автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование и разработка многоматричной оптико-электронной системы контроля смещений элементов зеркальной системы радиотелескопа миллиметрового диапазона

На правах рукописи

УСИК Александр Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МНОГОМАТРИЧНОЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СМЕЩЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ЗЕРКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ РАДИОТЕЛЕСКОПА МИЛЛИМЕТРОВОГО

ДИАПАЗОНА

Специальность 05.11.07- Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург — 2014

005558658

005558658

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Коняхин Игорь Алексеевич

Официальные оппоненты: Городецкий Андрей Емельянович

доктор технических наук, профессор Институт проблем машиноведения РАН, заведующий лабораторией

Старченко Алексей Николаевич

кандидат технических наук ОАО «Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения», начальник отдела

Ведущая организация ОАО «ЛОМО»

Защита диссертации состоится «24» декабря 2014 г. в 17 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.227.01 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, пер. Гривцова, д. 14, ауд. 314-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49 и на сайте fppo.ifmo.ru .

Автореферат разослан« » 2014 г.

Отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49, секретарю диссертационного совета Д 212.227.01.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.01 кандидат технических наук, доцент

В.М. Красавцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время при радиоастрономических наблюдениях активно осваивается диапазон миллиметровых волн, преимуществом использования которого является малое рассеяние излучения на флюктуациях межзвёздной плазмы, что способствует получению изображений космических объектов с высоким разрешением, высокоточному измерению их координат и параметров движения.

Основным радиоастрономическим инструментом в миллиметровом диапазоне являются радиотелескопы с полноповоротным параболическим рефлектором — аналогом оптических телескопов-рефлекторов.

На высокогорном плато Суффа в отрогах Туркестанского хребта в Республике Узбекистан Россией реализуется крупный проект по созданию радиообсерватории миллиметрового диапазона, основным инструментом которой будет полноповоротный радиотелескоп (РТ) типа РТ-70 с параметрами: основное зеркало (ОЗ) - осесимметричный фрагмент параболоида диаметром 70 м и фокусным расстоянием 21 метр, составленный из 1200 отражающих щитов со средним размером 2x4 метра.

Для обеспечения работы в миллиметровом диапазоне длин волн необходимо высокое качество составной параболической поверхности основного зеркала (среднее квадратическое отклонение точек поверхности от теоретического параболоида не более 0,05 мм), стабильность взаимного расположения основного зеркала и контррефлектора (соответственно 0,08 мм), точность наведения оси зеркальной системы (допустимая погрешность 1___1,5 угл. сек.).

Вместе с тем, вследствие деформации элементов конструкции радиотелескопа смещение точек поверхности основного зеркала достигает в краевой зоне величины 30 мм, смещение контррефлектора (КР) - величины в 50 мм. Указанные линейные и угловые деформации должны быть измерены и скомпенсированы комплексом систем адаптации формы и положения элементов отражающей системы РТ.

Анализ используемых методов адаптации формы зеркальных элементов существующих РТ показал повсеместное применение радиоголографии и фотограмметрии для позиционирования элементов адаптивных поверхностей радиотелескопов. Вследствие значительной трудоёмкости использование радио-голографических и фотограмметрических систем возможно только вне режима функционирования РТ при определённом положении ОЗ (как правило, зени-тальном) во время периодических плановых юстировках зеркальной системы.

Серийно выпускаемые универсальные оптико-электронные измерительные системы соответствующего класса точности (например, сканирующие лазерные трекеры) подвержены влиянию метеорологических факторов, имеют

высокую стоимость и недопустимо большое время рабочего цикла последовательного измерения положения сотен контролируемых точек адаптивной поверхности ОЗ.

Известные специализированные оптико-электронные системы (ОЭС) с традиционной структурой канала измерения, включающей объектив и плоскость анализа на базе одного матричного приёмника излучения имеют ограниченное угловое поле, не позволяющее регистрировать с требуемой точностью элементы, распределённые по поверхности крупногабаритной структуры ОЗ или КР как единого объекта контроля.

