Разработка методов повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения

Козлов, Всеволод Витальевич

Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Разработка методов повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения

кандидата технических наук: Козлов, Всеволод Витальевич
город: Санкт-Петербург
год: 2012
специальность ВАК РФ: 05.12.04

Диссертация по радиотехнике и связи на тему «Разработка методов повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения»

Автореферат диссертации по теме "Разработка методов повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения"

На правах рукописи

КОЗЛОВ ВСЕВОЛОД ВИТАЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Специальность 05.12.04 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 НОЯ 2012

Санкт-Петербург 2012

005055380

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Цыцулин Александр Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бачевский Сергей Викторович Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. М. А. Бонч-Бруевича, ректор

кандидат технических наук Сущев Геннадий Алексеевич Научно-проектный центр оптоэлектронных комплексов наблюдения (филиал ФГУП ^ «Центральный научно-исследовательский институт «Комета»), ведущий научный сотрудник

Ведущая организация:

ОАО «Центральный научно-исследовательский институт «Электрон»

Защита состоится « диссертационного совета

_ 2012 г. на заседании

Д 212.238.03 Санкт-Петербургского электротехнического университета

государственного электротехнически! и «ЛЭТИ»

им. В. И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан «О/ » /^_2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н, профессор С. А. Баруздин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена решению части крупной научно-технической проблемы повышения помехоустойчивости и информационного согласования с сюжетом видеоинформационных систем реального времени, состоящей в решении задач разработки методов повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения. При этом рассматривается широкий класс помех - ошибки пространственно-временной дискретизации изображений, фоновые и шумовые помехи, а повышение помехоустойчивости характеризуется уменьшением дисперсий ошибок измерения параметров наблюдаемых объектов. В диссертации делается акцент на адаптацию параметров разложения изображения в условиях априорной неопределённости о фоно-целевой обстановке и изменяющейся в процессе наблюдения дальности до объектов, в роли которых в первую очередь выступают космические аппараты (КА).

Актуальность темы. Задача повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения актуальна при построении систем контроля сближения и стыковки с кооперируемыми КА, в том числе с Международной космической станцией (МКС), а также систем контроля автономного движения и ориентации КА. Целевой аспект данной диссертации определяется Федеральной космической программой России на 2006-2015 гг. (с изменениями от марта 2011 г.), предусматривающей большие бюджетные вложения во все отрасли космонавтики, в том числе в системы пилотируемой космонавтики, конкретно нацеливая разработчиков космической техники на «создание научно-технического задела и отработку ключевых элементов перспективных средств реализации пилотируемых программ». Эти средства включают телевизионное оборудование для наблюдения внутри космических кораблей и вне их, передачу телевизионных сигналов между космическими аппаратами, с них на Землю и с Земли на них. Технический и технологический аспекты решаемой задачи повышения помехоустойчивости космических телевизионных систем находятся в русле общей проблемы развития оптико-электронных и телевизионных систем, предусматриваемого программой «Национальная технологическая база» на период 2013-2016 годы.

Рассматриваемый класс измерительных телевизионных систем реального времени предназначен для обеспечения контроля ориентации, сближения и стыковки КА и решает задачу формирования оценок параметров наблюдаемых объектов (в первую очередь — КА) с малыми задержками, позволяющими минимизировать время принятия решений и реализации управления КА. Эти операции, согласно выдвинутому С. П. Королёвым принципу итерационного сближения КА, реализуются в интерактивном режиме с помощью телевизионных, оптических и оптико-электронных средств, широко освещенных в литературе (П. Ф. Брацлавец, И. А. Росселевич, Л. И. Хромов, А. Н. Изнар, А. В. Павлов, Б. Ф. Фёдоров,

Я. М. Ивандиков, С. Д. Сильвестров, В. В. Васильев, Г. П. Катыс, Ю. С. Сагдуллаев, С. В. Бачевский).

Основой для повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения, является их адаптация. Ключевым моментом для их создания была концепция малокадрового телевидения С. И. Катаева, в результате применения которой в космической технике (П. Ф. Брацлавец, И. А. Росселевич, Л. И. Хромов, Ю. К. Ходарев, Ю. Б.Зубарев, А. С. Селиванов, Г. А. Аванесов) часто космическое телевидение и малокадровое телевидение считаются синонимами. Вместе с тем смысловым ядром малокадрового телевидения является не медленность передачи, а адаптация параметров разложения к свойствам сюжета. В связи с развитием твердотельного телевидения адаптация параметров телевизионных систем стала реальностью. Вооружённое теорией адаптивных радиотехнических систем (Р. Л. Стратонович, В. Г. Репин, Г. П. Тартаковский, В. И. Тихонов, Б. Р. Левин), твердотельное телевидение, во многом технологически и методологически сливаясь с компьютерной техникой, освоило широкий ряд адаптивных методов приёма оптических сигналов и передачи изображений по каналам связи (Л. И. Хромов, Н. В. Лебедев, А. Н. Куликов, А. А. Умбиталиев, А. К. Цыцулин).

Данная работа является применением и развитием этих результатов.

Предмет исследования. Рассматриваемый класс систем реального времени на матричных фотоприёмниках включает активные и пассивные системы, работающие как в автоматическом, так и в интерактивном режиме. Помехоустойчивость ниже рассматривается с учётом концепций счёта фотонов А. Роуза и потенциальной помехоустойчивости В. А. Котельникова, ведущих к определению помехоустойчивости, ограничиваемой совокупным влиянием фотонного шума и шума считывания изображения с твердотельной матрицы. Трудность достижения предельной помехоустойчивости связана с широким диапазоном изменения параметров фоно-целевой обстановки, включающих изменение в широких пределах как от сеанса к сеансу, так и в пределах одного сеанса, условий освещения и дальности до наблюдаемых объектов.

Анализ состояния отечественных и зарубежных разработок измерительных систем космического телевидения показывает, что в пассивных и активных системах используются различные способы адаптации, и в большинстве случаев используется два основных типа. Первый тип, использованный в самой первой космической аппаратуре «Енисей» при передаче изображения обратной стороны Луны -использование нескольких объективов с различными фокусными расстояниями. Второй тип, широко используемый как в космосе, так и во всех наземных системах — регулировка времени накопления в твердотельном фотоприёмнике при постоянной кадровой частоте и постоянной чёткости. Таким образом, измерительные системы космического телевидения должны быть адаптивными к ряду параметров наблюдаемых объектов.

Целью диссертационной работы является решение задачи повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения, работающих в реальном времени, путём оптимизации режимов их работы.

Для решения охарактеризованной задачи необходимо проанализировать особенности наблюдаемых сюжетов и разработать методы повышения помехоустойчивости, учитывающие специфику преобразования сигналов в матричных фотоприёмниках. Такие методы должны явиться следствием решения задач:

1. Повышения помехоустойчивости телевизионных систем контроля сближения КА путём оптимального согласования параметров накопления и считывания изображения с дальностью до наблюдаемых объектов.

2. Повышения помехоустойчивости контроля стыковки КА с помощью системы пассивных и активных реперов.

3. Повышения помехоустойчивости совмещения изображений подстилающей поверхности и линии горизонта.

4. Тестирования (оценки помехоустойчивости) измерительных систем космического телевидения путём согласования параметров телекамер и кодеров изображений с возможным диапазоном изменения масштаба изображения объекта.

Основные методы исследования. На пути решения поставленной задачи имеются трудности, разрешаемые различными методами, подразделяемыми на три группы: теоретические (методы теории обнаружения и оценивания, теории информации), компьютерного моделирования и экспериментальной оценки помехоустойчивости.

Научная новизна. Основным научным результатом является разработка метода адаптации параметров разложения телевизионной системы контроля сближения КА, являющегося развитием принципа итерационного сближения КА, сформулированного в 1962 г. С. П. Королёвым, и состоящего во взаимообмене кадровой частоты и чёткости по мере изменения дальности до объекта. Эта формализация включает новые формулы для оптимального числа пикселов и кадровой частоты, полученные для разных моделей сигнала: для случайного коррелированного по пространству и времени поля и для движущегося объекта на оцениваемой дальности, а также правило адаптации параметров разложения на основе равенства дисперсий межкадровых и межэлементных разностей.

Частные результаты:

• Метод формирования и размещения специальных реперов на кооперируемых КА для повышения помехоустойчивости обнаружения и измерения параметров ориентации кооперируемых КА.

• Метод комплексирования системы наблюдения поверхности Земли с датчиком горизонта, позволяющий повысить точность привязки наблюдаемого изображения к подспутниковой точке благодаря исключению ошибок юстировки этих подсистем и неточностей их временной синхронизации.

• Метод предполётного тестирования и регулирования измерительных систем космического телевидения в части параметров накопления и обработки сигналов в телекамерах и кодерах сжатия видеоинформации.

Практическая значимость полученных результатов определяется выигрышами, достигнутыми в помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения при использовании разработанных методов, в том числе:

1. Разработан метод адаптации параметров разложения к дальности до КА путём взаимообмена чёткости и кадровой частоты изображения, позволяющий на порядок расширить диапазон дальностей, в которых ошибка измерения промаха не превышает допустимого значения.

2. Разработан метод создания системы пассивных и активных реперов, позволяющий в 2...4 раза повысить точность измерения параметров дальности и ориентации КА.

4. Разработаны методики тестирования телекамер контроля стыковки КА и кодеров сжатия изображений для передачи цифрового телевизионного сигнала по радиоканалам борт-борт и борт-Земля, обеспечивающие надёжное функционирование аппаратуры в широком диапазоне параметров фоно-целевой обстановки.

Положения, выносимые на защиту:

1. Для повышения помехоустойчивости измерения параметров КА следует использовать адаптацию телевизионной системы к этапам сближения в виде обмена высокой чёткости на большой дальности на высокую кадровую частоту при малой дальности на основе правила равенства дисперсий межкадровых и межэлементных разностей.

