных с помощью КМ показателей эффективности работы ОЭС со значениями, полученными в результате эксперимента, позволяет судить об адекватности КМ.

Глава 4 посвящена особенностям компьютерного моделирования некоторых современных ОЭС: двух- и многодиапазонпых, т.е. работающих в двух и более спектральных диапазонах; систем, работающих активным методом; систем дистанционного зондирования.

Компьютерная модель многодиапазонной ОЭС (КМ МОЭС), может быть построена на основе обобщенной КМ ОЭС. Для моделирования МОЭС необходимо иметь субмодели отдельных узлов МОЭС, алгоритмы обработки сигналов, учитывающие их специфику, параметры и характеристики отдельных узлов МОЭС и т.п. Они могут задаваться в исходных данных, размещаться в соответствующих модулях, но более целесообразным является их размещение в отдельном разделе БД «Двух- и многодиапазонные ОЭС» модуля «База данных обобщенной КМ ОЭС». В этом разделе данные (алгоритмы, субмодели, параметры и характеристики и др.) должны быть систематизированы по подразделам, соответствующим отдельным модулям КМ ОЭС. При моделировании МОЭС эти подразделы могут быть активизированы при непосредственном обращении к ним пользователя или при установлении автоматических считываний из запрашиваемых модулей КМ ОЭС.

Для оценки эффективности функционирования МОЭС используются специальные показатели, которые должны быть размещены в БД. Ими могут быть, например, спектральный контраст, разность оптических сигналов, спектральное отношение, логарифмические спектральные отношения на входе системы, приведенные к её выходу или выходу ПИ.

В достаточно общем виде сигнал на выходе приемника излучения, со спектральной чувствительностью на длине волны к-„ определяемый только собственным излучением объекта, описывается как

Ц^К-е^т^и, (4)

где К - постоянная, определяемая геометрооптнческнми параметрами ОЭС, не зависящими от длины волны излучения;^ и Ьи - спектральная излучательная способность и яркость объекта, соответственно; т0и - коэффициент пропускания оптической системы на длине волны Я,-.

Соответствующее Ддх отношение сигналов на выходе ПИ и ¡/Л: для двух рабочих спектральных диапазонов равно

I £(1)г0(А)5(Я)Я"5 ехр(-Сз/А т}и

Л __

° | е (я)г0(я)5(я)Г5 ехр(-с2/Я Т\1Х '

где АХ] и АХ2 - рабочие спектральные диапазоны. Здесь используется упрощенная форма закона Планка

= —с,Я 5 схр(с2/ДГ),

7Г

где С/Ч с2 - постоянные закона Планка; Т- температура объекта.

Схемы алгоритмов работы с модулями «Показатели эффективности», «Фоноцелсвая обстановка», «Структура МОЭС», «Результат работы КМ ОЭС» при моделировании МОЭС приведены на рис. 11-14.

При моделировании ОЭС, работающих активным методом, в обобщенную КМ ОЭС целесообразно добавить субмодели (разделы отдельных модулей и базы данных обобщенной КМ ОЭС), описывающие передающую оптическую систему, включая источник подсветки и отображающие особенности распространения оптического сигнала на пути от передающей системы к приемной.

Удобно строить модель такой системы по схеме, представленной на рис. 15, в соответствии с которой ФЦО может описываться в едином для всех каналов модуле «Фоноцелевая обстановка», т.е. с помощью единой и достаточно широкой системы параметров и характеристик (геометрические размеры, дальности, форма, физико-химические свойства поверхностей и ми. др.), а с помощью интерфейса пользователя выбирается любой из спектральных «пассивных» нли «активных» каналов и соответственно ему синтезируется (строится) сигнал, поступающий на вход субмодели «Структура ОЭС».

Компьютерная модель многих ОЭС дистанционного зондирования, предназначенных для обнаружения различных объектов на случайно-неоднородном («пестром») фоне, также может базироваться на обобщенной КМ ОЭС, в модуль «Исходные данные» которой следует ввести такие показатели эффективности, как вероятности правильного обнаружения и ложных тревог, а также геометрооптические параметры схемы работы ОЭС.

(5)

(6)

Модуль «Исходные данные»

Пользователь выбирает перечень и численные значения показателей эффективности (критериев качества) МОЭС

Модуль «Показатели эффективности»

Для каждого спектрального рабочего диапазона выдается информация пользователю: какие входные данные и в какой форме представления их следует задать (ввести)

Из подраздела БД «Показатели эффективности МОЭС» выбираются формулы для их расчета

Пользователь вводит числовые значения неуправляемых переменных» остальные являются управляемыми моделируемыми или должны быть

определены в результате параметрического анализа МОЭС

Передается перечень управляемых моделируемых неременных

для расчета в соответствующих модулях

Раздел БД «Двух- и много диапазонные ОЭС»

Алгоритмы применения показателей эффективности однодиапазонных ОЭС в МОЭС

Из раздела БД «Показатели эффективности» выбираются формулы для их расчета

Модуль «База данных КМ ОЭС»

Модуль «Результат работы КМ МОЭС»

Рис. 11. Схема алгоритма работы с модулем «Показатели эффективности» при моделировании МОЭС

Модуль «Показатели эффективности»

Перечень управляемых моделируемых переменных, подлежащих расчету в модуле «Фоноцелевая обстановка»

Модуль «Исходные данные»

Модуль «Фоноцелевая обстановка»

Ввод исходных данных для описания условий работы

Ввод исходных данных для описания цели

Ввод исходных данных для описания бонов

Ввод исходных данных для описания помех

Подраздел «Критерии адекватности»

Перечень субмоделей с

требуемыми КЛ, рассчитываемыми в модуле «ФЦО»

Раздел «Фоноцелевая обстановка»»

«Среда распространения излучения»

«Фоны»

«Цели»

«Помехи»

Формирование субмоделей для расчета параметров, необходимых для расчета заданных показателен эффективности и критериев адекватности. Ранжирование сигналов

Раздел БД «Двух- и чногодиапазонные ОЭС»

Подраздел БД «Фоноцелевая обстановка»

Модуль «База данных КМ ОЭС»

Передача рассчитанных параметров в модули

Раздел

«Типовой математический аппарат»

I Модуль I «Структура МОЭС»

Модуль

I «Результат , работы КМ I МОЭС»

Рис. 12. Схема алгоритма работы с модулем «Фоноцелепая обстановка» при моделировании МОЭС

Модуль «Показатели эффективности»

Перечень управляемых моделируемых переменных, подлежащих расчету в модуле «Структура ОЭС»

Подраздел «Критерии адекватности»

Перечень субмоделей

с требуемыми КА, рассчитываемыми в модуле «Структура

оэс»

Модуль «Исходные данные»

Ввод исходных данных для описания структуры МОЭС. Описание множеств входных и выходных сигналов

7КЖ

Описание множеств структурных частей системы: подсистем, узлов, элементов, которые оказывают влияние на поведение системы и преобразования сигналов

Раздел БД «Двух- и многодиапазонные ОЭС»

Подраздел БД «Структура и элементная база МОЭС»

Модуль «Фоноцелевая обстановка»

Перечень параметров, рассчитанных в модуле «Фоноцелевая обстановка»

Модуль «Структура МОЭС»

При аналитическом описании определение операторов преобразований, связывающих входные сигналы, множества структурных частей системы и выходные сигналы

Формирование субмоделей для расчета параметров, необходимых для расчета заданных показателей эффективности и критерия адекватности

Модуль «Результат

работы КМ МОЭС»

Раздел «Типовой математический аппарат»

Модуль «База данных КМ ОЭС»

Раздел «Структура и элементная база ОЭС»

Рис. 13. Схема алгоритма работы с модулем «Структура МОЭС» при моделировании МОЭС

Рис. 14. Схема алгоритма работы с модулем «Результат работы КМ ОЭС» при моделировании МОЭС

Интерфейс компьютерной программы для моделирования

I Модуль «Исходные данные»

«Пассивные» каналы

Активные» каналы

Раздельные для каждого канала синтезированные сигналы от ФЦО

Т.

. Г"

Модуль

«Структура

оэс»

Раздел БД «Фоноцелевая обстановка»

Раздел БД «ОЭС, работающая активным методом»

Раздел БД «Структура и элементная база ОЭС»

Модуль «База данных КМ ОЭС»

Рис. 15. Обобщенная схема моделирования многоканальной ОЭС

Пользуясь основными положениями изложенной методологии компьютерного моделирования, в процессе работы над диссертацией была создана КМ дистанционного зондирования для оценки дальности обнаружения объекта на случайном неоднородном фоне при условии обеспечения заданной вероятности обнаружения объекта.