Таким образом необходимо исследование теоретических основ построения и реализации оптико-электронных систем с возможностью контроля группы точек в широком угловом поле для контроля положения элементов зеркальной системы радиотелескопов миллиметрового диапазона длин волн.

Указанные обстоятельства определяют актуальность исследования основ построения и реализации многоматричных оптико-электронных измерительных систем для комплекса систем адаптации формы ОЗ и положения КР, позволяющих реализовать высокоточные измерения в широком угловом поле.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка принципов построения, методов расчёта параметров и характеристик, а также разработка, практическая реализация и экспериментальное исследование многоматричных ОЭС с широким угловым полем для контроля пространственного положения элементов зеркальной системы РТ.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать устройство и основные параметры современных оптических и оптико-электронных средств контроля пространственного положения элементов зеркальной системы радиотелескопов;

- предложить принципы построения и структуру оптико-электронной системы контроля пространственного положения контррефлектора РТ;

- разработать компьютерную модель для исследования характеристик ОЭС и провести анализ и оценку влияния составляющих погрешности измерения, предложить пути их уменьшения;

- на основе полученных данных спроектировать и реализовать макет ОЭС контроля пространственного положения контррефлектора РТ;

- проверить правильность полученных теоретических положений и алгоритмов моделирования экспериментальными исследованиями на реализованном макете измерительных каналов оптико-электронной подсистемы измерения положения элементов ОЗ и КР РТ-70.

Методы исследования. Для теоретического анализа применяются соотношения геометрической оптики, элементы проективной геометрии, а также разработанные на их основе методики исследования соотношений между параметрами измерительных ОЭС. В экспериментальной области используются детерминированные и имитационные компьютерные модели функциональных

элементов измерительных каналов и элементов ОЭС. Также используется физические модели (макеты), реализующие основные компоненты и алгоритмы функционирования ОЭС.

Новые научные результаты и основные положения, выносимые на защиту.

1. Принципы построения и структура оптико-электронной системы контроля пространственного положения контррефлектора РТ с единым объективом и секционным многоматричным полем анализа, при реализации которой увеличивается точность измерения.

2. Методы определения параметров пространственной конфигурации фотоприёмных матричных структур, совместно функционирующих в составе оптико-электронной системы с единым объективом и секционным многоматричным полем анализа при непересекающихся угловых полях измерительных каналов, применение которых позволяет уменьшить систематическую составляющую погрешности измерения посредством калибровки измерительной системы.

3. Принципы построения компьютерной модели оптико-электронной системы с единым объективом и секционным многоматричным полем анализа, позволяющей проанализировать влияние основных составляющих погрешности оптико-электронной системы и сформировать требования к параметрам звеньев измерительной цепи при проектировании системы.

4. Результаты экспериментальных исследований макета оптико-электронной системы контроля пространственного положения контррефлектора РТ, позволившие практически определить основные метрологические характеристики оптико-электронной системы с единым объективом и секционным многоматричным полем анализа.

Практическая ценность работы.

1. Получены методики расчёта параметров и анализа погрешностей оптико-электронной системы контроля пространственного положения объектов, позволяющие исследовать структуру суммарной погрешности и выработать пути повышения точности измерений.

2. Спроектирована и реализована физическая модель оптико-электронной системы контроля пространственного положения контррефлектора РТ, экспериментальные исследования которой подтверждают возможность практической реализации оптико-электронной систем с требуемыми параметрами.

3. Создана обобщённая компьютерная модель ОЭС, позволяющая оценить суммарную погрешность системы при влиянии различных факторов.