2. Для повышения помехоустойчивости измерения параметров КА следует использовать систему трёхмерных пассивных и активных реперов с переменными параметрами, зависящими от дальности.

3. Для устранения инструментальных ошибок пространственного и временного согласования телевизионной системы наблюдения Земли с датчиком горизонта следует применить их комплексирование в рамках единой оптической схемы с одним матричным фотоприёмником.

4. Для обеспечения контроля стыковки КА в широком диапазоне изменения фоно-целевой обстановки необходимо тестирование телекамер и кодеров сжатия телевизионного сигнала на основе предложенных компактных представительных выборок сюжетов.

Реализация результатов работы. Разработанные методы нашли применение в ряде ОКР:

• Разработка предложений по конструкции и технической реализации телевизионной системы перспективной пилотируемой транспортной системы (СЧ ОКР «Перспектива», ОАО «НИИТ»),

• Разработка технических предложений на создание телевизионной аппаратуры системы технического зрения для мониторинга и определения параметров относительного движения космических объектов» (СЧ ОКР «СТЗ-ТА», ОАО «НИИТ»),

• РКК «Энергия» (испытания телевизионных комплексов KJI-100-01M, KJT-100-19M кораблей «Союз» и «Прогресс»);

Апробация работы. Отдельные вопросы были обсуждены на конференциях:

• «Транспорт России: проблемы и перспективы» (2011, СПб, ИПТРАН).

• «Радиолокация, навигация, связь» (2012, СПб, ГУАП);

• «Оптико-электронные устройства распознавания образов, обработка изображений и символической информации» (2012, Курск КТУ).

• «Телевидение. Передача и обработка изображений» (2012, СПб, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»).

• СПб отделения НТО РЭС им. А. С. Попова (2012, СПб, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»),

Диссертация в целом обсуждена на научно-техническом семинаре в ОАО

«Научно-исследовательский институт телевидения» (ОАО «НИИТ»), Санкт-Петербург.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 научных работ, из них 7 статей в журналах из перечня ВАК и 9 докладов на научно-технических конференциях; получен 1 патент на полезную модель, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ, 2 заявки на выдачу патента.

Структура и объём. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список литературы, включающий 124 наименования. Основная часть работы изложена на 118 страницах. Общий объём работы 165 стр., включая 36 стр. рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, указана цель работы, определены задачи и методы исследования. Сформулированы научная новизна, практическая значимость работы, а также положения, выносимые на защиту.

Глава I посвящена анализу методов построения и состояния разработок систем космического телевидения. Отмечается потребность в телевизионных системах для космических исследований и для обеспечения ориентации КА, общесистемный взгляд на космическое телевидение, а также их методологическое и технологическое родство с другими невещательными измерительными системами. Характеризуется концепция адаптивных систем, возможности твердотельных систем по перестройке параметров и приложение концепции адаптации к видеоинформационным системам. Отмечается важная роль обработки изображений для оценки параметров

объектов и кодирования видеосигнала для передачи по радиоканалам типов борт-борт и борт-Земля. Задача повышения помехоустойчивости сформулирована как задача определения оптимальных параметров твердотельной телевизионной системы в условиях априорной неопределённости о параметрах наблюдаемого объекта. На основе проведенного анализа формулируются задачи исследования.

Глава II посвящена приложению принципов достижения потенциальной помехоустойчивости и принципа адаптации к измерительным космическим системам и обоснованию необходимости перехода от регулярной пространственно-временной дискретизации к адаптивной дискретизации в матричном фотоприёмнике. Рассмотрены два класса измерительных систем космического телевидения: контроля сближения и стыковки космических аппаратов и комплексирования систем наблюдения подстилающей поверхности и ориентации КА по линии горизонта.

Для первого класса систем показано, что для реализации принципа итерационного сближения КА необходима адаптация ряда параметров:

• фокусного расстояния объектива,

• числа элементов разложения фотоприёмника,

• времени кадра,

• алгоритма и коэффициента сжатия изображения в кодере.

Для определения алгоритмов адаптации параметров разложения изображения фотоприёмной матрицей на N2 пикселов при времени кадра Тк следует учесть ограничение скорости С < С0 считывания изображения, которая оценивается по полосе частот видеосигнала в соответствии с теоремой отсчётов В. А. Котельникова:

C = N2/2Tk. (1)

Критерий качества изображения может быть назначен в виде минимума ошибки измерения параметров изображения объекта и записан в виде:

£ = min при С = N1 /2Т < С . (2)

Требуемый минимум при заданном ограничении относит задачу (2) к изопериметрическим. Формализация взаимосвязи накопления по полю и по времени возможна при моделировании сигналов как случайными полями, так и неслучайными движущимися объектами с неизвестными пространственно-временными параметрами. Моделирование сигналов случайными полями в задаче контроля сближения КА является некоторым упрощением постановки задачи в смысле отказа от формализации зависимости изменения межкадровых и межэлементных приращений сигнала при изменении координат, масштаба и ориентации КА. Это не изменяет сути параметрического синтеза телевизионной системы, ведя лишь к некоторому терминологическому изменению: в этой постановке речь идёт не о статической или динамической ошибке определения координат КА, а о составляющих ошибки передачи сигнала по разным аргументам.

При моделировании изображений случайными процессами традиционно

считают известными (оцененными) автокорреляционные функции по полю Кх(х) = Ку(у) (изотропное изображение) и по времени К,{{). Дисперсии приращений сигнала на интервалах пиксела Д^ и кадра А\г составляют:

А^ = 2^(0)[1 - КДАхУКШ, = 2К, (0)[1 - К,(А,)/К,(0)]. (3) Приняв модель случайного сигнала с экспоненциальными автокорреляционными функциями К(х) = Кх(0)ехр(—и К(1) = ЛГ,(0)ехр(-|/|/т,) с интервалами корреляции по полю тх и по времени т, при не слишком больших интервалах дискретизации из формулы (3) можно найти дисперсию ошибки передачи, связанную с пространственно-временной дискретизацией: е = 2Д1с + од, = АКЩЫхх +2Аг,(0)А?/т,. (4)

Взяв производную от суммарной ошибки (4) по числу N пикселов в строке (линейный размер пиксела определяется линейным размером I фотоприёмной матрицы: Ах = //¿V) сЫсШ и приравняв её нулю, найдём оптимальные значения полного числа пикселов И2 и (с учётом (1)) времени кадра Тк:

ЛГ

ОПТ

Т 1

копт

* У

1 Кх(.0)т,

к,т

(5)

л /

Для использования полученных формул на практике необходим алгоритм формирования управляющих сигналов для управления пространственно-временной дискретизацией. Он формализуется подстановкой выражений для дисперсий ошибок дискретизации по полю и повремени из (4) в формулы (5), что даёт правило адаптации параметров разложения прикладных телевизионных систем:

Аи = Ал,- (6)

При моделировании телевизионных сигналов КА не случайными полями, а сигналами известной формы с параметрической неопределённостью о размерах, сдвиге и ориентации, так же используется критерий (2) с тем лишь терминологическим уточнением, что минимизируемая ошибка имеет две составляющие: статическую и динамическую.

Статическая ошибка при существенных ограничениях на пропускную способность канала связи связана в первую очередь с размером пиксела Ах = //¿V. Для независимых ошибок измерения координат объекта в вертикальном и горизонтальном направлениях дисперсия статической ошибки вдвое больше квадрата линейного размера пиксела:

ест = 212т2. (7)

Динамическая ошибка обратно пропорциональна дальности Ь до наблюдаемого КА и пропорциональна времени кадра Тк и модулю вектора скорости у наблюдаемого объекта. Совокупное влияние вклада радиальной и тангенциальной скорости движения наблюдаемого КА оценивается по площади разностного сигнала изображения КА в соседних кадрах. Дисперсия динамической ошибки составляет:

един =у2Т;/1/Ь2. (8)

Тем же методом подстановки компонент (7), (8) ошибок в критерий (2), взятия производной йе/йТ^ и приравнивания её нулю с учётом (1) определяются оптимальные параметры разложения для неслучайной модели сигнала:

ҐІЬЛ

V, , V

КОПТ , \ 1/

(2 С0у>

М2

ОПТ

2 С01Ь

7Г

(9)

Структура полученных для случайной и неслучайной модели сигнала формул (5) и (9) показывает их большое сходство, обусловленное единством критерия (2). Они показывают, что пространственная и временная дискретизация в оптимальной телевизионной системе взаимосвязаны и не могут определяться независимо. Эти формулы предписывают адаптацию параметров разложения к динамике сюжета и дальности до наблюдаемого КА. Они диктуют новый подход к синтезу телевизионной системы контроля сближения КА, отличающийся от ранее принятого, когда требования к разрешающей способности телекамеры по полю и по времени (чёткости и кадровой частоте) задавались компромиссно для всего сеанса наблюдения. Новый подход позволяет с помощью формул (5),(6) и (9) распространить на проектирование телекамер итерационный принцип контроля сближения КА, выдвинутый С. П. Королёвым. При этом может быть сделан акцент как на адаптации к этапам контроля сближения и стыковки КА, так и на адаптации к изменениям свойств наблюдаемого сюжета. В первом случае главным оцениваемым параметром становится дальность до КА, оцениваемая по его видимому размеру а при известном габарите А: Ь = А//а (рис.1).

Рис. 1 Оценивание дальности по видимым размерам КА

Во втором случае баланс статических и динамических ошибок в соответствии с правилом (6) оценивается по соотношению средних значений межэлементных и межкадровых разностей (рис. 2). В обоих случаях структурная схема адаптивной телевизионной системы содержит блок измерения параметров сигнала изображения.