В этом случае зависимость отношения сигнал-шум ц от дальности /, являющаяся аналитической моделью ОЭС, имеет вид:

Т/т ™

где /0 - некоторая номинальная или нормирующая дальность обнаружения, при которой ц=1; 5об - видимый размер объекта; о> - размер кружка рассеяния, вызванного влиянием дифракции и аберраций, атмосферными явлениями (рассеянием, турбулентностью), вибрациями основания и другими факторами; тСр— среднее значение показателя ослабления среды, в которой проходит трасса «объект-ОЭС».

Глава 5 посвящена краткому описанию компьютерных моделей ОЭС «КОМОС» и «КМ ОЭС», разработанных в МИИГА и К на кафедре оптико-электронных приборов.

Модель «КОМОС» позволяет моделировать ФЦО работы ОЭС классов «земля-земля», «земля-воздух», «воздух-земля», «воздух-водная поверхность».

Модель написана в среде Turbo Baisic. В ней имеются базы данных оптических систем, приемников излучения, анализаторов изображения и некоторых элементов электронного тракта.

Компьютерная модель «КОМОС», разработанная в соответствии с изложенной в предыдущих главах методологией, подтвердила свою адекватность путем сравнения результатов проведенных численных экспериментов на модели и натурных экспериментов с рядом тепловизионных систем.

Рассчитанные с помощью модели значения отношения сигнал-шум порядка 2,1 обеспечивают надежное распознавание тест-объекта на дальности до 2 км, а при отношении сигнал-шум порядка 10 его идентификацию на дальностях до 5 км.

Дальности распознавания и идентификации объекта, полученные экспериментальным путем, отличались от рассчитанных не более чем на 12... 15%, что свидетельствовало о хорошей адекватности модели.

В последние годы на базе модели «КОМОС» была разработана новая компьютерная программа для моделирования ОЭС первичной обработки информации, названная «КМ ОЭС». Последняя версия модели разработана средствами MatLab и позволяет осуществлять моделирование ОЭС, работающих в нескольких спектральных диапазонах, для различных фоноцелевых ситуаций. В ней имеется возможность описания многомерных систем, а также достаточно простая перестройка решения поставленных задач.

Структура «КМ ОЭС» построена с учетом принципа модульности, иерархичности и вложенности модулей друг в друга. Основными модулями «КМ ОЭС» являются: «Исходные данные», «Показатели эффективности», «Фоноцелевая обстановка», «Структура ОЭС», «База данных КМ ОЭС» и «Результат работы КМ ОЭС».

На рис. 16 приведен вид интерфейса при вводе исходных данных в модель.

Возможные составляющие излучения на входном зрачке ОС, задаваемые как входные параметры для модуля «Фоноцелевая обстановка» модели, представлены на рис. 17.

' И 1И t'íí '

Исходные данные Псшател« )фф*гтн1ноггн ®омоц«.л«вм свстаис!*» Стру*тура ОЭС Pt*ff

[HcíSSSSSrg ta™.»«»»:

Синтез

Г" Миром*

V Объектная

Спектрапслые диапаэогм П~ ■ р~ Г5" -р12~ шм — -г~ « Памэдтеш а ффеятиености 1* Отношение сигм«/и»** ¡ Мммальнея реэреиммм рез»«л тем*ржур j 0.05 К Вероятность распознаем« j q.9 -« Мтелаяымйрмреиаемьйкитрест j"~QG2~

Место расположен« ОЭС Шцзота J 65 пив* Долгот« | 27 Ф** Высоте | 2 *» Атмосфер* _______ Температуре воэвд» \ 230 К Отноэодъмеа ■мжносгъ аозд^» | ¿ X Мвткрйлгиваввл^ьижгъ»»«»»«»™ ( **

Параметры сгруктум ОЭС Диаметр «юного зрежл ОС ни

£да»Фмцменг лрот)»»« ОС | ^дГ" ФокусиоерасстожмвОС ) 250' >*■«

ЛынеА«е 9»е/»*<енма ОС {

ч^ствитеяьнойплощадемПИ | ]0 г>|

Сдельная обнаружите***»

способность ПИ рООООООСОО

Сппстрмнвя »««тсриспка ПИ I

Моего респолсжвге« пемея» Температура поме** j 305 * Г» rpaoje Долгота I града

Высот» Г~05~~ Ресс*«»м» of ОЭС f 25

fítn излучающей таерисстм У) Отрм«9ге«ная характчрмстикв 1

рЛсты КМ ОХ Вам дани»« КМ ОЭС Мести расположение new Шчюта j 65 градус Да/гота f^T" ^^ Высота j 5— ш Рассто*ые от ОЭС J 25 «см Температуре цели J 305 К Размер эквивалентного счямзуъямм1.е Выейга |"~2 м Шфже J 07 м Ориентация item Аз^иуг | 180 пмяус

I 5 граде ¡ Tki' юпучающаО пжрчюсги Отражательная

Пер«-«гсы фоне Tni «см ¡ Растительность ]»J Веоа ориентации и карактермстж «она

СКютрео график аривмтацш с^Льектм ФЦ0

Поотмрахг» евааеииые одна*»:

Далыие»

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 тепловизионпом канале и в визуальном канале, полученные в результате моделирования.

выберите составляющие яркости на входе ОЭС Собственное излучение объекта Отраженное от объекта излучение. созданное Солнцем

Отраженное от объекта излучение, созданное собственным излучением облачности

Отраженное от объекта излучение, созванное собствен»*.м излучением подстилающей поверхности Излучение объекта, созданное переотраженным от подстилающей поверхности излучением Солнца ~ Излучение объекта, созданное переотраженным от облачности излучением Солнца Собственное излучение атмосферы Излучение Солнца, попадающего в угловое поле ОЭС Отраженное от объекта излучение атмосферы Отраженное от облачности излучение атмосферы Отраженное от подстилающей поверхности излучение атмосферы Отраженное от подстилающей поверхности излучение Солнца Отраженное от облачности излучение Солила Собственное излучение облачности Собственное излучение подстилающей поверхности Отраженное от подстилающей поверхности излучение объекта Отраженное от облачности излучение объекта

Излучение объекта, созданное переот раженным от подстилающей поверхности излучением атмосферы Излучение объекта, созданное переотраженным от облачности излучением агмосферь

' рассеянное в атмосфере излучение объекта! Рассеянное в атмосфере излучение Солнца Рассеянное е атмосфере излучение подстилающей поверхности Рассеянное в атмосфере излучение облачности Отраженное от облачности излучение подстилающей поверхности Отраженное от подстилающей поверю-юсти излучение облачности

- шяшшшшвшшяшвшвшяшшяшш в Рис. 17. Окно задания составляющих оптической системы в «КМ ОЭС»

излучения на входном зрачке

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 Ма&аЬ.

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 и 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. 3740.

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

Ю.Торшина И.П., Якушенков Ю.Г Особенности компьютерного моделирования оптико-электронных систем третьего поколения // Оптический журнал. - 2010. -№ 2.- С.87-89.

Другие издания

П.Торшина И.П. Систематизация субмоделей «Атмосфера» для использования в обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы. Депонирована в ОНТИ ЦНИИГА и К, per. №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, per. №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.З. 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 C.B., Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Совершенствование обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы «КОМОС». // В сб. трудов. VI Международной конференции «Прикладная оптика» Т.З. «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. 206207.

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 оггготехники).- М.: МИИГАиК, 2005. - 72 с.

20. Торшина И.П. Формирование компьютерной модели функционирования многодиапазонной оптико-электронной системы II В сб. трудов VII

Международной конференции «Прикладная оптика-2006» Т.З. «Компьютерные технологии в оптике». - С.-Пб.: 2006.-С.343-349.

21. Караханова С.Ю., Торшнна И.П. Ранжирование составляющих сигнала, приходящего на вход многодиапазоннон оптико-электронной системы, для её компьютерной модели // В сб. трудов. VII Международной конференции «Прикладная оптика-2006» Т.З. «Компьютерные технологии в оптике». - С.-Пб.: 2006. - С. 349-351.

22. Волков H.H.,Мухин C.B., Снегов К.Г., Торопша И.П., Якушенков Ю.Г. Компьютерное моделирование оптико-электронных систем 3-го поколения // Ползуновский альманах. Барнаул- 2007.-МЗ.-С. 34-35.

23. Торшнна И.П. Формирование сценария работы оптико-электронной системы для её обобщенной компьютерной модели // В сб. «Оптико-электропные 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 «0птика-2007».- М.: 2007. - С. 49.