4. Эксперименты с макетами измерительных каналов ОЭС позволяют оптимизировать соотношения между параметрами оптико-электронных компонентов по критерию повышения точности и увеличения диапазона измерения координат визирной цели.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы в Научно-образовательном центре оптико-электронного приборостроения

НИУ ИТМО: включены в 11 отчётов по НИР (подтверждено 2 актами использования) и применяются в учебном процессе (подтверждено актом внедрения)

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 16 конференциях, 5 из которых международные: 6th International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation (г. Ченду, КНР, 2010), SPIE Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VII, (г. Мюнхен, Германия, 2011), «Прикладная оптика» VIII, IX, X (СПб, Россия, 2008, 2010, 2012); 5 - Всероссийские: VI, VII, VIII конференции и I, II конгрессы молодых ученых (СПб, 2009 - 2013 г.г.); 6 — проводимые НИУ ИТМО: XXXVIII, XXXIX, XL, XLI, XLII, XLIII (2008 - 2013 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 8 статей в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК, в том числе 4 - в изданиях, включённых в систему цитирования Scopus, получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения; содержит 109 страниц основного текста, 23 рисунка, 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы её цели и задачи, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен аналитический обзор современных методов и средств контроля пространственного положения элементов конструкции радиотелескопов, выявлены недостатки рассмотренных систем. Определены направления совершенствования ОЭС контроля положения элементов зеркальной системы РТ.

Для работы радиотелескопа в миллиметровом диапазоне длин волн при воздействии весовых, тепловых и ветровых нагрузок ОЗ проектируется по принципу обеспечения гомологических деформаций, в соответствии с которым отражающая поверхность деформируясь, остаётся близкой к параболоиду, однако при этом изменяется направление оси и смещается фокус. Отдельная подсистема адаптации перемещает КР и восстанавливает его положение относительно ОЗ.

ОЭС контроля пространственного положения измерения положения КР при адаптации является типовой по рабочей дистанции, диапазону измеряемых перемещений, погрешности измерения, габаритам контролируемого объекта, что позволяет выбрать её в качестве объекта дальнейших исследований.

Результаты анализа подобной типовой ОЭС могут быть экстраполированы и применены при построении систем контроля положения щитов при адаптации параболической поверхности ОЗ.

В качестве базового варианта ОЭС измерения положения КР была вы-

брана система, основанная на триангуляционном методе измерения в варианте метода обратной засечки.

Сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе предлагается обобщённая структурная схема и описывается принцип действия ОЭС контроля пространственного положения контррефлектора РТ. Анализируются компьютерные модели на основе перспективной проекции, проводится сравнение различных схем ОЭС по критерию уменьшения погрешности измерения.

Оптико-электронная система, измеряющая положение визирных целей (не менее трёх) закреплённых в контрольных точках КР, расположена в вершине ОЗ на жёстком элементе конструкции - опорном кольце (ОК). В соответствии с методом обратной засечки измеряются углы между оптической осью объектива ОЭС и направлением на контролируемую точку в двух ортогональных плоскостях (углы визирования).

По измеренным углам визирования и известной величине базовых расстояний между тремя контрольными точками определяются координаты визирных целей (ВЦ), расположенных в контрольных точках КР.

Стандартный состав ОЭС включает измерительный оптико-электронный преобразователь (объектив и матричный приёмник оптического излучения с интегрированным микропроцессором обработки) и визирные цели (малоразмерные источники оптического излучения - инфракрасные излучающие диоды), помещённые не менее, чем в трёх контрольных точках КР.

визирные цели

матричный

матричные анализаторы

Рисунок 1 - Принцип построения многоматричной ОЭС

Моделирование системы в габаритных размерах РТ показало, что для обеспечения требуемого углового поля при использовании типовых матричных приёмников оптического излучения, фокусное расстояние /1 объектива не

должно превышать 20-30 мм (Рисунки 1,2а). В этом случае чувствительность 5 к смещениям визирных целей, определяемая соотношением 5 = а'Л ~//Ь (где А,а - величины смещений визирной цели и её изображения на матричном приёмнике, Ь - расстояние до центра КР,/- фокусное расстояние объектива ОЭС) при столь малом фокусном расстоянии не превышает 8 = 0,14 что не позволяет реализовать измерения с требуемой точностью.