Адаптивная телевизионная система (рис. 3) должна на разных этапах сближения КА, т. е. на разных дальностях, перестраивать чёткость и кадровую частоту телекамеры так, чтобы частота передачи пикселов в кодер

Рис. 2. Функциональная схема телекамеры, адаптивной к динамике сюжета и осуществляющей обмен чёткости на кадровую частоту по анализу соотношения межэлементной и межкадровой разности

Оптическая система

Матричный фотоприёмник

Кадровая

о я н сз О.

о о

к й

Опорна:

Синхрогенератор

Видеосигнал

Строб ]

Устройство обнаружения сигнала КА

Устройство

сжатия видеосигнала

частота

\/ С Телеметрм^^чі

Устройство измерения параметров сигнала КА

Передатчик

В канал связи

Рис. 3. Структурная схема адаптивной телевизионной системы

источника была по возможности постоянной и близкой к максимально возможному значению С0. По мере сближения КА по измеренному бортовым компьютером размеру наблюдаемого КА пикселы изображения группируются, сначала по 2x2, затем по 3x3 и, на последнем этапе, по 4Х4. Изменение кадровой частоты при этом будет различно для матричных ПЗС и для КМОП сенсоров.

Реализация итерационного принципа контроля сближением КА вносит свою специфику и в кодер сжатия изображений. В силу борьбы с динамическими ошибками измерения параметров целесообразно использование методов сокращения пространственной избыточности в пределах кадра. При этом применимость известных методов сжатия оценивается не с позиций точности восстановления изображений, а по критерию потери точности об измеряемых параметрах объекта. Для систем, в которых по декодированным изображениям требуется измерять параметры КА в процессе сближения более перспективным, хотя и требующим существенно больших вычислительных затрат, направлением являются методы, основанные на выделении нерегулярно расположенных опорных точек без перехода в спектральную область. При этом адаптация кодера к дальности до наблюдаемого КА состоит в изменении коэффициента сжатия, который имеет своё критическое значение для каждого масштаба изображения КА или специального репера (мишени).

Размещение на КА специальных пассивных и активных реперов является операцией фиксирования количества и конфигурации опорных точек на изображении. С целью повышения помехоустойчивости обнаружения и измерения координат опорных точек изображения предложен ряд конфигураций и определены параметры реперов (количество реперов, размеры реперов и их фрагментов), используемых для контроля сближения КА, а также методы подсветки этих реперов. Принцип итерационного сближения КА приводит к правилу: реперы должны иметь различные размеры и неравномерность расположения на наблюдаемом телевизионной системой КА. На дальней дистанции должны использоваться реперы, максимально разнесённые на КА, в ближней зоне реперы должны быть расположены вблизи стыковочного узла КА

Для второго класса измерительных систем космического телевидения рассмотрена задача объединения информации от телекамер наблюдения подстилающей поверхности и устройств ориентации КА по линии горизонта. Показано, что полное исключение инструментальных (угловых и временных) ошибок при привязке результатов наблюдения целевой телевизионной системой к подспутниковой точке возможно путём построения коаксиальной оптической схемы. Её особенностью является использование узкоугольного объектива для наблюдения Земли в надир и насадку из двух встречно направленных сферических выпуклых зеркал для наблюдения горизонта Земли, которые имеют отверстия для формирования изображения в узком поле зрения в той же фокальной плоскости, что и для широкоугольного

кольцевого поля зрения (рис. 4.) На фотоприёмной матрице узкое поле зрения отображается круговым полем с диаметром Оь кольцевое поле

Рис. 4. Оптическая схема с коаксиально расположенными широкоугольной и узкоугольной оптическими системами и одним матричным фотоприемником

наблюдения пригоризонтной зоны - кольцом с внутренним диаметром и внешним диаметром Изображение линии горизонта должно проходить по середине этой кольцевой зоны, т. е. иметь диаметр £>г, равный полусумме диаметров В| и £)2. Между узким и широким полями зрения в схеме рис. 4, так же как и между статической и динамической ошибками в задаче (4) оптимизации параметров разложения, существует «конкуренция в борьбе за площадь» фотоприёмной матрицы: чем больше площадь каждого из этих секторов, тем больше априорный интервал изменения параметров, и тем больше количество информации в данном секторе. Для этой схемы изопериметрическая задача обусловлена ограничением общей площади фотоприёмной матрицы, а оптимизация основана на достижении максимума общей информации. Количество информации о смещении подспутниковой точки зависит от размеров априорного интервала и ошибки ес измерения координат подспутниковой точки:

1(х,хс)=иоё{°2~0'У ■ 1(ус,ус) = Цоё(Е>*~°'У ; (10)

£с

Количество информации о координатах объекта также зависит от размеров априорного интервала и ошибки е0 измерения координат объекта:

(П)

В общем случае наличия дополнительных параметров объектов (напр., размеров), не зависящих друг от друга, а также при обнаружении и измерении параметров нескольких объектов, количество целевой информации увеличивается пропорционально числу т измеряемых параметров. Для нахождения максимума суммы информаций (10) и (11), взяв производную этой суммы по переменной 0\ и приравняв её нулю, получаем оптимальное значение Оь т. е. оптимальное распределение площади фотоприёмной матрицы между центральным и периферийным полями зрения:

В частном случае измерения координат и размеров одного объекта в узком поле зрения (т = 2) получаем оценку оптимального распределения площади матрицы: опт = УзЛ2, Ог=5/6В2.

Глава III посвящена вопросам тестирования измерительных систем космического телевидения. Разработана методика тестирования телекамер измерительных систем космического телевидения, позволяющая на основе компактной представительной выборки фоно-целевых ситуаций сформировать алгоритмы работы телекамер в режиме пересветки. Показано, что компактная представительная выборка фоно-целевых ситуаций при тестировании телекамер включает наблюдение на нескольких дистанциях мишени (освещённой либо Солнцем, либо рассеянным светом при затенении элементами МКС, либо фарой) на фоне МКС (освещённой либо Солнцем, либо фарой), а также МКС на фоне космоса и Земли с вариантами облачного покрова. Обоснованы 4 режима работы при пересветках, отличающиеся параметрами строба управления работой АРВН и АРУ и параметрами гамма-корректора телекамеры.

Разработана методика объективной оценки эффективности алгоритмов кодирования изображений, основанная на компактной представительной выборке сюжетов, сформированной с учётом широкополосности и предложенной меры нестационарности.

Глава IV посвящена моделированию работы различных узлов измерительных систем космического телевидения, а также характеристике практических работ, в которых нашли использование результаты работы.

Реализуемость адаптивной телевизионной системы с обменом чёткости и кадровой частоты по измерениям статических и динамических ошибок измерения координат объектов подтверждена экспериментами на макетах телекамер на основе ПЗС и КМОП матриц.

Эксперимент с использованием матрицы ПЗС показал, что при наличии запаса в быстродействии считывающего регистра при изменении размеров

(12)

групп от 1x1 до 4x4 и дискретном изменении кадровой частоты отношение сигнала к шуму считывания (с учётом возрастающего шума темнового сигнала) может поддерживаться примерно на постоянном уровне (рис. 5).

Использование серийных КМОП матриц позволяет реализовать два вида взаимообмена кадровой частоты на чёткость. В первом варианте при уменьшении числа опрашиваемых пикселов («прореживании») может быть получена существенно большая кадровая частота, чем при группировании пикселов. В макете телекамеры реализованы обе возможности перехода от одной чёткости к другой либо путём группирования пикселов (2x2 и 4Х4) либо прореживанием с пропуском одного пиксела и одной строки или трёх пикселов и трёх строк. Вариант с прореживанием может использоваться лишь при запасе по освещённости объекта. При этом характер зависимостей качества изображения, оцениваемого по среднеквадратической ошибке и разрешающей способности, не меняется. Ниже приводятся результаты эксперимента лишь для режима группирования сигнала пикселов.

Эксперимент с использованием КМОП матрицы и подвижных изображений испытательной таблицы и КА (рис. 6) показал, что динамическая ошибка, оцениваемая по дисперсии ДЛ, межкадровой разности, монотонно увеличивается при увеличении времени кадра и скорости движения, измерявшейся в пересчёте на фокальную плоскость объектива. Статическая ошибка, оцениваемая по дисперсии £>Лг межэлементной разности, монотонно убывает по мере увеличения чёткости прямо пропорционально числу эффективных пикселов матрицы. Полная ошибка (сумма дисперсий Оа, межкадровой разности и О^ межэлементной разности) показывает существование оптимального сочетания чёткости и кадровой частоты (рис. 7).

Обнаруженный максимум качества изображения отражает важный эффект влияния твердотельной технологии на изменение методов системного проектирования в прикладном телевидении.

Экспериментально подтверждена эффективность алгоритмов обнаружения, распознавания и измерения параметров изображений системы реперов для измерения параметров ориентации КА (рис. 8).

Экспериментально подтверждена эффективность использования в измерительных телевизионных системах методов кодирования изображений без перехода в спектральную область.

Моделирование подтвердило, что ошибки измерения промаха и параллакса имеют разные критические значения сжатия. При этом зависимость ошибки измерения параметров имеет более выраженный характер излома при достижении равенства энтропии сигнала и скорости передачи, чем при традиционной оценке качества по ошибке передачи формы сигнала изображения.

Экспериментально подтверждена полезность и реализуемость метода исключения инструментальных ошибок с помощью комплексирования в одной коаксиальной схеме телекамеры с одной фотоприёмной матрицей двух

О 0,3 1,25 5 ^ Мпикс

22 16 7 /ч, Гц

Рис. 7. Экспериментальная зависимость суммы дисперсий межэлементной разности Д^ и межкадровой разности Оа, от эффективного числа элементов фотоприёмной матрицы для различных скоростей объекта

Рис. 8. Пример обработки кадра изображения мишени с обнаружением и измерением координат опорных точек

концентрических полей зрения: узкого поля наблюдения подстилающей поверхности и кольцевого поля наблюдения горизонта Земли.