27.Торшина И.П. Адекватность и робастность компьютерных моделей оптико-электронных систем // В сб. материалов V Международного форума «Optics-2009».- M.: 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

Подписано в печать 11.02.2010. Гарнитура Тайме Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 3,0 Тираж 80 экз. Заказ № 007 Цена договорная

Отпечатано в УПП «Репрография» МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер., 4

Введение.

Глава 1. Современные отечественные и зарубежные компьютерные модели оптико-электронных систем.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Основные этапы разработки модели. Структура компьютерной модели оптико-электронных систем.

2.1. Основные этапы компьютерного моделирования. оптико-электронных систем.

2.2. Структура обобщенной компьютерной модели ОЭС.

2.3. Основные модули обобщенной компьютерной модели оптико-электронных систем.

2.3.1. Модуль «Исходные данные».

2.3.2. Модуль «Показатели эффективности».

2.3.3. Модуль «Фоноцелевая обстановка».

2.3.3.1. Моделирование геометрооптических признаков субъектов фоноцелевой обстановки.

2.3.3.2. Энергетическая модель фоноцелевой обстановки.

2.3.3.3. Моделирование фонов.

2.3.3.4. Описание среды распространения излучения в компьютерной модели оптико-электронных систем.

2.3.3.5. Общая методология разработки модуля «Фоноцелевая обстановка»

2.3.4. Модуль «Структура оптико-электронной системы».

2.3.5. Модуль «Результат работы компьютерной модели. оптико-электронных систем».

2.3.6. Модуль «База данных обобщенной компьютерной модели оптикоэлекгронных систем».

Выводы по главе 2.

Глава 3. Оценка адекватности и устойчивости компьютерной модели оптико-электронных систем.

3.1. Критерии адекватности КМ ОЭС и их аналитическая оценка.

3.2. Экспериментальная проверка адекватности и устойчивости КМ ОЭС.

3.3. Аналитический метод испытания модели.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Особенности компьютерного моделирования некоторых современных оптико-электронных систем.

4.1. Двух-и многодиапазонные оптико-электронные системы.

4.2. Оптико-электронные системы, работающие активным методом.

4.3. Некоторые особенности компьютерного моделирования оптикоэлектронных систем дистанционного зондирования.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Компьютерные модели «КОМОС» и «КМ ОЭС».

Выводы по главе 5.

Оптико-электронное приборостроение в настоящее время во многом определяет прогресс в освоении ряда приоритетных направлений развития науки и техники. Расширяются области применения оптико-электронных систем (ОЭС); непрерывно создаются новые ОЭС, решающие разнообразные сложные задачи, например, в интересах обороны и обеспечения безопасности. На заседании Военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ 24.09.2008г. зам. Председателя Правительства РФ С.Б.Ивановым отмечалось, что разработка нового поколения ОЭС и комплексов является чрезвычайно актуальной для реализации Государственной программы вооружения на 20072015 г.г. и на долгосрочную перспективу (газета «Военно-промышленный курьер» , №39(225), 1-7.10.08, с.6). В США реализуется правительственная Программа по разработке критических оборонных технологий МСТР, в своей значительной части направленная на создание новых оптико-электронных средств. Третье поколение ОЭС, основой которых являются матричные многоэлементные приемники излучения, работающие в режиме электронной выборки сигналов и чувствительные в двух или нескольких спектральных диапазонах, усиленно разрабатывается в последние годы многими фирмами США, Франции, Англии и Японии и ряда других стран.

Сложность задач, решаемых многими ОЭС, разнородность физических процессов, имеющих место при прохождении сигналов через отдельные узлы ОЭС, разнообразие областей применения и условий работы этих систем обуславливают серьезные трудности при их разработке, например, при проведении достаточно информативных и достоверных натурных (физических) испытаний и исследований. Использование информационных возможностей программирования и компьютерных технологий позволяет во многом упростить работу на всех этапах проектирования новых ОЭС.

При разработке и проектировании новых ОЭС широко используются методы компьютерного моделирования. Не случайно на представительных международных форумах, например, на ежегодных конгрессах и конференциях Международного общества по оптической технике (SPIE) компьютерному моделированию ОЭС посвящаются отдельные симпозиумы с большим числом представлямых докладов.

Метод компьютерного моделирования ОЭС при их синтезе и анализе является удобным и достаточно эффективным инструментом. Компьютерное моделирование осуществляется в компьютерной программе для моделирования (КПМ), которая представляет собой совокупность алгоритмов, операций и программных средств, позволяющих моделировать объект-оригинал, т.е. ОЭС. Использование средств компьютерного моделирования позволяет ответить на ряд вопросов, например, какие алгоритмы обработки сигналов и какая элементная база, используемые в ОЭС, являются наиболее рациональными с точки зрения различных требований, предъявляемых к системе, и, в частности, для обеспечения заданных показателей эффективности её работы.

Известны работы C.B. Емельянова, М.Пешеля, И.П.Норенкова, Н.Н.Моисеева, Н.П.Бусленко, Дж. Моудера, Р.Шеннона и др., посвященные общей теории моделирования. Однако существенная специфика современных ОЭС в этих работах никак не отображена. В нашей стране и за рубежом рядом исследователей (М.А.Ган, А.В.Демин, В.В.Малинин, В.П.Иванов, В.И.Курт, В.А.Овсянников, В.Л.Филиппов, Р. Bijl, Е J.Borg, R.G.Driggers, G.C.Holst и др.) проведена большая работа по созданию компьютерных моделей ОЭС конкретного назначения или их отдельных узлов. Нужно отметить, что подавляющее большинство известных компьютерных моделей ОЭС (КМ ОЭС) описывает системы 1-го и 2-го поколений, т.е. ОЭС с оптико-механическим сканированием и одним приемником (линейкой приемников) или ОЭС с матричным приемником излучения (МПИ), работающие только в каком-либо одном спектральном диапазоне.

В силу ряда факторов, например закрытого характера сведений о многих ОЭС или распространения на них «ноу-хау», публикуемые в открытой печати сведения о компьютерных моделях ОЭС часто носят достаточно общий характер, не позволяя разработчику новой ОЭС воспользоваться ими. Вместе с тем в известных публикациях отсутствует изложение общей методологии компьютерного моделирования, столь необходимой при проектировании новых систем, а также ряда важных составляющих этой методологии. Так, например, методы оценки адекватности КМ ОЭС в известных публикациях практически отсутствуют.

По этим причинам и с учетом непрерывно растущего числа разработок новых ОЭС, особенно ОЭС 3-го поколения, создание обобщенной методологии построения компьютерных моделей ОЭС представляется весьма актуальным.

Целью настоящей диссертации являлось решение научной проблемы, имеющей важное народохозяйственное и оборонное значение, а именно, разработка общей методологии (принципов и методов) компьютерного моделирования ОЭС. ^

Для реализации этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить последовательность основных этапов компьютерного, моделирования ОЭС;

2. Разработать структуру обобщенной КМ ОЭС, являющуюся основой для моделирования ОЭС различного назначения;

3. Разработать методики составления отдельных модулей КМ ОЭС, включая базу данных модели;

4. Предложить методы оценки адекватности компьютерной модели, в том числе в случае отсутствия реально существующего объекта-оригинала, с которым можно было бы сравнивать модель, а также рассмотреть возможности упрощения КМ ОЭС без потери их адекватности;

5. Рассмотреть специфику компьютерных моделей ОЭС 3-го поколения;

6. Проверить предложенную методологию путем анализа уже существующих КМ ОЭС конкретного назначения, а также на примерах разработки новых КМ ОЭС.

Фундаментальный характер научной проблемы, разрабатываемой в' диссертации, состоит в разработке обобщенного подхода (методологии) к компьютерному моделированию ОЭС. Использование обобщенной методологии компьютерного моделирования ОЭС позволит с требуемой адекватностью моделировать разнообразные структуры ОЭС 3-го поколения, определять качество их работы в различных ситуациях, оценивать эффективность использования элементной базы этих систем, что позволит значительно сократить средства на разработку этих систем. Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Определена рациональная последовательность основных этапов компьютерного моделирования ОЭС;

2. Предложена структурная схема обобщенной КМ ОЭС;

3. Разработаны методики определения рационального состава и построения основных модулей обобщенной КМ ОЭС;

4. Предложено ранжирование отдельных составляющих сигнала, поступающего на вход ОЭС;

5. Предложен метод количественной оценки адекватности КМ ОЭС;

6. Выработаны рекомендации по составлению структурных схем КМ ОЭС 3-го поколения и их отдельных модулей;

7. Предложена методика модификации обобщенной структурной схемы КМ ОЭС применительно к ОЭС, работающим активным методом. Достоверность предложенной методологии была подтверждена в результате сопоставления результатов компьютерного моделирования, в котором была реализована предложенная методология, с результатами натурных экспериментов и испытаний тепловизионных систем и систем вскрытия камуфляжа.