Для существенного увеличения чувствительности 5 предложена структура ОЭС с единым длиннофокусным объективом и секционным полем анализа, в котором каждая секция представляет собой матричный приёмник оптического излучения, регистрирующий изображение отдельной визирной цели (соответственно, одна матрица регистрирует изображение Г визирной цели 1, другая матрица - изображение 2' визирной цели 2, Рисунок 1).

В результате моделирования многоматричной ОЭС измерения положения КР (Рисунок 26) установлено, что требуемая точность измерения достигается при использовании объектива с фокусным расстоянием/ = 400...500 мм.

Контроль положения щитов ОЗ также может осуществляться подобными многоматричными системами с единым объективом и секционным полем анализа при увеличении поля анализа до 30-40 матриц.

При исследовании влияния первичных погрешностей в качестве модели суммарной погрешности измерения рассматривалась разность результатов решения прямой и обратной задач измерения положения КР (при наличии первичных погрешностей таких, как шумы матричного приёмника, отклонения параметров оптических элементов от номинальных).

ВЦ ВЦ

Рисунок 2 (а) — модель ОЭС на основе Рисунок 2(6) — модель ОЭС с тремя

одного матричного приёмниками матричными приёмниками

При исследовании влияния первичных погрешностей в качестве модели суммарной погрешности измерения рассматривалась разность результатов решения прямой и обратной задач измерения положения КР (при наличии пер-

винных погрешностей таких, как шумы матричного приёмника, отклонения параметров оптических элементов от номинальных) Решение прямой задачи связано с определением координат изображений визирных целей, закреплённых на КР. Обратная задача связана с определением положения контррефлектора по координатам изображений КЭ на матричном приёмнике изображения при наличии влияющих факторов.

Анализ результирующего вектора ошибок АР = Pw - Pw с помощью метода конечных разностей по алгоритму поочерёдного малого изменения каждого параметра вектора с фиксацией изменения АР, позволил оценить величину составляющих погрешности измерения ОЭС.

Для моделирования фокусное расстояние объектива ОЭС было принято равным 450 мм, размер пиксела матричного приёмника 2,775x2,775 мкм.

В частности, установлено, что погрешность определения координат КР не превысит допустимой величины 0,08 мм при условии определения координат изображения визирной цели на матричном приёмнике с погрешностью, не превышающей 0,3 пиксела матрицы.

Моделирование выявило влияние погрешностей разворота матрицы вокруг осей Хи Y— погрешность 130 мкм при повороте на 1 угл. сек. от заданного положения, также выявлена зависимость, характеризующая влияние погрешности установки ОЭС на опорном кольце (150 мкм при повороте на 1 угл. сек.).

Разработанная компьютерная модель позволяет назначить требования к параметрам элементов при проектировании ОЭС а также к установке системы и стабильности положении базовых поверхностей в процессе монтажа.

Дистанция, м

Рисунок 3 -График, характеризующий зависимость погрешности измерения от погрешности алгоритма определения координат ВЦ на изображении Исследования компьютерной модели предложенной структуры ОЭС под-

тверждает возможность реализации требуемой точности измерений при увеличенном фокусном расстоянии и угловом поле.

В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования макета системы, подтверждающие практическую реализуемость ОЭС для контроля пространственного положения КР, а также работоспособность выбранного алгоритма обработки измерительной информации.

На основе теоретических положений и результатов компьютерного моделирования был спроектирован и реализован макет ОЭС с единым объективом и многоматричным полем анализа.

Макет многоматричной ОЭС (Рисунок 4) выполнен на основе объектива РФ-5 (/— 450 мм), секционное поле анализа включает 5 фотоприемных модулей на базе КМОП-матриц ОттЧ^юп ОУ5620 с величиной пиксела 2,775x2,775 мкм. В состав макета также входит обрабатывающий компьютер.

Визирные цели выполнены в виде диафрагмированных полупроводниковых инфракрасных диодов с мощностью изучения 15 мВт.