Разработанные методики тестирования телекамер нашли применение в ходе выполнения ОКР и проведения лётно-конструкторских испытаний телевизионной аппаратуры контроля сближения и стыковки пилотируемого транспортного корабля с российским сегментом МКС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В заключении обосновывается внутреннее единство решенных задач, отмечается личный вклад автора в их решение. Заключение содержит выводы по диссертации, содержащие конкретные количественные показатели эффективности разработанных методов, подтверждающие решение поставленных задач и служащие обоснованием положений, выносимых на защиту.

1. Разработан метод повышения помехоустойчивости телевизионных систем контроля стыковки ЬСА путём адаптации параметров разложения изображения, позволяющий благодаря взаимообмену чёткости и кадровой частоты на основе правила равенства дисперсий межкадровых и межэлементных разностей на порядок расширить диапазон дальностей, в которых ошибка измерения промаха не превышает допустимого значения.

2. Разработан метод повышения помехоустойчивости контроля стыковки КА с помощью системы пассивных и активных реперов, позволяющий в 2...4 раза повысить точность измерения параметров дальности и ориентации КА.

3. Разработан метод повышения помехоустойчивости совмещения изображений подстилающей поверхности и линии горизонта путём их проекции на один матричный фотоприёмник, позволяющий исключить инструментальные ошибки совмещения осей и несинхронности накопления, чем повысить точность привязки обнаруживаемых объектов к подспутниковой точке.

4. Разработаны методики:

• тестирования телекамер контроля стыковки КА с установкой конечного набора формализуемых фоно-целевых ситуаций, позволяющие обеспечить наблюдение в условиях от сумерек до 130000 лк вплоть до попадания изображения Солнца в поле зрения телекамеры,

• тестирования кодеров сжатия изображений для передачи цифрового телевизионного сигнала по радиоканалам борт-борт и борт-Земля, основанная на использовании компактной представительной выборки видеосюжетов.

5. Разработанные методы прошли экспериментальную проверку, используются про проектировании перспективных систем космического телевидения и прошли апробацию частично в ходе стыковки космических аппаратов, частично при лабораторных испытаниях, о чём имеются соответствующие акты внедрения.

Совокупность изложенных теоретических и экспериментальных результатов показывает, что поставленные задачи решены, а выдвинутые научные положения доказаны.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ В изданиях из Перечня ВАК

1. Козлов, В. В. Реализация принципа итерационного сближения в космическом телевидении [Текст] / В. В. Козлов // Информация и космос. 2012, №1, с. 103-106.

2. Козлов, В. В. Комбинированная телевизионная система наблюдения и ориентации [Текст] / В. В. Козлов // Информация и космос. 2012, №2, с. 20-24.

3. Козлов, В. В. Адаптация космической телевизионной системы к этапам наблюдения объектов [Текст] / А. А. Манцветов, И. А. Зубакин,

B. В. Козлов, Ш. С. Фахми, А. К. Цыцулин // Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2012, вып. 1, с. 29^-3.

4. Козлов, В. В. Помехоустойчивость телевизионно-компьютерных систем контроля сближения и стыковки космических аппаратов [Текст]/

C. А. Половко, В. Л. Вартанов, В. В. Козлов // Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2012, вып. 1, с. 44—57.

5. Козлов, В. В. Чувствительность цветных одноматричных телевизионных камер [Текст] / А. А. Манцветов, П. С. Баранов, В. В. Козлов // Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2012, вып. 1, с. 58-71.

6. Козлов, В. В. Методика тестирования видеокодеков с учётом меры нестационарности изображений [Текст] / И. А. Зубакин, В. В. Козлов, А. К. Цыцулин //Телекоммуникации, 2012, №8, с. 29-33.

7. Козлов, В. В. Методы управления накоплением видеоинформации в твердотельных фотоприёмниках [Текст] / А. А. Умбиталиев, А. К. Цыцулин, А. А. Манцветов, В. В. Козлов, А. Е. Рычажников, П. С. Баранов, А. В. Иванова // Оптический журнал, 2012, №11.

Прочие издания

8. Козлов, В. В. Методы и технологии построения систем искусственного зрения на транспорте [Текст] / Ш. С. Фахми, В. В. Козлов, А. В. Лабецкий // Всероссийская научно-практическая конференция «Транспорт России: проблемы и перспективы». СПб, 15-25 ноября 2011 г. ИПТ РАН, 2011, с.139-146.

9. Козлов, В. В. Итерационный телевизионный контроль сближения космических аппаратов [Текст] / И. А. Зубакин, В. В. Козлов, Ш. С. Фахми, А. К. Цыцулин // НТК «Радиолокация, навигация, связь» (РЛНС-2012), Воронеж, 17-19 апреля 2012 г. Воронеж, НПФ «САК ВОЕЕ», с.1657-1664

Ю.Козлов, В. В. Методы повышения помехоустойчивости телевизионной системы контроля сближения космических аппаратов [Текст]/ В. В. Козлов // НТК СПб отделения НТО РЭС 19-27 апреля 2012 г. СПб, ТЭТУ «ЛЭТИ», 2012, с. 198-199.

11. Козлов В. В. Адаптация параметров разложения изображения в прикладных телевизионных системах [Текст]/ А. К. Цыцулин, А. А. Умбиталиев, А. А. Манцветов, В. В. Козлов, А. Е. Рычажников //.

Международная научно-техническая конференция «Телевидение и обработка изображений», СПб, 30 июня 2012, с. 3-8.

12. Козлов, В. В. Сравнение алгоритмов сжатия изображений в измерительных системах [Текст] / Ш. С. Фахми, В. В. Козлов, А. В. Лабецкий // Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе, сборник материалов всероссийской научно-практической конференции, ч. 2. - Йошкар-Ола, Марийский государственный технический университет, 2012. -с. 172-177.

13. Козлов, В. В. Рекурсия и параллелизм в задачах распознавания и поиска опорных точек изображения [Текст] / Ш. С. Фахми, В. В. Козлов, А. В. Лабецкий // Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации, «Распознавание-2012»: сб. матер. X междунар. научн.-техн. конф., Юго-зап. гос. ун-т. Курск, 2012. -с. 154-156.

14. Козлов, В. В. Адаптация параметров разложения как метод повышения помехоустойчивости систем контроля сближения космических аппаратов. [Текст] / В. В. Козлов // НТК «Телевидение и обработка изображений». СПб, июнь 2012, с. 59-61.

15. Козлов, В. В. Алгоритм распознавания и измерения параметров изображений объектов [Текст] / В. В. Березин, Ш. С. Фахми, В. В. Козлов,

A. В. Лабецкий, А. К. Цыцулин // Международная научно-техническая конференция «Телевидение и обработка изображений», СПб, 30 июня 2012, с. 78-81.

16. Козлов, В. В. Особенности методов сжатия при решении задач измерения параметров объектов изображений [Текст] / В. В. Березин, Ш. С. Фахми, В. В. Козлов, А. В. Лабецкий, О. Г. Кокаев, А. К. Цыцулин // Международная научно-техническая конференция «Телевидение и обработка изображений», СПб, 30 июня 2012, с. 82-84.

17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программное обеспечение для определения параметров изображения стыковочного узла космических аппаратов» №2012616977, зарегистрировано 03.08.2012 //В. В. Козлов, А. В. Лабецкий, Ш. С. Фахми, А. К. Цыцулин.

18. Козлов В. В. Бортовая телевизионная система космического аппарата. Патент № 118822 на полезную модель. Опубл. 27.07.2012.//В. В. Козлов,

B. П. Шебанов, И. В. Козлова, М. В. Быкова.

19. Козлов В. В. Способ формирования изображения различных полей зрения и телевизионная система для его реализации//Козлов В. В., Ресовский В. А., Умбиталиев А. А. и др. Заявка на выдачу патента №2012112503 от 30.03.2012.

20. Козлов В. В. Устройство подсветки системы внешнего телевизионного обзора космического аппарата Заявка на выдачу патента № 2012108196 от 06.03.2012.

Подписано в печать 23.10.12. Формат 60*80 /16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 105.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Козлов, Всеволод Витальевич

Введение

Глава 1. Помехоустойчивость измерительных систем ^ космического телевидения

1.1. Методология построения измерительных систем | ^ космического телевидения

1.2. Пассивные телевизионные системы контроля сближения КА

1.3. Системы наблюдения и ориентации КА

1.4. Методы тестирования систем космического телевидения

1.5. Постановка задач

Глава 2. Методы повышения помехоустойчивости измерительных ^4 систем космического телевидения

2.1. Системы реперов для пассивных телевизионных систем 35 контроля стыковки КА

2.2. Метод адаптации телевизионных систем контроля, сближения ^ и стыковки КА

2.3. Комплексирование телевизионной системы наблюдения и у^ системы ориентации

2.4. Выводы по главе

Глава 3. Методы тестирования систем космического ^ 05 телевидения

3.1. Методика тестирования телекамер

3.2. Методика тестирования кодеков сжатия изображений

3.3. Выводы по главе

Глава 4. Апробация и внедрение разработанных методов

4.1. Моделирование алгоритмов обнаружения и распознавания системы реперов и измерения параметров ориентации КА

4.2. Моделирование работы адаптивной телевизионной системы с обменом чёткости и кадровой частоты

4.3. Моделирование работы телевизионной системы наблюдения и ориентации

4.4. Внедрение результатов работы в системы космического ^ телевидения

4.5. Выводы по главе 4 145 Заключение 146 Литература 155 Приложение:

Акты об использовании результатов

Введение 2012 год, диссертация по радиотехнике и связи, Козлов, Всеволод Витальевич

Актуальность темы. Задача повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения актуальна при построении систем контроля сближения и стыковки с кооперируемыми КА, в том числе с Международной космической станцией (МКС), а также систем контроля автономного движения и ориентации КА. Целевой аспект данной диссертации определяется Федеральной космической программой России на 2006-2015 гт. (с изменениями от марта 2011 г.), предусматривающей большие бюджетные вложения во все отрасли космонавтики, в том числе в системы пилотируемой космонавтики, конкретно нацеливая разработчиков космической техники на «создание научно-технического задела и отработку ключевых элементов перспективных средств реализации пилотируемых программ». Эти средства включают телевизионное оборудование для наблюдения внутри космических кораблей и вне их, передачу телевизионных сигналов между космическими аппаратами, с них на Землю и с Земли на них. Технический и технологический аспекты решаемой задачи повышения помехоустойчивости космических телевизионных систем находятся в русле общего развития оптико-электронных и телевизионных систем, предусматриваемого программой «Национальная технологическая база» на период 2013-2016 годы.