Практическая ценность результатов:

1. Предложенная общая методология компьютерного моделирования ОЭС позволяет с единых позиций вести моделирование вновь создаваемых ОЭС, разрабатывать компьютерные модели отдельных её модулей и компьютерные модели показателей эффективности, используя разработанную структуру обобщенной КМ ОЭС, и методологию формирования её отдельных модулей;

2. Методы аналитической оценки адекватности компьютерных моделей ОЭС позволяют оценить области применения этих моделей, а в ряде случаев отказаться от дорогостоящего физического (натурного) эксперимента при проектировании и исследованиях сложных ОЭС;

3. Использование разработанной методологии позволит с требуемой адекватностью моделировать разнообразные структуры ОЭС 3-го поколения, определять показатели качества их работы в различных ситуациях, оценивать эффективность использования применяемой элементной базы, что позволит значительно сократить средства на разработку этих систем;

4. Использование изложенных в настоящей диссертации методов и методик позволило провести компьютерное моделирование ряда ОЭС конкретного назначения, дать рекомендации по совершенствованию этих систем и оценку возможной области их эффективного применения. Работы, были выполнены в рамках хоздоговоров с ФГУП ЦНИИ Точмаш - «Разработка компьютерной модели для оценки эффективности средств маскировки в оптическом диапазоне спектра» (тема № 1-Э/ПР), с ЦНИИ «Циклон» -«Компьютерная модель тепловизионной системы» (тема №1011-хд), контракта (трудового соглашения) с НПО «Комета». 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, код ВНТИЦ 0203023090320.

5. Основные положения предложенной методологии включены в учебную программу дисциплины «Компьютерное моделирование оптикоэлектронных систем», используемую при подготовке магистров по направлению «Оптотехника» в МИИГАиК.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Предложенная структура обобщенной КМ ОЭС может служить 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 показателей эффективности 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», содержащиеся 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. С целью упрощения модели без потери её адекватности необходимо произвести ранжирование составляющих входного сигнала, создаваемых субъектами фоноцелевой обстановки (ФЦО) на входе ОЭС.

4. Адекватность КМ ОЭС может быть оценена с помощью критерия адекватности, определяемого аналитически, с помощью выражений, описывающих выбранный или заданный показатель эффективности работы ОЭС, или на основе экспериментальной проверки адекватности по предложенной в диссертации методике;

5. Специфические особенности компьютерного моделирования двух- и многодиапазонных ОЭС 3-го поколения (МОЭС), а также ОЭС, работающих активным методом, в большинстве случаев могут быть учтены путем ввода в базу данных обобщенной структурной схемы КМ ОЭС специальных подразделов, содержащих специфические субмодели, алгоритмы обработки сигналов, параметры и характеристики отдельных узлов и т.п.

Результаты работы докладывались и обсуждались на 5-ой, 6-ой, 7-ой и I

8-ой Международных конференциях «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, 2002, 2004, 2006, 2008 г.г.), на 5-ой, 6-ой и 7-ой Международных конференциях «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации - Распознавание» (Курск, 2001, 2003, 2005 г.), Международных форумах «0птика-2007» и «0р1лсз-2009» (Москва, ВВЦ), на научно-техническом семинаре кафедры оптико-электронных приборов и систем Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики (2008 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МИИГАиК (Москва, 2008, 2009 г.г.).

Основные результаты работы изложены в монографии «Компьютерное моделирование оптико-электронных систем первичной обработки информации» (М.: Университетская книга; Логос, 2009. - 248 с.) и 26 научных публикациях, в том числе в 9 статьях, опубликованных в журналах, вошедших в перечень ВАК РФ. По теме диссертации получено авторское свидетельство №2003620073 от 10.04.2003 г.

Диссертация объемом 202 стр. состоит из 5 глав, содержит 43 рис., библиографию (249 наим.) и одно приложение.

Выводы по главе 5

1. Компьютерная модель «КОМОС», разработанная в соответствии с изложенной в предыдущих главах методологией, подтвердила свою адекватность путем сравнения результатов проведенных численных экспериментов на модели и натурных экспериментов ряда тепловизионных систем.

2. Предлагаемая методология позволяет проводить дальнейшее развитие разрабатываемой модели «КМ ОЭС» вводом дополнительных модулей, описанных в методологии, установления связей между ними, и реализации в системе Ма^аЬ.З. 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.

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 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, например, путем ранжирования отдельных составляющих сигнала.

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. Этот метод позволяет также рассмотреть возможность упрощения КМ ОЭС без потери их адекватности. 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, 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 позволит значительно сократить 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.

1. ГОСТ 25645.153-90. Излучение атмосферы Земли рассеянное. Модель пространственного распределения. -М.: Изд-во стандартов, 1991.-69 с.

2. ГОСТ 8.009-84 «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений» М.: Изд-во стандартов, 1984.- 42 с.

3. ГОСТ 8.508-84 «Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГСП». М.: Изд-во стандартов, 1984.- 40 с.

4. Автоматизация проектирования оптико-электронных приборов: Учеб. пособие для вузов / Л.П.Лазарев, В.Я. Колючкин, А.Н. Метелкин и др.- М.: Машиностроение, 1986.-216 с.

5. Алеев Р. М., Иванов В. П., Овсянников В. А. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры. Казань: Казанский ун-т, 2000.- 252 с.

6. Алеев Р. М., Иванов В. П., Овсянников В. А. Несканирующие тепловизионные приборы . Казань: Казанский ун-т, 2000.- 228 с.

7. Андреев А.Л., Лбова Т.П. Разработка структуры комплексной модели оптико-электронной системы наблюдения за точечными объектами // Научно-технический вестник С.-Пб. ГУ ИТМО.-2009.- №5(63).-С. 10-15.

8. База данных обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы / Н.Ф.Максимова, К.И.Сагитов, И.П.Торшина, Ю.Г.Якушенков. — Свидетельство об официальной регистрации Роспатента РФ, № 2003620073 от 10.04.2003 г.

9. Балоев В.А., Филиппов В. Л. , Яцык B.C. Аппаратурное обеспечение полевых испытаний оптико-электронных систем ФГУП «НПО «Государственный институт прикладной оптики» // В сб. материалов V Международного форума «0птика-2009».- М.: 2009. С. 54.

10. Балоев В.А., Горбунов Д.А., Моисеев B.C. Распределенная САПР тепловизионных приборов // Вестник Казанского гос. техн. ун-та 2000. -№3.-С. 21-26.

11. Балоев В.А., Моисеев B.C., Клочков С.А. Синтез оптимальной структурной схемы тепловизионного прибора // Оптический журнал. 2002. - № 4.-С.38-41.

12. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988 - 128 с.

13. Батанов JI.A. Автоматизация проектирования цифровых вычислительных систем.- М.: Энергия, 1978.-80 с.

14. Белова Д.А., Кузин P.E. Применение ЭВМ для анализа и синтеза автоматических систем управления. М.: Энергия, 1979.- 264 с.

15. Блох А.Г. Основы теплообмена излучением. М.: Госэнергоиздат, 1962. -331 с.

16. Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК систем.-М.: Радио и связь, 1987.

17. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов,- М.: Наука, 1986. 544 с.

18. Бугаенко А.Г. Аппаратура для оценки характеристик тепловизионных систем // Оптич. журнал. 2002.- №4. - С. 19-25.

19. Бугаенко А.Г., Михайлов E.H. Тепловая заметность военнослужащих в различной экипировке // Оборонная техника. — 2007. № 1-2. - С. 44-47

20. Бусленко Н.П. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем.- М.: Наука, 1977.-239 с.

21. Вафиади A.B. Аналитические модели сканирующих тепловизионных приборов//Оптич. журнал.- 1997.-№1. С. 32-36.

22. Волков H.H., Мухин C.B., Снегов К.Г., Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Компьютерное моделирование оптико-электронных систем 3-го поколения // Барнаул: Ползуновский альманах. -2007.- №3. С. 34-35.

23. Галиакберов Д.Ш. Критерий качества приемников излучения для тепловизионных приборов // Оптико-механическая промышленность. — 1979.-№8. -С. 12-14.

24. Ган М.А. Вычислительная оптика в ГОИ // Оптический вестник.-2008.- № 12.-С. 16-18.

25. Городецкий А.Е., Тарасова И.Л., Артеменко Ю.Н. Интерференционно-кодовые преобразователи. С.-Пб.: Наука, 2005 — 472 с.