Эксперименты проводились в комнате-полигоне (площадь 4x18 м), соответствующей габаритам РТ (Рисунок 4).

Макет многоматричной ОЭС (обозначение ОЭС на рисунке 5) устанавливался на имитаторе опорного кольца (стойка с гашением вибраций ОК) на расстоянии 10 м от фрагмента стены - имитатора контррефлектора (КР). Визирные цели (ВЦ) 1,2,3 размещались на моторизованных линейных подвижках (МП), перемещения которых имитировали изменение положения

При экспериментах снимались статические характеристики макета ОЭС по каждой секции поля анализа вида:

Объектив

Рисунок 4 - Макет многоматричной ОЭС

КР.

х, =

(1)

где х, — смещение изображения по площадке /-той матрицы, X, - смещение соответствующей визирной цели с номером г (в мм), / - 1...3. При этом каждая визирная цель 1,2 и 3 моторизованной подвижкой перемещалась в диапазоне 0 — 40 мм с шагом 5 мм. Две дополнительные неподвижные визирные цели (не показаны) использовались для исследования алгоритмов обработки видеопотоков с нескольких матриц.

Рисунок 5 - Полигон для экспериментальных исследований макета многоматричной ОЭС

Величина перемещений визирных целей измерялась лазерным трекером API Radian 80 (среднее квадратическое значение погрешности измерений 0,02 мм на 10 м), который использовал штатные отражатели (ОТ), расположенные на моторизованных подвижках. Контроль стабильности положения макета ОЭС также производился трекером по контрольному отражателю КО.

В результате экспериментов получены линейные статические характеристики макета ОЭС по всем трём матричным секциям поля анализа как эмпирические липии регрессии, являющиеся точечной оценкой искомых моделей вида (1) . На рисунке 5 изображена статическая характеристика для визирной цели 1 с указанием точек верхней и нижней доверительных границ.

Экспериментально полученное среднее квадратическое значение погрешности измерения положения визирной цели на дистанции 10 метров не превышает 0,02 мм. Следовательно, погрешность измерения смещений на практических дистанциях, определяемых размерами 03 или расстоянием до КР (соответственно 30м и 20м) не превысит допустимой величины в 0,05 мм.

|+б.173799е2

200

600

400

0

I -

40

О

10

20

30

Рисунок 6 - Статическая характеристика многоматричной ОЭС для визирной цели 1

Результаты экспериментов подтвердили адекватность реализованных математических, компьютерных и физических моделей многоматричной ОЭС, что определяет принципиальную возможность практической реализации необходимой точности измерений.

В четвертой главе рассмотрены пути повышения точности оптико-электронной системы контроля пространственного положения зеркальной системы РТ.

Поскольку составляющие суммарной погрешности (отклонение фокусного расстояния от номинального, наклон/поворот камер, дисторсия объектива) имеют систематический характер — они могут быть скомпенсированы калибровкой параметров системы.

Каждая секция ОЭС представляет собой телевизионную камеру, поэтому ее можно представить моделью камеры-обскуры, в соответствии с которой камера описывается 11 параметрами: 6 внешними, характеризующими положение камеры в пространстве, 5 внутренними, описывающими основные характеристики объектива и фотоприемной матрицы и д параметрами, учитывающими дисторсию объектива оптической системы камеры.

Существующие методы калибровки предполагают наличие пересекающихся полей зрения камер и не могут использоваться для исследуемых многоматричных ОЭС. В диссертационной работе предложены два метода калибровки подобных систем.

Первый метод (Рисунок 7(а)) предполагает получение калибровочных

параметров камер с непересекающимися полями с использованием последовательностей синхронно полученных с них изображений.

Такие последовательности можно получить с помощью SAM-алгоритмов (Structure And Motion) при синхронном захвате изображений с камер.