Рассматриваемый класс измерительных телевизионных систем реального времени предназначен для обеспечения контроля ориентации, сближения и стыковки КА и решает задачу формирования оценок параметров наблюдаемых объектов (в первую очередь - КА) с малыми задержками, позволяющими минимизировать время принятия решений и реализации управления КА. Эти операции, согласно выдвинутому С. П. Королёвым принципу итерационного сближения КА, реализуются в интерактивном режиме с помощью телевизионных, оптических и оптико-электронных средств, широко освещённых в литературе (П. Ф. Брацлавец, И. А. Росселевич, Л. И. Хромов, А. Н. Изнар, А. В. Павлов, Б. Ф. Фёдоров, Я. М. Ивандиков, С. Д. Сильвестров, В. В. Васильев, Г. П. Катыс, Ю. С. Сагдуллаев, С. В. Бачевский).

Основой для повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения является их адаптация. Ключевым моментом для их создания была концепция малокадрового телевидения С. И. Катаева, в результате применения которой в космической технике (П. Ф. Брацлавец, И. А. Росселевич, Л. И. Хромов, Ю. К. Ходарев, Ю. Б.Зубарев, А. С. Селиванов, Г. А. Аванесов) часто космическое телевидение и малокадровое телевидение считаются синонимами. Вместе с тем смысловым ядром малокадрового телевидения является не медленность передачи, а адаптация параметров разложения к свойствам сюжета. В связи с развитием твердотельного телевидения адаптация параметров телевизионных систем стала реальностью. Вооружённое теорией адаптивных радиотехнических систем (Р. Л. Стратонович, В. Г. Репин, Г. П. Тартаковский, В. И. Тихонов, Б. Р. Левин), твердотельное телевидение, во многом технологически и методологически сливаясь с компьютерной техникой, освоило широкий ряд адаптивных методов приёма оптических сигналов и передачи изображений по каналам связи (Л. И. Хромов, Н. В. Лебедев, А. Н. Куликов, А. А. Умбиталиев, А. К. Цыцулин).

Данная работа является применением и развитием этих результатов.

Предмет исследования. Рассматриваемый класс систем реального времени на матричных фотоприёмниках включает активные и пассивные системы, работающие как в автоматическом, так и в интерактивном режиме. Помехоустойчивость рассматривается с учётом концепции счёта фотонов А. Роуза и потенциальной помехоустойчивости В. А. Котельникова, ведущими к определению помехоустойчивости, ограничиваемой совокупным влиянием фотонного шума и шума считывания изображения с твердотельной матрицы. Трудность достижения предельной помехоустойчивости связана с широким диапазоном изменения параметров фоно-целевой обстановки, включающих изменение в широких пределах как от сеанса к сеансу, так и в пределах одного сеанса, условий освещения и дальности до наблюдаемых объектов.

Анализ состояния отечественных и зарубежных разработок измерительных систем космического телевидения показывает, что в пассивных и активных системах используются различные способы адаптации, и в большинстве случаев используется три основных типа. Первый тип, использованный в самой первой космической аппаратуре «Енисей» при передаче изображения обратной стороны Луны -характеризуется использованием нескольких объективов с различными фокусными расстояниями. Второй тип, широко используемый как в космосе, так и во всех наземных системах - регулировка времени накопления в твердотельном фотоприёмнике при постоянной кадровой частоте и постоянной чёткости. Третий тип, используемый в системах активной оптической локации, - регулировка параметров (длительность, частота, энергия) зондирующих импульсов по мере изменения дальности до объекта. Таким образом, измерительные системы космического телевидения должны быть адаптивными к ряду параметров наблюдаемых объектов.

Целью диссертационной работы является решение задачи повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения, работающих в реальном времени, путем оптимизации режимов их работы.

2. Повышения помехоустойчивости контроля стыковки КА с помощью системы пассивных и активных реперов.

3. Повышения помехоустойчивости совмещения изображений подстилающей поверхности и линии горизонта.

4. Повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения путём согласования параметров телекамер с возможным диапазоном изменения условий освещения и параметров кодеков изображений с возможным диапазоном изменения масштаба изображения объекта и разработка методик тестирования телекамер и кодеков.

Научная новизна работы. Основным научным результатом является разработка метода адаптации параметров разложения телевизионной системы контроля сближения КА, являющегося развитием принципа итерационного сближения КА, сформулированного в 1962 г. С. П. Королёвым, и состоящего в формализованном обмене кадровой частоты и чёткости по мере изменения дальности до объекта. Эта формализация включает новые формулы, полученные для разных моделей сигнала: для случайного коррелированного по пространству и времени поля и для движущегося объекта на оцениваемой дальности.

Частные результаты:

2. Разработан метод создания системы пассивных и активных реперов, позволяющий в 2.4 раза повысить точность измерения параметров дальности и ориентации КА.

Реализация результатов работы. Разработанные методы нашли применение в ряде ОКР:

• РКК «Энергия» (испытания телевизионных комплексов KJI-100-01M, KJI-100-19M кораблей «Союз» и «Прогресс»);

Апробация работы. Отдельные вопросы были обсуждены на конференциях:

• «Транспорт России: проблемы и перспективы» (2011, СПб, ИПТ РАН).

• «Радиолокация, навигация, связь» (2012, СПб, ГУАП).

• «Телевидение. Передача и обработка изображений» (2012, СПб, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»).

• НТО РЭС им. А. С. Попова (2012, СПб, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»).

Диссертация в целом обсуждена на научно-технических семинарах ОАО

Научно-исследовательский институт телевидения» (ОАО «НИИТ», Санкт

Петербург) и кафедры телевидения и видеотехники им. С. И. Катаева Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ, Москва).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 7 статей в журналах из перечня ВАК и 9 докладов на научно-технических конференциях; один патент на полезную модель, одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ, поданы 2 заявки на изобретения.

Структура и объём. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список литературы, включающий 127 наименований. Основная часть работы изложена на 151 страницах. Общий объем работы 170 стр., включая 37 стр. рисунков.

Заключение диссертация на тему "Разработка методов повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения"

4.5. Выводы по главе 4

1. Экспериментально подтверждена эффективность адаптации телевизионной системы к дальности до наблюдаемого объекта путём взаимообмена чёткости и кадровой частоты, позволяющей достичь минимума суммы статических и динамических ошибок измерения параметров объектов.

2. Экспериментально подтверждена эффективность использования в измерительных телевизионных системах методов кодирования изображений без перехода в спектральную область.

3. Экспериментально подтверждена полезность и реализуемость метода исключения инструментальных ошибок с помощью комплексирования в одной коаксиальной схеме телекамеры с одной фотоприёмной матрицей двух концентрических полей зрения: узкого поля наблюдения подстилающей поверхности и кольцевого поля наблюдения горизонта Земли.

4. Разработанные методики тестирования телекамер нашли применение в ходе выполнения ОКР и проведения ЛКИ телевизионной аппаратуры контроля сближения и стыковки ПТК с РС МКС.

Заключение

Данная диссертация посвящена решению задачи повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения. К этим телевизионным системам предъявляются противоречивые требования достижения высокого быстродействия, предельной чувствительности и высокой точности оценки параметров наблюдаемых объектов. Важнейшим примером измерительных систем космического телевидения является система контроля процесса сближения КА, в которых по видеосигналам, переданным по каналам с ограниченной пропускной способностью, производится вычисление параметров с помощью относительно простых бортовых компьютеров. Особенностями таких систем является необходимость передачи телевизионных сигналов на кооперируемые КА и в ЦУП. При этом повышение помехоустойчивости измерительных систем понимается в первую очередь как уменьшение дисперсии ошибок измерения дальности и ориентации объектов, обеспечивающее увеличение количества информации об измеряемых параметрах.

Основным научным результатом, полученным в ходе решения поставленной задачи, является разработка метода адаптации параметров разложения телевизионной системы контроля сближения КА. Этот новый метод опирается на сформулированное правило необходимости обеспечения равенства межэлементных и межкадровых разностей и состоит в обмене кадровой частоты и чёткости по мере изменения дальности до объекта. Предложенный метод является развитием принципа итерационного сближения КА, сформулированного в 1962 г. С. П. Королёвым. Метод обмена кадровой частоты и чёткости относится к классу широко известных задач на поиск максимума показателя качества при некотором ограничении. В роли показателя качества здесь использована помехоустойчивость обнаружения объектов и измерения их координат, а в качестве ограничения -допустимая скорость считывания изображения с твердотельной фотоприёмной матрицы. Получены новые формулы для адаптации чёткости и кадровой частоты с их взаимообменом для двух моделей сигналов: случайного поля и сигнала объекта известной формы. Применение разработанного метода при создании новых телевизионно-компьютерных систем позволяет повысить их помехоустойчивость, что обеспечивает увеличение на порядок дальности действия телевизионной системы при допустимых значениях дисперсии ошибки измерения промаха (невязки; углов азимута, крена и тангажа). Дополнительные научные результаты состоят в разработке методов:

• Формирования специальных пассивных и активных реперов на кооперируемых КА для повышения помехоустойчивости обнаружения и измерения параметров ориентации кооперируемых КА;

• Комплексирования системы наблюдения поверхности Земли с датчиком горизонта, позволяющего повысить точность привязки наблюдаемого изображения к подспутниковой точке благодаря исключению ошибок юстировки этих подсистем и неточностей их временной синхронизации;

• Предполётного тестирования и регулирования измерительных систем космического телевидения в части параметров накопления и обработки сигналов в телекамерах и кодерах сжатия видеоинформации на основе компактной представительной выборки сюжетов.