26. Грицкевич Е.В., Малинин В.В. Вычислительная модель объектно-фоновой ситуации для автоматизированного анализа ОЭП наблюдения // Сб. «Вопросы повышения точности и автоматизации аэрофотосъемочных и фотограмметрических работ». Новосибирск: НИИГАиК, 1988

27. Грицкевич Е.В., Малинин В.В. Разработка программного обеспечения вычислительной модели ОЭП наблюдения // Межвуз. сб «Автоматизация проектирования оптических приборов».- Новосибирск: НИИГА иК, 1991.

28. Гудмен Дж. Статистическая оптика. М.: Мир, 1988. -528 с.

29. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами.- М.: Мир, 1971.-166 с.

30. Демин A.B., Копорский Н.С. Имитационное моделирование информационно-измерительных и управляющих систем .- С.-Пб.: С.-ПбГУ ИТМО, 2007.- 139 с.

31. Демин A.B., Копорский Н.С. Имитационное моделирование систем наведения // Изв.вузов. Приборостроение.-2006.-№6,- С. 30-34.

32. Дистанционное зондирование: количественный подход / Ш.М.Дейвис, Д.А.Ландгребе, Т.Л.Филлипс и др. Под ред Ф.Свейна и Ш. Дейвис. Пер. с англ.-М.: Недра, 1983, 415 с.

33. Достижения в технике передачи и воспроизведения изображений, т.З./ Под ред. Бкейзана-М.: Мир, 1980.

34. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника М.: Радио и связь, 1985.200 с.

35. Дьяконов В.П. Matlab R2006/2007/2008. Simulink 5/6/7. Основы применения. М.: Солон-Пресс, 2008. — 400 с.

36. Еремеев В.А., Мордвинов И.Н., Платонов Н.Г. Современные гиперспектральные сенсоры и методы обработки гиперспектральных данных//Исследование Земли из космоса.-2003.-№6.

37. Запрягаева JI.A. Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптических систем.- М.: Логос, 2000.-584 е.: ил.

38. Здор С.Е., Широков В.Б. Оптический поиск и распознавание. —М.:Наука, 1973.

39. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех).- М.: Сов. радио, 1987. 386 с.

40. Иванов В.П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении. Казань: Новое знание, 2000.- 357 с.

41. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным .- М.: Радио и связь, 1987. — 120 с.

42. Имитационное моделирование в задачах оптического дистанционного зондирования / Г.М. Креков, В.М. Орлов, В.В. Белов и др.- Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1988.-165 с.

43. Исследование операций / Пер. с англ. Под ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби. М.: Мир, 1981. - Т. 1 - 712 е., Т. 2- 678 с.

44. Ишанин Г.Г„ Панков Э.Д., Челибанов В.П. Приемники излучения. -СПб.: Изд-во «Папирус», 2003, 527с.

45. Йордан Э. Структурное проектирование и конструирование программ / Пер. с англ. Под ред. JI.H. Королева.-М.: Мир, 1979.- 416 с.

46. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. — М.: Изд-во МГТУ, 2001

47. Карпов А.И., Кренев В.А., Молин Д.А. Динамика и автоматическое цифровое управление зеркалом в кардановом подвесе КГТУ им. А.Н. Туполева // В сб. материалов V Международного форума «0птика-2009».-М.: 2009.-С. 73.

48. Карпов А.И., Стрежнев В.А. Построение динамических моделей и иденфикация в задачах исследования динамики сложных систем. В кн. Теория устойчивости и ее приложения. Новосибирск.: Наука, 1979. - С. 264-277.

49. Карпов А.И., Стрежнев В.А. Построение упрощенных математических моделей в задачах динамики оптико-электронных систем. В.Кн. Проблемы аналитической динамики, устойчивости и управление движением. — Новосибирск.: Наука,1991, С. 231-237.

50. Каценбоген М.С. Характеристики обнаружения. — М.: Сов. радио, 1965. — 104 с.

51. Козирацкий Ю.Л. и др. Показатели эффективности комплексированной системы разведки на этапе поиска и обнаружения // Радиотехника. 2000.-№10.

52. Кондратьев К.Я. Радиационные характеристики атмосферы и земной поверхности.- Л.: Гидрометеоиздат, 1969.- 564 с.

53. Конторов B.C. Радиоинформатика. М.: Радио и связь, 1993.- 294 с.

54. Красильников H.H. Теория передачи и воспроизведения изображений. — М.: Радио и связь, 1986. 248 с.

55. Криксунов JI.3. Справочник по основам инфракрасной техники.-М.: Сов. радио, 1978.- 272 с.

56. Кринов E.JI. Спектральная отражательная способность природных образований. Изд-во АН СССР - Л.: 1947.- 241 с.

57. Лактионов А.Г., Богомолов Ю.М. Микроструктура приземного аэрозоля // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана.- 1971.- №3. С.291-301.

58. Латыев С.М. Конструирование точных оптических приборов. — С.-Пб.: Политехника, 2007. -579 с.

59. Ллойд Дж. Системы тепловидения / Пер. с англ. Под ред. А.И.Горячева. -М.: Мир, 1979-416 с.

60. Макаров A.C., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем // Под ред. В. Л. Филиппова. Казань: Унипресс, 1998.- 320 с.

61. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988.-232 с.

62. Максимова Н.Ф., Сагитов К.И., Якушенков Ю.Г. Компьютерная модель тепловизионной системы // В сб.«Оптико-электронные системы визуализации и обработки оптических изображений», вып. 1.- М.: ЦНИИ «Циклон», 2001, С. 133-138

63. Максимова Н.Ф., Сагитов К.И., Якушенков Ю.Г. Обобщенная компьютерная модель оптико-электронной системы КОМОС (программа для ЭВМ) / Свидетельство об официальной регистрации Роспатента РФ, № 2003610877 от 10.04.2003 г.

64. Малинин В.В. Моделирование и оптимизация оптико-электронных приборов с фотоприемными матрицами. Новосибирск: Наука, 2005. - 256 с.

65. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1983. - 696 с.

66. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.- 344 с.

67. Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов / В.П.Иванов, В.И.Курт, В.А.Овсянников, В.Л.Филиппов Казань: Отечество, 2006. — 596 с.

68. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-536 с.

69. Непогодин И. А. Отражательные характеристики и информативность признаков (сигнатур) объектов и фонов в лазерной локации // Сб. «НПО ГИПО 1957 1997». Т. 2. - Казань: Дом печати, 1997. - С. 416 - 427.

70. Новопашенный Г.Н. Информационно-измерительные системы. М.: Высшая школа, 1977. — 208 с.

71. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем-М.: Машиностроение, 1980.-280 с.

72. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем —М.: Высшая школа, 1986.-304 с.

73. Носов Ю.Р., Шилин В.А. Основы физики ПЗС. -М.: Наука, 1986

74. Оптические свойства тропосферного аэрозоля / Ю.П.Дябин, В.П.Иванов, М.В.Танташев, В.Л.Филиппов. В кн. « Первый глобальный аэрозольный эксперимент ПИГАП». Т.1. «Аэрозоль и климат».-Л.: Гидрометеоиздат, 1981, С. 99-112.

75. Основы импульсной лазерной локации / В.И.Козинцев, М.Л.Белов, В.М.Орлов и др. Под ред. В.Н. Рождествина. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006.-512 с.

76. Основы систем автоматизированного проектирования / В.С.Моисеев , В.А.Талызин, Ю.В.Кожевников и др. Казань: Казанский гос. ун-т, 1988.- 254 с.

77. Пешель М. Моделирование сигналов и систем. М. : Мир, 1981. - 300 с.

78. Полляк Ю.Г. Вероятностное моделирование на электронных вычислительных машинах. -М.: Сов. радио, 1971. 400 с.

79. Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах Л.: Машиностроение, 1989.- 387 с.

80. Претт У. Цифровая обработка изображений: В 2 кн. / Пер. с англ.- М.: Мир, 1982.-Кн. 1. 312 е.; Кн. 2. 480 с.

81. Проектирование оптико-электронных приборов. / Ю.Б.Парвулюсов, В.П.Солдатов, С.А.Родионов и др. Под ред. Ю.Г.Якушенкова,- М.: Логос, 2000.- 488 с.

82. Рагузин Р.М. Системный подход к проектированию оптических приборов.- Л.: Ленинградский институт точной механики и оптики, 1987- 59 с.

83. Решетникова Т.Н. Моделирование систем. Томск: Томский гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2005. - 261 с.

84. Родионов С.А. Автоматизация проектирования оптических систем. -Л.: Машиностроение, 1982. 270 с.