Рисунок 7 (а) — На рисунке схематично изображена система из двух камер (черные точки)вразные моменты времени, указаны их угловые поля

Рисунок 7(6) — схематично изображена система из дв)'х камер. Точками обозначены характерные признаки окружаюгцей сцены

Метод работает в три этапа:

1. Калибровка внутренних параметров камер с использованием стандартных методик;

2. Получение последовательности кадров и их обработка с помощью БАМ-алгоритмов, в результате которой вычисляется ориентация каждой камеры для каждого кадра с точностью до масштабного коэффициента;

3. Калибровка ОЭС - вычисляется масштабный коэффициент каждой системы, определяется взаимное расположение камер в системе.

Метод основана на том, что переход от глобальной системы координат к локальной системе координат каждой ведомой камеры (выбирается заранее) г во время к может быть получен двумя альтернативными путями. Преобразованием к локальной системе координат мастер-камеры во время к с использованием неизвестной матрицы подобия А7'„ чтобы получить локальную систему отсчёта ведомой камеры / во время к или же сначала перейти в систему отсчёта камеры А7; и после воспользоваться евклидовым преобразованием Т,к.

Т0кА'/',-Д7', 7'/ (2)

В результате получим уравнение (2), описывающее соотношение между двумя координатными системами в классической задаче калибровки «рука-глаз» в робототехнике, где мастер-камера определяет систему отсчёта сенсора,

а ведомая — систему координат руки-манипулятора.

Искомые калибровочные параметры, определяющие взаимное расположение камер определяются как решения уравнений 2 .

Второй метод (Рисунок 7(б))основан на использовании стандартных алгоритмов компьютерного зрения, модифицированных для работы с многосекционными ОЭС.

Последовательность калибровки по второму методу.

1. Система закрепляется на высокоточной угловой подвижке;

2 Подвижка совершает поворот на небольшой угол (запрограммированный заранее) - после остановки происходит синхронный захват кадров со всех камер, процедура повторяется до возвращения в начальную точку.

3. Последовательность кадров с каждой камеры обрабатывается алгоритмом MonoSLAM (Simultaneous Localization And Mapping), в результате для каждой камеры строится собственная трехмерная карта окружающей сцены с точностью до масштабного коэффициента, затем используется метод SURF (Speeded Up Robust Features) для нахождения уникальных признаков изображений.

4. По определённому порогу определяется соответствие между полученными SURF-признаками отдельных трёхмерных карт окружающей сцены.

5. Производится поиск соответствий между наборами полученных карт с помощью RANSAC-апгоритма (RANdom SAmple Consensus);

6. Полученная на предыдущем этапе начальная карта используется в качестве отправной точки для нахождения внешних калибровочных параметров при помощи алгоритмов нелинейной оптимизации.

Моделирование методов калибровки ОЭС показало, что для первого метода остаточная калибровочная погрешность составила 30 угл. мин, что определяется ошибками вычислений по SAM алгоритму при расположении осей камер в широком угловом поле.

Второй алгоритм показал достаточную точность калибровки, в частности, среднеквадратическое значение погрешности репроецирования составило не более 1 пиксела, что соответствует остаточной угловой погрешности расположения осей камер в 5 угл. мин. Относительным недостатком второго метода являются повышенные требования к стабильности внешних условий.

Заключение

Основные результаты диссертационного исследования.

1. Анализ современных средств контроля пространственного положения элементов зеркальных частей радиотелескопов показал, что требуемая точность контроля может быть достигнута при использовании оптико-электронных измерительных систем, использующих метод обратной засечки.

2. Предложены принципы построения и структура оптико-электронной системы контроля пространственного положения контррефлектора РТ с единым объективом и секционным многоматричным полем анализа, при реализа-

ции которой в широком угловом иоле увеличивается точность измерения.

3. Исследование составляющих погрешности измерения ОЭС на разработанных компьютерных моделях выявило наиболее значимые первичные погрешности элементов измерительной цепи, что позволило выработать рекомендации по повышению точности измерения.