Основные новые элементы подхода к проектированию измерительных систем космического телевидения, изложенного в диссертации, опираются на теорию решений (проверки гипотез и оценивания параметров) при ограниченной априорной информации в части согласования эффективного размера элемента разложения и времени накопления в твердотельном фотоприёмнике с сюжетом, а также на основные концепции теории информации. Основные новые положения, относящиеся к теории решений и теории информации, используют два их направления:

• Применение критерия минимума информационных потерь, включающих потерю полезной информации, скорость передачи по цифровой радиолинии и сложность кодера изображений, в решении задачи адаптации параметров разложения изображения в матричном фотоприёмнике к этапам сближения;

•Применение критерия минимума суммы динамических и статических (линейных и шумовых) ошибок измерения параметров сигналов в решении задач оптимизации параметров измерительных телевизионных систем.

Концепция оптимизации систем космического телевидения на основе теории информации и теории решений (П. Ф. Брацлавец, И. А. Росселевич, Л. И. Хромов, Ю. Б. Зубарев, А. С. Селиванов, Г. А. Аванесов, С. Б. Гуревич) даёт развёрнутое обоснование оптимального выбора параметров телевизионной системы. Оптимизация при этом осуществляется на основе априорной информации о фоно-целевой обстановке, информационных критериев качества и ограничений по скорости передачи информации. Важно, что измерительные невещательные (как правило, телевизионно-компьютерные) системы далеко не всегда, и то лишь косвенно, учитывают свойства зрения (являющиеся основой проектирования систем телевизионного вещания), и призваны обеспечивать видеоинформацией в реальном времени, а также результатами её компьютерной обработки, профессионалов, причём с прагматической целью принятия решений и реализации управления КА (А. Н. Изнар, А. В. Павлов, Б. Ф. Фёдоров, Я. М. Ивандиков, С. Д. Сильвестров, В. В. Васильев, Г. П. Катыс, Ю. С. Сагдуллаев, С. В. Бачевский). При этом оптимизация измерительной телевизионной системы понимается как определение наилучших параметров накопления видеоинформации по всем аргументам - времени, пространственным координатам и длине волны излучения.

Концепция адаптации радиотехнических систем к априорной неопределённости сигналов с целью повышения помехоустойчивости в статистической радиотехнике имеет глубокое обоснование и большое количество конструктивных результатов (Р. Л. Стратонович, В. Г. Репин, Г. П. Тартаковский, В. И. Тихонов, Б. Р. Левин). Эти результаты, полученные в широкой постановке задач, имеют приложение к конкретной задаче измерения параметров объектов, когда эти параметры монотонно изменяются во времени, в виде принципа слежения за изменяющимся информационным параметром (В. И. Тихонов, Б. Р. Левин, Ю. М. Казаринов). В приложении к невещательным телевизионным системам принцип слежения успешно применяется в задачах сопровождения объектов, регулировке чувствительности путём изменения диафрагмы объективов или времени накопления. Вместе с тем эта теория в силу непрерывных моделей сигналов и оптимальных устройств их обработки трудно применима к адаптации измерительных твердотельных телевизионных систем, в которых, например, чёткость может изменяться только дискретно, путём сложения сигналов нескольких соседних пикселов.

Переход к дискретному изменению параметров системы в процессе изменения результатов наблюдений был прекрасно сформулирован С. П. Королёвым в 1962 г. при разработке стратегии создания орбитальных станций. Этот переход был обусловлен тем, что многие системные параметры создания орбитальных станций могут изменяться только дискретно (переход от автоматического к ручному управлению КА, переход от радиолокационного измерения к оптическому и т. п.). Отсюда возникла идея приложения принципа итерационного сближения КА, выдвинутого С. П. Королёвым, к измерительным системам космического телевидения, в первую очередь системам контроля сближения и стыковки КА.

Развитие идеи итерационного контроля сближения КА и приложение её к телевизионным системам в первую очередь связано с законом взаимозаместимости облучённости и времени экспозиции, а также с линейностью свет-сигнальной характеристики твердотельных фотоприёмных матриц. Следствием этого является возможность взаимообмена площади накопления (площади эффективного пиксела) и времени накопления фотогенерированных электронов при поддержании постоянной чувствительности и скорости передачи видеоинформации. Важным элементом повышения помехоустойчивости при этом является возможность сложения сигналов соседних пикселов непосредственно в твердотельном фотоприёмнике до воздействия шумов считывания (JI. И. Хромов, Н. В. Лебедев, А. К. Цыцулин, А. Н. Куликов).

На пути повышения помехоустойчивости измерительных телевизионных систем в результате приложения этих теоретических результатов и технических возможностей автором предложен метод итерационного изменения параметров разложения, заключающийся в обмене высокой чёткости при низкой кадровой частоте на большой дальности на меньшую чёткость при высокой кадровой частоте на малой дальности. Автором по выбранному критерию минимума суммы статических и динамических ошибок оценивания координат объекта при ограничении скорости считывания сигнала изображения с фотоприёмника получены формулы для оптимальных значений времени кадра и числа элементов разложения. Этот результат является важной иллюстрацией влияния твердотельной технологии на осмысление системных вопросов в прикладном телевидении. Он показывает, что на смену старой парадигмы пассивного учёта ухудшения разрешающей способности при движении наблюдаемого объекта, господствовавшей в эпоху электронно-лучевого телевидения, пришла новая парадигма максимизации количества и качества видеоинформации.

Метод взаимообмена кадровой частоты и чёткости автором апробирован на примере макетов чёрно-белых ПЗС (совместно с А. А. Манцветовым) и КМОП матриц (совместно с А. Е. Рычажниковым), и показаны как его реализуемость, так и наличие максимума качества изображения, достигаемого при различных параметрах телевизионной системы, зависящих от динамики сюжета. Экспериментальная оценка эффективности методов обмена кадровой частоты и чёткости являются личным вкладом автора в решение поставленной задачи.

Эта же идея С. П. Королёва об итерационном контроле сближения КА стимулировала автора к разработке ряда дополнительных методов повышения помехоустойчивости измерительных телевизионных систем.

Во-первых, это разработанный метод синтеза оптимальных реперных сигналов (совместно С. А. Половко и В. JI. Вартановым). Развитие принципа итерационного наблюдения в приложении к системе реперов позволило автору сформулировать правило неравномерного расположения и площади пассивных реперов или мощности излучения активных реперов на наблюдаемом телевизионной системой кооперируемом КА.

Во-вторых, это разработка автором метода адаптации к этапам сближения КА параметров кодера изображения для передачи по цифровой радиолинии. При решении этой задачи предварительно (совместно с Ш. С. Фахми и И. А. Зубакиным) были проанализированы различные методы внутрикадрового кодирования изображений не с традиционных позиций ошибки передачи формы сигнала изображения, а с позиций точности измерения параметров ориентации объектов (азимута и параллакса трёхмерных реперов). Выбранные методы адаптируют пороги обнаружения и размеры кодируемых фрагментов изображения в зависимости от допустимой ошибки кодирования, которая тем меньше, чем больше дальность до КА. На больших дальностях требуемое сжатие достигается за счёт малой площади изображения КА на фотоприёмной матрице, на малых дальностях - за счёт уменьшения влияния чёткости изображения на точность измерения параметров ориентации.

Таким образом, реализация итерационного принципа контроля сближения космических аппаратов в ходе оптимизации привела к адаптации в телевизионной системе большого ряда параметров: фокусного расстояния объектива, числа эффективных пикселов фотоприёмника, частоты кадров, коэффициента сжатия и размеров обрабатываемых фрагментов изображения, длительности импульсов излучения реперов и активной подсветки.

К классу измерительных систем космического телевидения относятся также комбинированные системы наблюдения подстилающей поверхности и линии горизонта, используемые как на участках орбитального полёта КА, так и на участках спуска до входа в атмосферу Земли. Для них автором (совместно с А. А. Умбиталиевым, В. А. Ресовским и А. К. Цыцулиным) разработан метод уменьшения инструментальных ошибок из-за несоосности и несинхронности телекамер наблюдения поверхности Земли и датчика горизонта (построителя местной вертикали или подспутниковой точки). Принцип итерационного наблюдения в этих системах реализуется в ходе обмена чёткости и кадровой частоты при переходе от орбитального полёта к участку спуска КА. В связи с необходимостью формирования видеоинформации за весьма малые промежутки времени из-за скоростного смаза изображения Земли в этих системах весьма остро стоит вопрос чувствительности телекамеры. Поэтому для варианта использования одноматричной цветной телекамеры в этом приборе автором (совместно с А. А. Манцветовым) разработана методика оценки чувствительности.

Внутренне единство диссертационной работы обеспечивается общей технологией твердотельного телевидения и общей методологией. Так, в ходе обоснования оптимальных решений для параметров разложения изображения твердотельной фотоприёмной матрицей при контроле стыковки КА и распределения площади фотоприёмной матрицы между основным полем зрения и кольцевым полем наблюдения горизонта в комплексированной системе наблюдения и ориентации решены соответствующие задачи, относящиеся к одному классу изопериметрических задач.

Практическая нацеленность данной диссертации нашла отражение в разработке автором методов предполётной подготовки аппаратуры путём тестирования и выставления параметров телекамер и кодеров изображения. При этом в обоих случаях акцент сделан на широкий диапазон априорной неопределённости: параметры фоно-целевой обстановки в измерительных системах космического телевидения изменяются в очень широких пределах.