85. Сергеев Г.А., Янутш Д.А. Статистические методы исследования природных объектов. Л.: Гидрометеоиздат, 1973.- 300 с.

86. Системы автоматизации проектирования в радиоэлектронике. Справочник / Под ред. И.П. Норенкова.- М.: Радио и связь, 1986.-368 с.

87. Смеркалов В.А. Прикладная оптика атмосферы. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1997.-173 с.

88. Смирнов А.Я., Меньшиков Г.Г. Сканирующие приборы.-Л.: Машиностроение, 1986.- 145 с.

89. Справочник по инфракрасной технике / Под ред. У. Вол фа и Г. Цисиса. Пер. с англ. Н.В. Васильченко, В.А. Есакова и М.М.Мирошникова. Т.1.-М.: Мир, 1995.- 606 с.

90. Справочник по исследованию операций / Под ред. Ф.А. Матвейчука. М.: Воениздат, 1979.- 368 с.

91. Танташев М.В., Трухина Н.Ю., Филиппов B.JI, Яцык B.C. Программно-методическое обеспечение расчетов полей яркости атмосферы (фонов)) // В сб. материалов V Международного форума «0птика-2009».- М.: 2009. -С. 66.

92. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения М.: Логос, 2007. - 192 с.

93. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. -М.: Логос, 2004.- 444 с.

94. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Предельная чувствительность и информативность тепловизоров и других оптико-электронных преобразователей изображения // Оптич.журнал.-1996.-№6.- С. 18-48.

95. Технология системного моделирования / Под ред. C.B. Емельянова и др. — М.: Машиностроение; Берлин: Техник, 1988.-520 с.

96. Торшина И.П. Адекватность и робастность компьютерных моделей оптико-электронных систем // В сб. материалов V Международного форума «0ptics-2009».- M.: 2009. С. 80

97. 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.З. С.-Пб.: 2002. С. 66.

98. Торшина И.П. Компьютерное моделирование многодиапазонных оптико-электронных систем //Изв. вузов. Приборостроение.-2008.- №9.- С. 37-40.

99. Торшина И.П. Компьютерное моделирование оптико-электронных систем первичной обработки информации. М.:Университетская книга: Логос.-2009.-248 с.

100. Торшина И.П. Методика разработки обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы // Изв. вузов. Приборостроение.-2008.- №3. -С. 61-65.

101. Торшина И.П. Особенности составления субмодели «Сценарий» при компьютерном моделировании оптико-электронных систем // В сб. материалов III Международного форума «0птика-2007».- М.: 2007. С 49.

102. Торшина И.П. Систематизация субмоделей «Атмосфера» для использования в обобщенной компьютерной модели оптико-электронной системы. Депонирована в ОНТИ ЦНИИГА и К, per. №742-гд, 2001

103. Торшина И.П. Составление баз данных по излучению естественных фонов для обобщенных компьютерных моделей оптико-электронных систем. Депонирована в ОНТИ ЦНИИГА и К, per. №751-гд, 2002

104. 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.

105. Торшина И.П. Типы оптических моделей аэрозольной атмосферы для компьютерной модели оптико-электронной системы // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.-2002,- №3.- С.127-133.

106. Торшина И.П. Формирование баз данных для компьютерной модели оптико-электронной системы // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка,-2002.- №3.- С.149-155.

107. Торшина И.П. Формирование компьютерной модели функционирования многодиапазонной оптико-электронной системы // В сб. трудов VII Международной конференции «Прикладная оптика-2006» Т.З. «Компьютерные технологии в оптике». С.-Пб.: 2006.-С.343-349.

108. 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

109. 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.

110. Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Особенности компьютерного моделирования оптико-электронных систем третьего поколения // Оптический журнал. 2010 - № 1.- С.87-89.

111. Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Оценка адекватности компьютерной модели оптико-электронной системы её заданным свойствам // Изв. вузов. Приборостроение.-2009.- №9.- С. 63-68.

112. 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.

113. Физика и техника инфракрасного излучения / Дж. Джемисон, Р.Х.МакФи, Дж.Н.Пласс и др. Пер. с англ. Под ред. Н.В.Васильченко. — М.: Сов. радио, 1965.-642 с.

114. Физические основы и техника измерений в тепловидении / А.Г.Бугаенко, В.П.Иванов, А.И.Омелаев, В.И.Тевяшов. Под ред. В. Л. Филиппова. Казань: Отечество, 2003. — 352 с.

115. Филин С.А., Молохина Л.А. Средства снижения заметности. М.: Роспатент, 2003.- 214 с.

116. Филиппов В. Л., Макаров А. С., Иванов В. П. Оптическая погода в нижней тропосфере. Казань: Дом печати, 1998. - 157 с.

117. Филиппов В.Л., Иванов В.П. О роли синоптического фактора в формировании характера оптической погоды // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана.- 1982,- № 6.- С. 680-682.

118. Филиппов В.Л. Учет вариаций «оптической погоды» при обосновании тактико-технических характеристик оптико-электронных систем. // Оборонная техника. 2007. - № 1-2. -С. 9-11.

119. Хеллман О. Введение в теорию оптимального поиска. Пер. с англ. / Под ред. H.H. Моисеева. —М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. литературы. 1985.-248 с.

120. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем — искусство и наука.- М.: Мир, 1978.-418 с.

121. Шидловский C.B. Автоматическое управление. Перестраиваемые структуры в системах с распределенными параметрами. Томск: Томский государственный университет, 2007. —197 с.

122. Шуба Ю.А. Оптимальные фильтры при спектральной селекции // Оптико-механическая промышленность.- 1969.- № 6.- С. 59-61.

123. Шуба Ю.А. Фотометрические характеристики тел сложной формы.- Сб. «НПО ГИПО 1957-1997». Под ред. С.О. Мирумянца. 4.II. Казань: Дом печати, 1997. - С. 351-377.

124. Якушенков Ю.Г. Обобщенная модель оптико-электронной системы и ее использование при расчетах параметров систем дистанционного зондирования // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.-1997.- № 1.- С. 116-128.

125. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов — М.: Логос, 2004. 472 с.

126. AFRL, AFRL/VSBM MODTRAN 4 Software. Internet www page at: http://www.vs.afrl.af.mil/Division/VSBYB/modtran4.html, accessed 21/12/2004.

127. Agostino J.A. Three dimensional noise analysis framework and measurement methodology for imaging system noise // SPIE Proc. -1991. -V. 1488.- P. 110116.

128. Aiazzi В., Barducci A., Baroni S. et al. Effects of non-uniform spectral sampling in gyperspectral sensors.- SPIE Proc., vol. 4881 (2003), p.p.147-158

129. Austin D.E. NSWCDD weather databases and their use in predict atmospheric transmission in the infrared // SPIE Proc.-1996-V. 2552. P. 267.

130. Baccheschi N.L. Generation of a combined dataset of simulated radar and EO/IR imagery // SPIE Proc.- 2005.-V. 5806.-P. 88-99.

131. Bignell K. The water vapor infrared continuum // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society.- Royal Meteorological Society, Berkshire, England. -1970.- V.96.-P. 390-403.

132. Bijl P., Hogervorst MA, ValetonJ.M. TOD, NVTherm and TRM3 model calculation: a comparison// SPIE Рюс. -2002. -V. 4719.-P. 51-62.

133. Bijl P, Valeton JM. TOD, a new method to characterize electro-optical system performance // SPIE Proc. -1998. -V. 3377. -P. 182-193.

134. Bijl P., Valeton J.M, Hogervorst M.A. Critical evaluation of test patterns for EO system performance characterization // SPIE Proc. 2001. - V. 4372. - P. 27-38.

135. Bijl P., Valetov. TOD, the alternative to MRTD and MRC // Opt. Eng.- V. 37. -1999.-№7.- P. 1976-1983.

136. Blume B. Application of synthetic imagery to target detection // SPIE Proc.-1995.-V. 2496. P.259-268.

137. Bodkin A., Sheinis A., McCann J. Compact multi-band (VIS/IR) zoom imager for high resolution long range surveillance // SPIE Proc.-2005.- V. 5783. — P. 816-826.

138. Boettcher E., Deaver D.M., Krapels K. Human Activity Discrimination for Maritime Application. SPIE Proc., vol. 6941 (2008), p.p.69410G-1.10,

139. Borg E.J. Modeling approaches to thermal imaging sensors // SPIE Proc.-1986.-V. 636.- P. 2-16.

140. Brown R.J. Infrared scanner technology applied to heat loss determination // Canadian Journal of Remote Sensing. -1978.- № 4. P. 1-9.

141. Brown R.J. Quantitative residential heat loss study //Photogrammetric Eng. and Remote Sensing.-1981.-V.47.- № 9.- P. 1327-1333.