4. Описаны методы определения параметров пространственной конфигурации фотоприёмных матричных структур, совместно функционирующих в составе оптико-электронной системы с единым объективом и секционным многоматричным полем анализа при непересекающихся угловых полях измерительных каналов, применение которых позволяет уменьшить систематическую составляющую погрешности измерения посредством калибровки измерительной системы.

5. Получены принципы построения компьютерной модели оптико-электронной системы с единым объективом и секционным многоматричным полем анализа; с помощью созданной модели проанализировано влияние основных составляющих погрешности оптико-электронной системы и сформированы требования к параметрам звеньев измерительной цепи при проектировании системы.

6. Спроектирован и реализован макет оптико-электронной системы с единым объективом и секционным многоматричным полем анализа для контроля пространственного положения контррефлектора РТ, экспериментальные исследования которого подтвердили возможность практической реализации измерительной системы с требуемыми параметрами.

7. Предложены два методы калибровки, позволяющие уменьшить часть систематических погрешностей системы. Выявлено, что первый метод калибровки имеет высокую остаточную погрешность, второй метод, напротив, показывает удовлетворительные результаты, но при этом имеет высокие требования к окружающей сцене.

Содержание и результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

- из перечня, рекомендованного ВАК

1. Жуков Д.В., Усик A.A. Адаптивный многопроходный алгоритм определения координат изображений точечных излучателей// Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. / Главный редактор д.т.н., проф. В.Н. Васильев. - СПб: СПбГУ ИТМО, №4 (38), 2007. - С. 151-154. -0,25 п.л./0,13 п.л.

2. Жуков Д.В., Усик A.A. Аналитический обзор способов определения координат изображений точечных источников// Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. / Главный редактор д.т.н., проф. В Н. Васильев. - СПб: СПбГУ ИТМО, №9 (43), 2007. - С. 212-216. - 0,31 п.л./0,16 п.л.

3. Жуков Д.В., Усик А А. Алгоритм определения координат изображений точечных источников в движущейся стереоскопической системе на примере оптико-электронной системы контроля положения реперных точек// Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. / Главный редактор д.т.н., проф. В О. Никифоров. - СПб: СПбГУ ИТМО, №4 (49), 2008. - С. 207-212. -0,37 п.л./0,12 п.л.

4. Жуков Д.В., Коняхин И.А., Усик A.A. Итерационный алгоритм определения координат изображений точечных излучателей// Оптический журнал, том.76, №1, 2009. - С. 43-45. -0,25 п.л./0,07 п.л.

5. Igor Konvakhim Alexandr Timofeev: Alexandr Usik and Dmitrv Zhukov. The experimental research of the systems for measuring the angle rotations and line shifts of the large aperture radio-telescope components// Proc. SPIE 7544, Sixth International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation, - Hangzhou, 2010. - P. 394-401(75443P). - 0,37 п.л./0,09 пл.

6. Михеев C.B., Усик A.A.. Кулешова E.H. Многоканальная оптико-электронная система контроля деформаций сооружений// Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. / Главный редактор д.т.н., проф. В О. Никифоров. - СПб: СПбГУ ИТМО, № 4 (74), 2011. - С. 159-160. -0,12 п.л./0,04 п.л.

7. Igor A. Konyakhin, Alexandr N. Timofeev, Alexandr A. Usik and Dmitry V. Zhukov. Optic-electronic systems for measuring the angle deformations and line shifts of the reflecting elements at the rotatable radio-telescope// Proc. SPIE 8082, Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VII, -Munich, 2011. - P. 1-7(80823R). - 0,37 п.л./0,09 п.л.

8. Коняхнн И.А., Усик A.A. Исследование многоматричной оптико-электронной системы контроля элементов радиотелескопа РТ-70 «СУФФА»// Оптический журнал, том.80, №12,2013. - С. 70-73. - 0,25 п.л./0,20 п.л.