Разработка совокупности методов повышения помехоустойчивости систем космического телевидения в задачах определения ориентации КА явилась новой иллюстрацией важнейшей концепции итерационного наблюдения, введённой в космическую технику С. П. Королёвым. Осуществленное в данной диссертации развитие идеи итерационного наблюдения расширило сферу приложения и возможности известных в радиотехнике методов нерегулярной дискретизации, являвшейся основой адаптивного кодирования источника при согласовании его производительности с пропускной способностью канала связи и сложностью компьютера. Наиболее важными теоретическими результатами, изложенными в диссертации и дающими практический выигрыш в качественных характеристиках твердотельных измерительных систем космического телевидения, являются:

1. Разработан метод повышения помехоустойчивости телевизионных систем контроля стыковки КА путём адаптации параметров разложения изображения, позволяющий благодаря взаимообмену чёткости и кадровой частоты на основе правила равенства дисперсий межкадровых и межэлементных разностей на порядок расширить диапазон дальностей, в которых ошибка измерения промаха не превышает допустимого значения.

2. Разработан метод повышения помехоустойчивости контроля стыковки КА с помощью системы пассивных и активных реперов, позволяющий в 2.4раза повысить точность измерения параметров дальности и ориентации КА.

4. Разработаны методики тестирования телекамер контроля стыковки

КА с установкой конечного набора формализуемых фоно-целевых ситуаций, позволяющая обеспечить наблюдение в условиях от сумерек до 135000 лк вплоть до попадания изображения Солнца в поле зрения телекамеры и тестирования кодеров сжатия изображений для передачи цифрового телевизионного сигнала по радиоканалам борт-борт и борт-Земля, основанная на использовании компактной представительной выборки видеосюжетов.

5. Разработанные методы прошли экспериментальную проверку, используются про проектировании перспективных систем космического телевидения и частично прошли апробацию в ходе стыковки космических аппаратов, о чём имеются соответствующие акты внедрения.

Проведенные теоретические исследования, расчеты, изобретения и эксперименты позволили разработать образцы измерительных систем космического телевидения и ряд технических предложений в составе эскизного проектирования перспективных телевизионных систем, в которых по сравнению с предыдущими поколениями телевизионной техники повышена помехоустойчивость. Разработанные методы нашли применение при разработке ОАО «НИИ телевидения» эксплуатируемых в настоящее время ОАО «РКК «Энергия» им. С. П. Королёва телекамер на матричных фотоприёмниках (изготовленных по технологии как ПЗС, так и КМОП) КЛ-153 и КЛ-154, и методик их тестирования, а также при разработке перспективной телевизионной системы, предназначенной для использования в составе системы контроля сближения и стыковки космических аппаратов, разрабатываемой по ТЗ ОАО «РКК «Энергия» им. С. П. Королёва в ЦНИИ РТК и ОАО «НИИ телевидения».

Изложенное показывает, что использование результатов диссертации повысило помехоустойчивость нескольких типов измерительных систем космического телевидения на матричных фотоприёмниках, о чём имеются акты внедрения из ряда организаций.

Таким образом, в диссертации осуществлено решение имеющей важное народно-хозяйственное значение поставленной задачи повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения.

155

Библиография Козлов, Всеволод Витальевич, диссертация по теме Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

1. Творческое наследие академика Сергея Павловича Королёва. Избранные труды и документы/Под ред. М. В. Келдыша. М., Наука, 1980. -592 с.

2. Черток Б. Е. Ракеты и люди (в 4 тт.) М., Машиностроение, 1999.

3. Космонавтика XXI века /Под ред. Б. Е. Чертока. М., РТСофт, 2011 — 864 с.

4. Принципы построения бортовых комплексов управления автоматических космических аппаратов/ Е. А. Микрин, Н. А. Суханов, В. Н. Платонов, И. В. Орловский, О. С. Котов, С. Г. Самсонов, В. Г. Беркут// Проблемы управления, 2004, № 3, 62-66.

5. Сыромятников В. С. 100 рассказов о стыковке и о других приключениях в космосе и на Земле. Часть 1: 20 лет назад. М.: Логос, 2003. 568 с.

6. Брацлавец П. Ф., Росселевич И. А., Хромов Л. И. Телевидение в освоении космоса/Научно-технический сборник «Телевидение», М., Связь, 1971.

7. Брацлавец П. Ф., Росселевич И. А., Хромов Л. И. Космическое телевидение. М.: Связь, 1973. 248 с. (1-е изд. 1967).

8. Ю. П. Сафронов, Ю. Г. Андрианов. Инфракрасная техника и космос. М., Сов. радио, 1978. 248 с.

9. Цыцулин А. К. Телевидение и космос. СПб, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.-228 с.

10. Ресовский В. А., Цыцулин А. К. Королёвское космическое телевидение. //Информация и космос, 2006, - №4, - С. 73-79.

11. Ресовский В. А., Цыцулин А. К., БерезинВ. В. Космос и малокадровое телевидение.//Информация и космос,- 2005, №2. - С. 86-93.

12. Селиванов А. С. Очерки истории и техники космического телевидения. М., ИД Медиа Паблишер, 2010. 192 с.

13. Балахонцев В. Г., Иванов В. А., Шабанов В. И. Сближение в космосе. М., Воениздат, 1973. 240 с.

14. Ермилов Ю. А., Иванов Е. Е., Пантюшин С. В. Управление сближением космических аппаратов. М., Наука, 1977. 448 с.

15. Моделирование систем полуавтоматического управления космических кораблей./Береговой Г. Т., Яковлев А. И., Василец В. М. и др.; Под ред. А. И. Яковлева. М., Машиностроение, 1986. - 280.

16. Сильвестров С. Д., Васильев В. В. Структура космических измерительных систем. М., Сов. Радио, 1979. 224 с.

17. Звездные координаторы систем ориентации космических аппаратов / Аванесов Г. А., Воронков С. В., Форш А. А., Куделин М. И. // Известия вузов. Приборостроение. 2003, Вып. 4. С. 66 69.

18. Лазарев А. И., Николаев А. Г., Хрунов Е. В. Оптические исследования в космосе. Л. Гидрометеоиздат. 1979. - 256 с.

19. Барсуков Ф. И., Величкин А. И., Сухарев А. Д. Телевизионные системы летательных аппаратов. М., Сов. радио, 1979, 256 с.

20. Ази С. Н., Бачевский С. В. Космическая стереофотометрическая телевизионная система в задачах сближения и стыковки космических аппаратов. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2009, вып. 1, с. 65-84.

21. Бачевский С. В. Точность определения дальности и ориентации объекта методом пропорций в матричных телевизионных системах. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2010, вып. 1, с. 57-66.

22. Сагдуллаев Ю. С., Абдуллаев Д. А., Смирнов А. И. Основы телевизионного контроля процесса сближения космических аппаратов. Ташкент: Фан, 1997, 127 с.

23. Тучин М. С., Захаров А. И., Прохоров М. Е. Определение геовертикали по наблюдениям лимба Земли. //Координатно-временныесистемы с использованием космических технологий. Сб. трудов семинара, Таруса 7-9 июня 2011 г. М., ИКИ РАН 2007. с. 100-110.

24. Телевизионная съёмка кометы Галлея /Г. А. Аванесов, Я. Л. Зиман, В. И. Тарнопольский и др. М.: Наука, 1989. 295 с.

25. Ивандиков Я. М. Оптико-электронные приборы для ориентации и навигации космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1971. 180 с.

26. Катыс Г. П. Восприятие и анализ оптической информации автоматической системой. М., Машиностроение, 1986. 416 с.

27. Изнар А.Н., Павлов A.B., Фёдоров Б.Ф. Оптико-электронные приборы космических аппаратов. М., Машиностроениёе, 1972. 368 с.

28. Космическая оптика: Тр. IX Междунар. конгр. Междунар. комиссии по оптике. М.: Машиностроение, 1980. 536 с.

29. Долинин Н. А. Оценка точности методов построения местной вертикали оптимальным сканирующим приёмником оптических сигналов. Космические исследования. 1980, т. 18, №3, с. 366 369.

30. Гуд Г. X., Макол Р. Э. Системотехника. Введение в проектирование больших систем // Пер. с англ. под. ред. Г. Н. Поварова. М.: Сов. радио, 1962, -383 с.

31. Гуткин Л. С. Оптимизация радиоэлектронных устройств. М.: Сов. радио, 1975.-366с.

32. Гуревич С. Б. Теория и расчёт невещательных систем телевидения. Л., Энергия, 1970.-236 с.

33. Телевизионная астрономия /А. Н. Абраменко, Е. С. Агапов, В. Ф. Анисимов и др. М.: Наука, 1984. 272 с.

34. Первачёв, C.B. Валуев A.A., Чиликин В.М. Статистическая динамика следящих систем. М. Сов. Радио, 1973. 488 с.

35. Казанцев Г. Д., Пустынский И. Н., Курячий М. И. Измерительное телевидение. М., Высшая школа, 1994. 288 с.

36. Горелик С. Л., Кац Б. М., Киврин В. И. Телевизионные измерительные системы. М.: Связь, 1980.

37. Кривошеев М. И. Основы телевизионных измерений. 3-е изд., доп. и перераб. М.: Радио и связь, 1989 608 с.

38. Антипин М. В. Интегральная оценка качества телевизионного изображения. Л.: Наука, 1970. - 154 с.

39. Стратонович Р.Л. Принципы адаптивного приёма. М., Сов.радио, 1973.- 144 с.

40. Репин В. Г., Тартаковский Г. П. Статистический синтез при априорной неопределённости и адаптация информационных систем. М., Сов. Радио, 1977.-432 с.

41. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга третья. М., Сов. Радио, 1976. 288 с.