142. Burton R. Elastic LID AR modeling for synthetic imaging applications. Ph.D.thesis, RIT, NY, 2002.- P. 144-155.

143. Cabanski W., Breiter R., Mauk K.-H. et al. Miniaturized high performance staring thermal imaging system. // SPIE Proc.- 2000.- V.4028.- P.208-219

144. Cederquist, J.N., Rogne, T.J., Schwartz, C.R., Multispectral infrared target detection: phenomenology and modeling. -SPIE Proc., vol. 1954 (1993), p.p. 192-197

145. Cole R.J., Sturrock N.S. The convectione heat exchange at the external surface of buildings //Building and Environment.- 1977. -№ 12.- P. 207-214.

146. Culpepper M.A. Empirical bidirectional reflecting model // SPIE Proc.-1995.-V. 2469.- P. 208-220.

147. D'Agostino J.A. The SPACE thermal signature model: principles and applications // SPIE Proc.-1987.- V. 781. P.2-9.

148. Dainty J.C. Laser speckle and related phenomena. Springer-Verlag, Heidelberg, 1975.- p. 75.

149. Davis J. Consideration of atmospheric turbulence in laser system design // Appl.Optics, 1996, V.5, № 1.- P. 139-147.

150. Destefanis G., Bailer P., Baylet J. Bi-color and dual-band HgCdTe infrared focal plane arrays at DEFIR // Proc. SPIE. -2006.- V.6206.-P. 1-10.

151. Doe J., Bocttcher E., Miller B. Identification of ground targets from airborne platforms. SPIE Proc., vol. 7300(2009), p.p. 730001-1.8,

152. Donn M., Yanni P., Bernstein U. Realistic approach to an IR mission rehearsal simulator// SPIE Proc.-1996-V. 2743. P. 290-301.

153. Driggers R.G. Sensor performance conversions for IR target acquisition and intelligence-surveillance-reconnaissance imaging sensors // Appl. Optics. -1999. V. 38. -№ 28.- P. 5936-5943.

154. Driggers R.G., Krapels K., Vollmerhausen R. Target detection threshold in noisy color imagery. SPIE Proc., vol. 4372 (2001), p.p. 162 - 169

155. Driggers R.G., Richardson P. Atmospheric turbulence effects on 3rd generation FLIR performance // SPIE Proc.- 2006.- V.6207. P.06-1-06-1 l.BCT

156. Driggers R.G., Richardson P., Tomkinson D. et al. Third Generation FLIR Performance As A Separable MWIR/LWIR Target Acquisition sensor // SPIE Proc.- 2003.- V.5074. P.44-51. BCT

157. Driggers R.G., Vollmerhausen R. Sampled imaging sensor design using the MTF squeeze model to characterize spurious response // SPIE Proc. 1999.-V.3701.-P.61-73.

158. Duffie J.A., Beckman W.A. Solar energy thermal processes. John Wiley & Sons, NY, 1974.-p.928.

159. Dwyer D., Smith M., Dale J., Heather J. Real time implementation of image alignment and fusion. SPIE Proc., vol. 5612 (2004), p.p. 85 - 93

160. Edwards T.C., Vollmerhausen R Recent improvements in modeling time limited search // SPIE Proc. 2002. -V. 4719. -P. 42-50.

161. Eisman M.T., Cederquist, J.N., Schwartz C.R., Infrared multispectral target/background field measurements. -SPIE Proc., vol. 2235 (1994), p.p. 130 -147

162. Electro-optical imaging: system performance and modeling / Ed. by L.C. Biberman.- Bellingham.- SPIE Press, 2000.- 1253 p.

163. Flug E., Deaver D. Infrared Sensor Modeling for Discrimination of Ground-based Human Activity.-SPIE Proc., vol.69410D (2008), p.p.69410D-l. 11,

164. Franning J., Halford C., Jacobs E. Multispectral imager modeling // SPIE -2005.-V. 5784.-P. 136-145.

165. Fee J. E., Das Y. Advances in the location and identification of hidden explosive munitions // Defence research establishment suffield Report. - 1991, Feb. - № 548.-p. 83.

166. Gamier C. et al. Physically-based infrared sensor effects modeling. // SPIE Proc.-1999-V. 3701. P. 81-92.

167. Geosystems, atmospheric correction and raze reduction for erdas imagine from geosystems. http://www.geosystems.de/atcor/intex.html,accessed 16 August 2004.

168. Gerhart G. Thermal image modeling // SPIE Proc.-1987.-V.782.- P. 3-9.

169. Goldstein R.J. Application of aerial infrared thermography data to the measurement of building heat loss. // ASHRAE Transactions: Focus on Energy, Atlanta, GA, USA, ASHRAE.-1978.- V. 84. Part 1.- P. 207-226.

170. Griffin M.K., Czerwinski R.N. A procedure for embedding effluent plumes info LWIR imagery // SPIE Proc.- 2005.-V. 5806 P. 78-87.

171. Guissin R., Lavi E., Palatnik A., Gronau Y. IRISIM: infrared imaging simulator //SPIE Proc.-2005. -V. 5784.- P. 190-203.

172. Haigh G.A., Pritchard S.E. Quantifying heat losses using aerial thermography // SPIE Proc. -1987.- V. 254.-P. 91-101.

173. High S.W., Irwin A., Valeton J.M. TOD test method for characterizing electro-optical system perfoimance // SPIE Proc. -2001. V. 4372. - P. 39-45.

174. Hoist G.C. Testing and evaluation of infrared imaging systems // SPIE Press .,Winter Park, FL: JCP Publishing, 1998. -442p.

175. Hoist G.C. Electro-optical imaging system performance // SPIE Press. ,Winter Park, FL.: JCD Publishing, 2003.-342 p.

176. Hoist G.C. Electro-optical imaging system performance // SPIE Press., Winter Park, FL.: JCD Publishing, 2000.- 438 p.

177. Horrigan T.J. Assessing the search and detection problem via the FLIR target acquisition model (FTAM) // SPIE Proc.-2000.-V. 4029.- P. 197-204.

178. Infrared and Electro-Optical System Handbook / Ed. by J.S.Accetta and D.L.Shumaker.-Bellingham: SPIE Press.-1993. 3024 p.

179. Irwin A., Nicklin R.L. Standard software for automated testing of infrared images, IR Windows™ in practical applications // SPIE Proc.-1998.-V.3377.-P. 206-217.

180. Itakura J., Tsutsumi S., Takagi Y. Statistical properties of the background noise for the atmospheric windows in the IR regions // Infrared Physics.-1971. — V.14.-№ 1 .-P. 17-29.

181. Jack J.R., Bowman R.L. Effective aerial thermography for energy conservation // Thermosense II. American Society of Photogrammetry.- New Mexico. US. Morain, 1979.-P. 217-225.

182. Jacobs E., Cha J., Edwards T. Dinamic MRTD simulation // SPIE Proc. 2000 - V. 4030. -P. 70-76.

183. Jacobs E., Vollmerhausen R. Modeling active imager performance // SPIE Proc.-2004.- V. 5407.- P. 201-210.

184. Jacobs P.A., Thermal IR characterization of ground targets and backgrounds // SPIE Press, Bellingham, 1996 190 p.

185. Jaggi S. ATTIRE (Analytical tools for thermal infrared engineering) A thermal sensor simulation package // SPIE Proc. -1992. - V.1689. -P. 285-296.

186. Jindall B.K. Result of a two-color detector array in bulk mercury cadmium telluride // SPIE Proc.- 1994.-V. 2225.- P. 278-288.

187. Kauffinan C., Madigan J., Pfister W. Static image system MRTD modeling // SPIE Proc. -1998.-V. 3377.-P. 83-88.

188. Kopeika N.S., Kogan I., Israeli R. Prediction of image quality through the atmosphere: the dependence of atmospheric modulation transfer function on weather// Opt. Eng.-V. 29- 1990.-№ 2.- P. 1427-1438.

189. Kosonocky W.E., Kaplinsky M.B., McCaffrey N.J. et al. Multi-wavelength imaging pyrometer. SPIE Proc.- 1994.-V. 2225.-P. 26-43.

190. Krapels K., Driggers R.D., Larson P. et al. Small Craft ID Criteria for Short Wave Infrared Sensors in Maritime Security // SPIE Proc.- 2008.- V. 694108.-P. 694108-1.11.

191. Lach S.R., Brown S.D., Kerekes J.P. Semi-automated DIRSIG scene modeling from 3D LIDAR and passive imaging sources // SPIE Proc.- 2006.- V.6214. P. 1-12.