- патенты и авторские свидетельства

9. Измерение координат изображения радиоисточника, смоделированного на матрице радиотелескопа. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012613940 Авторы: Коняхин И.А., Копылова Т.В., Усик A.A.. Кулешова E.H. (RU) (заявка № 2012611952 от 20.03.2012). дата регистр. 27 апреля 2012 г.

материалы конференций и сборники

10. Гиммельман В.Г.Коняхин И.А., Михеев C.B., Усик A.A. Повышение точности наведения зеркальной системы комплекса П-2500 при контроле положения контррефлектора оптико-электронными системами позиционирования// Материалы III Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космнческого приборостроения и информационных технологий» 1-3 июня 2010 года - М: ОАО «Российские космические системы», 2010. - С. 79 - 0,06 п.л./0,02 п.л

11. Коротаев ВВ., Анисимов А.Г., Горбачев A.B., Краснящих A.B., Пантюшин A.B., Тимофеев А.Н., Алев A.B., Усик A.A.. Жуков Д.В., Серикова М.Г. Оптико-электронная система контроля положения оси// Инновационные разработки СПбГУ ИТМО /Под ред. д.т.н., проф. В.Н.Васильева-СПб: СПбГУ ИТМО, 2010-С. 59-61 - 0,19 п.л./0,01 пл.

12. Усик A.A. Аналитический обзор обоснований предельной точности субпиксельного определения координат визирных целей в системах машинного зрения// Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, Выпуск 2. Труды молодых ученых / Главный редактор д.т.н., проф. В О. Никифоров. - СПб: НИУ ИТМО, 2011—С. 136-137. - 0,12 п л.

13. Коняхин И. А., Аргеменко ЮН, Тимофеев А. Н., Усик A.A.. Жуков Д.В. Развитие оптико-электронных систем измерения деформаций элементов конструкций радиотелескоп миллиметрового диапазона РТ-70// Радиотелескопы, аппаратура и методы радиоастрономии (ВРК-2011). Тезисы докладов СПб.: ИПА РАН, 2011- С. 58-59. - 0,12 п.л./0,02 п.л

14. Коняхин И. А., Гиммельман В.Г., Тимофеев А. Н., Усик А. А., Жуков Д.В. Повышение точности наведения зеркальной системы радиотелескопа РТ-70 при контроле деформаций элементов конструкции опорно-поворотного устройства оптико-электронными измерительными системами// Радиотелескопы, аппаратура и методы радиоастрономии (ВРК-2011). Тезисы

докладов СПб.: ИПАРАН, 2011.-С. 76-77.-0,12 п.л./0,02 п.л

15. Коняхин И. А., Артеменко ЮН., Тимофеев А. П., Усик А.А.. Жуков Д.В. Развитие оптико-электронных систем измерения деформаций элементов конструкции радиотелескопа миллиметрового диапазона РТ-70 (Суффа)// РАН Вып.24. - СПб.: Наука, 2012. - С. 122-127. -0,37 п.л./0,07 п.л

16. Усик А.А.. Коняхин И.А. Метод калибровки массива камер с непересекающимися полями зрегаи для систем компьютерного зрения// Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, Выпуск 2. Труды молодых ученых / Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. -СПб: НИУ ИТМО, 2012. - С. 109. - 0,06 п.л./0,05 п.л

17. Konyakhin I.A., Usik А.А.. Molev F.V., Li Renpu. Optic-electronic autocollimator for deformations inspection of the axle at the millimeter wave range radiotelescope//Proc. Seminar on Optoelectronics "Optoelectronic Information Systems and Laser Technologies'VSixteen International Conference "Laser Optics 2014" Санкт-Петербург: КТИНП РАН (Сибирское отделение), 2014 - С. 44-47 - 0,25 П.Л./0.08 п.л.

Подписано к печати 23.10.2014 Формат 60х84/16.Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем: 1,5 п.л. Тираж: 100 экз. Заказ №. 51-68 Отпечатано в типографии ООО «Р-Копи» 190000, Россия,Санкт-Петербург,пер. Гривцова, д. 6, лит. Б