192. Liu X., Gao Z., Deng N. A novel imaging system with superresolution. // SPIE Proc. 1998.-V. 350005.-P. 102-107.

193. Luca L. Cardon G. MTF cascad model for a sampled IR imaging system // Applied Optics.- 1991.-V. 30.-№13.

194. Mahmoodi A. Thermal modeling of nearest backgrounds in the far-infared spectral region // Opt. Eng.- V. 39.-2000.- №9.- P.326-345.

195. Marguic M. Two-parameter atmospheric model for ACQUIRE // SPIE Proc. — 1995.-V. 1540.-P. 338-343.

196. Massie M.A. A complete end-to-end infared sensor cad system the key to affordable focal plane designs // Proc. IRIS Passive Sensors. 1991.-V.1- P. 185191.

197. Maurer T. 2002 NVTherm improvements // SPIE Proc.-2002.- V. 4719.- P. 1523.

198. Ming Wu, Cook I., DeVito R. Novel low-cost uncooled infrared camera // SPIE Proc.-2005.- V. 5783.- P. 496-505.

199. Moulton J.R., Fink C.E. Ray-tracing approach for realistic hyperspectral forest canopies //SPIE Proc.- 2002.-V. 4718.- P.46-64.

200. Moyer S., Driggers R.G., Vollmerhausen R. et al. Information differences between subbands of the mid-wave infrared spectrum // Opt. Eng.- 2003 .-V. 42.-№8.- P. 2296-2303.

201. Moyer S., Driggers R.G., Vollmerhausen R. Mid wave infrared target source characteristics for focal plane applications.- SPIE Proc.- 2002.-V.4719.-P. 63-74

202. Multi-sensor signature prediction model Irma 5.1. / Savage J., Corer C., Thai B.-SPIE Proc.-2005.- V. 5811.- P. 199-211.

203. Neele F. Two-colour infrared missile warning sensors.- SPIE Proc.-2005.- V. 5787.-P. 134-145.

204. O'Connor J.D., O'Shea P., Palmer J.E. Standard Target Sets for Field Sensor Performance Measurements.- SPIE Proc., vol.6207 (2006), p.p.62070U-1.7

205. Ontar-Corporation, Ontar Products-PNNL Spectral Data. Internet www page at: http://www.ontar.com/software/productMODTRAN4.htm, accessed 16 August 2004.

206. Owens M., .Wellfa M., Forster J., Watson J. Irma 5.0 multi-sensor signature prediction model // SPIE Proc.-1999.- Vol. 3699.- P. 249-266.

207. Parenti R.R. Recent advances in adaptive optics methods and technolodgy.-SPIE Proc.-1988.-V. 1000.- P. 101-109.

208. Petrushevsky V. Calibration method for IR channel of dual band long range airborne camera // SPIE Proc.- 2004.-V. 5406.- P. 844-852.

209. Philippov V.L. On the question of modeling the environment in interests of developing the night vision devices // SPIE Proc.-2000. V. 4340. - P. 139-145.

210. RatchersJJ. Night vision modeling: historical perspective // SPIE Proc. -1999. -V. 3701. -P. 2-12.

211. Ratches J.I., Lawson W.R, ObertL.P. Night Vision Laboratory static performance model for thermal viewing systems//Rep. ECOMAD-AOl 1212/-Fort Monmouth, NJ, 1973.

212. Reirersmen P.N., Carder K.L. Hybrid numerical method for solution of the radiative transfer equation in one, two, or thee dimensions // Appl. Opt. 2003.-V. 43 (13). - P. 2734-2743.

213. Richards A., Johnson G. Radiometrie calibration of infrared cameras accounting for atmospheric path effects // SPIE Proc.-V. 5782.- P.480.

214. Roberts R.E., Biberman L.M. and Selby J.A. Infrared continuum absorption of atmospheric water vapor in the 8-12 fim window.-Paper P-1184 Institute of Defense Analyses, Arlington,VA, April 1976.

215. Rosenberg N. GASIEL — a useful tool for operational performance predictions // SPIE Proc.-1988.-V. 1038.- P. 362-371.

216. Russell K. L., McFee J E., Sirovyak W. Remote sensing performance prediction for infra-red imaging of buried mines // SPIE 1997.-V. 3079.- P. 762-769.

217. Salvaggio C., Smith L.E., Antoine E.J. Spectral signature databases and their application/misapplication to modeling and exploitation of multispectral/hyperspectral data // SPIE Proc.-2005. V. 5806.- P. 531-541.

218. Schott J.R., Biegel J.D., Wilkinson E. Quantitative aerial survey of building heat loss // SPIE Proc. -1982.-V. 0371.-P. 187-194.

219. Scoggins R.K., Sabol B.M. Description of the IR sensor model for the countermine computational testbed // SPIE Proc. 2005.- V. 5794 .- P. 882-888.

220. Schreer O., Zettner J., Spellenberg B. et al. Multispectral high-speed midwave infrared imaging system // SPIE Proc.- 2004.-V. 5406.- P. 249-257.

221. Secundo L., Lubianiker Y., Arganat A.I. Uncooled FPA with optical reading: reaching the theoretical limit // SPIE Proc.-2005.- V.5783.- P. 483-495.

222. Seegers P.A. PC version of the TACOM thermal image model // SPIE Proc.-1994.-V. 2294.- P. 14-21.

223. Simmons R.E. General spectral utility metric for spectral imagery // SPIE Proc.-2005.- V. 5806.-P.457-468.

224. Smith E.P., Pham L.T., Vensor G.M. et al. Two-color HgCdTe infrared staring focal plane arrays. SPIE Proc.-2003.- V.5209.- P. 1-13.

225. Snyder W.C., Schott J.R. A combined aerial and ground technique for assessing structural heat loss // SPIE Proc.-1994.- V. 2245.- P. 71-82.

226. Soel M.A., Rudman S., Ryan R. MULTIVTEW: a novel multispectral IR camera // SPIE Proc.- 1997.-V. 3063.- P. 239-256.

227. Stedham M.A., Banerjee P.P. The panoramic annular lens attitude determination system (PALADS) // SPIE Proc.-1995.- V. 2466.- P. 108-117.

228. Stephen W., McHugh A.J. TOD test method for charactering electrooptical system performance //SPIE Proc.-2001.- V.4372 .- P. 39-45.

229. Stocker, A.D., Oshagan, A., Shaffer, W.A. et al. Analysis of infrared hyperspectral measurements by the Joint Multispectral Program // SPIE Proc.1995.-V. 2469.- P. 587 602.

230. Svensson T., Renhorn I. Multispectral MWIR imaging sensor // SPIE Proc.-2002.- V. 4820.-P. 116-125.

231. Tarasov V.V., Yakushenkov Y.G. Prediction of thermal imager range with the help of computer modeling // SPIE Proc. 2004.-V. 5612.- P. 392-395.

232. Tomkinson D., Wilhelm T., Flug E. NV-THERM based sensor effects for imaging simulation // SPIE Proc.-2005.-V.5781.-P. 157-169.

233. Vollmerhausen R. Influence of sampling on target recognition and identification // Opt. Eng.- 1998.- V. 38.- № 5.- P. 763-772.

234. Walshaw C. Infared absorption by the 9.6 |j,m band of ozon // Quarterli Journal of the Royal Meteorological Society.-Royal Meteorological Society, Berkshire, England.- 1957.-V. 83. P. 315-321.

235. Wan W. Passive IR Sensor Performance Analysis using Mathcad® Modeling //SPIE Proc.-2009.-V. 7300.-P. 730005-1-730005-12.

236. Way S.P., Kerr R., Imamura J.J. et al. Design and testing of a dual-band enhanced vision system //SPIE Proc.- 2003.-V.5074.-P. 612-619

237. Webb C., Holford C. Dinamic minimum resolvable temperature testing for staring array imagers // Opt. Eng.- 1999.-V.38.-№5.

238. Weiss-Wrana K.R. Turbulence statistics applied to calculate expected turbulence-induced scintillation effects on electro-optical systems in different climate regions// SPIE Proc.-2004.-V.5237. P.l-12.

239. Winter E.M., Schlangen M.J., Bowman A.P. Experiments to support the development of techniques for hyperspectral mine detection // SPIE Proc.1996.-V. 2759. P. 139-148.

240. Wittenstein W. Minimum temperature difference perceived a new approach to assess undersampled thermal imagers // Opt. Eng.- 1998.-V. 38.- №5 - P. 773781.

241. Zhang Z., Blum R.C. A categorization of multiscale-decomposition-based image fusion schemes with a performance study for a digital camera application // IEEE Proc.- 1999.-V.87.-P. 1315-1326.