42. Левин Б. Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления. М., Радио и связь, 1985. 312 с.

43. Тихонов В. И. Оптимальный приём сигналов. М., Радио и связь, 1983.-320 с.

44. Фрэнке Л. Теория сигналов. М., Мир, 1974. 344 с.

45. Вудворд Ф. М. Теория вероятностей и теория информации с применением в радиолокации. М.: Сов. Радио, 1955. 128 с.

46. Твердотельное телевидение /Л. И. Хромов, Н. В. Лебедев, А. К. Цыцулин, А. Н. Куликов. М.: Радио и связь, 1986. 184 с.

47. Хромов JI. И., Цыцулин А. К., Куликов А. Н. Видеоинформатика. М., Радио и связь, 1991. 186 с.

48. CMOS ImagersFrom Phototransduction to Image Processing/Edited by Orly Yadid-Pecht, Ralph Etienne-Cummings. Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, 2004.-241 p.

49. Цыцулин А. К. Построение ТВ систем для наблюдения подвижных изображений. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1988, вып.5, с. 3-11.54. www.evs.ru/publl.php?st=3

50. Оценка устойчивости фотоприемника на ПЗС к световым перегрузкам/Гридин А. С., Салин В. И., Сущев Г. А., Подгорский Е. Г., Ратников А. Н., Трофимов M. H.// Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1983, вып. 2, с. 28 32.

51. Цыцулин А. К., Фахми Ш. С., Зубакин И. А. Начальный этап проектирования кодера источника непрерывного сигнала. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2010, вып. 2, с. 17 34.

52. Morton (Z) Scan Based Real-Time Variable Resolution CMOS Image Sensor // E. Artyomov, Y. Rivenson, G. Levi, O. Yadid-Pecht / IEEE transactions on circuits and systems for video technology, V. 15, № 7, pp. 947 952.

53. Манцветов А. А., Михайлов В. А., Эйссенгардт Г. А. Характеристики матричных ФППЗ в режиме суммирования зарядовых пакетов. Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1990,- вып. 2,. с. 26-33.59. www.kodak.com60. www.e2v.com

54. Телевизионная система на сверхкрупноформатном ФППЗ с числом элементов 4Кх4К и рабочем полем 50x50 мм2/Минкин В. А., Карпов Е. К.,

55. Левко Г.В., Стерлядкин О. К. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 2011 с. 78-82.

56. Janesick, James R. Scientific charge-coupled devices. Bellingham, Washington, SPIE, 2001. 917 p.63. www.niitv.ru

57. Single-Sensor Imaging. Methods and Applications for Digital Cameras. Ed. by R. Lukac. Boca Raton, USA: CRC Press. 2009. 626 p.

58. УразоваС. Телевидение ультравысокой чёткости уже реальность/625. 2009, № 5. С. 44-48.66. http://www.itu.int/pub/R-REP-BT.2053.67. http://www.digitalcinema.ru

59. Манцветов А. А., Мягкая Н. П., Плохих Д. П., Чекунова И. С. Разрешающая способность цветных одноматричных телевизионных камер //Вопросы радио-электроники, сер. Техника телевидения, 2008, вып. 2. С. 38-49.69. http://www.foveon.com

60. Yan L., Pengwei Н., Zhouchen L. Color filter arrays: a design methodology// Queen Mary University of London. PR-08-03. May, 2008. 21 pp.71. http://www.sony.net.72. http://www.kodak.com .

61. EBU Document Tech. 3281Methods for the measurement of the characteristics of CCD cameras, October, 1995. (Geneva) Switzerland.74. http://www.e2v.com.

62. Вахромеева О. С., Манцветов А. А., Шиманская К. A. Характеристики чувствительности телевизионных камер на матричных приборах с зарядовой связью// Известия вузов России. Радиоэлектроника, 2004, вып. 4.-С. 25-35.

63. Hirakawa К., Wolfe P. Spatio-spectral color filter array design for optimal image//Transactions On Image Processing. V. 17. Iss. 10, October 2008. P. 18761890.

64. Пустынский И. H., Титов В. С., Ширабакина Т. А. Адаптивныефотоэлектрические преобразователи с микропроцессорами. М. Энергоатомиздат, 1990. 80 с.

65. Быков Р. Е., Манцветов А. А., Степанов Н. Н., Эйссенгардт Г. А. Преобразователи изображения на приборах с зарядовой связью. М.: Радио и связь, 1992.- 184 с.

66. Адаптивные методы обработки изображений/Под ред. В.И.Сифорова и Л.П.Ярославского. М., Наука, 1988. 248 с.

67. Радиотехнические системы/под ред. Ю. М. Казаринова. СПб, Академия, 2008. 592 с.

68. Новейшие методы обработки изображений/под ред. А. А. Потапова. М., Физматлит, 2008. 519 с.

69. Распознавание оптических изображений/Под ред. Ю.С.Сагдуллаева и В. С. Титова. Ташкент, ТЭИС, 2000. 315 с.

70. Корякин А. В., Лутов И. О. Распознавание космических объектов по разнородной видовой информации/ ВИКУ им. А. Ф. Можайского. СПб, 2000. 115 с.

71. Методы фильтрации сигналов в корреляционно-экстремальных системах / А. М. Бочкарев, М. П. Мусъяков; Под ред. В. К. Баклицкого. М.: Радио и связь, 1986. 216 с.

72. Fischler М. A., Bolles R. С. Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography. Communications ofthe ACM, June 1981, vol. 24(6), pp. 381-395.

73. Вартанов В. Л. Процедура сличения изображений объектов в системах видеонаблюдений // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Основной выпуск. Санкт-Петербург. Изд. Политехнического университета, №3(59), 2008. С. 37-41.

74. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений / Под ред. Ю. Б Зубарева и В. П. Дворковича. М.: Машиностроение, 1997. -212 с.

75. Воробьев В. И., Грибунин В. Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. СПб: ВУС, 1999. - 290 с.

76. Мартышевский Ю.В. Точность определения координат и скорости объекта телевизионной триангуляционной системой // Измерительная техника 1998, № 10. с. 11-15.

77. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. М., Мир, 1982, кн. 1 -312 е., кн. 2-480 с.

78. Цифровое кодирование телевизионных изображений. Под ред. И. И. Цуккермана. М.: Радио и связь, 1981.

79. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М., Техносфера, 2006 1072 с.

80. Цифровое преобразование изображений: Учебн. пособие для вузов/ Р. Е. Быков, Р. Фрайер, К. В. Иванов, А. А. Манцветов; Под ред. Р. Е. Быкова; Горячая линия Телеком. М., 2003. - 228 с.

81. Свириденко В.А. Анализ систем со сжатием данных. М., Связь, 1977. 184 с.

82. ФахмиШ. С., ЗубакинИ. А. Адаптивный алгоритм кодирования видеоинформации на основе трехмерного дискретного косинусного преобразования // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2010, вып. 1, с. 49-54.

83. Уэлстид С. Фракталы и вейвлеты для сжатия изображений в действии. М., 2003. С. 182-186.

84. Препарата Ф., Шеймос М. Вычислительная геометрия: Введение. М., Мир, 1989,-478с.

85. ФахмиШ. С. Развитие триангуляционного подхода для кодирования и декодирования нестационарных изображений // Вестник ТОГУ. 2010. № 3 (18). с. 81-90.

86. Скворцов А. В. Триангуляция Делоне и её применение. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. - 128 с.

87. Анатольев А. Ю., Федына А. М., Шабаков Е. И. Математическое моделирование сквозного тракта космической оптико-электронной системы наблюдения/ ВИКУ им. А.Ф. Можайского. СПб, 1999. 71 с.

88. Титков Б. В., ТыльтинаТ. Б. Вейвлет кодек для компрессии сигналов изображений с адаптивным квантизатором. Телевизионная техника и связь, спец. выпуск, поев. 50-летию НИИТ, 1995, с. 95 110.

89. Recommendation ITU-R ВТ.500-11. Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures.

90. Зубакин И. А., Фахми Ш. С., Цыцулин А. К. Оценка эффективности кодирования нестационарных изображений // Телевидение: передача и обработка изображений: Труды 7 междунар. конф., г. С.-Петерб., 29-30 июня 2009 г. СПб.: Технолит, 2009. - С. 19-22.

91. Вайнштейн Л. А., ЗубаковВ. Д. Выделение сигналов на фоне случайных помех. М.: Сов. Радио, 1960. - 448 с.

92. Миленький А. В. Классификация сигналов в условиях неопределенности. М.: Сов. радио, 1975. - 328 с.

93. Козлов В. В. Реализация принципа итерационного сближения в космическом телевидении. Информация и космос. 2012, №1, с. 103-106.

94. Адаптация космической телевизионной системы к этапам наблюдения объектов/ Зубакин И. А., Козлов В. В., Фахми Ш. С. и др. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2012, вып. 1, с. 29^13.

95. Зубакин И. А., Козлов В. В., Фахми Ш. С., Цыцулин А. К. Итерационный телевизионный контроль сближения космических аппаратов НТК «Радиолокация, навигация, связь» (РЛНС-2012), Воронеж, 17-19 апреля 2012 г. Воронеж, НПФ «САКВОЕЕ», с. 1657-1664.

96. Козлов В. В. Методы повышения помехоустойчивости телевизионной системы контроля сближения космических аппаратов. НТК СПб отделения НТО РЭС 19-27 апреля 2012 г. СПб, ТЭТУ «ЛЭТИ», 2012., с. 198-199.

97. Козлов В. В. Адаптация параметров разложения как метод повышения помехоустойчивости систем контроля сближения космических аппаратов. НТК «Телевидение и обработка изображений», СПб, июня 2012, с. 59-61.

98. Половко С. А., Вартанов В. Л., Козлов В. В. Помехоустойчивость телевизионно-компьютерных систем контроля сближения и стыковки космических аппаратов. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2012, вып. 1, с. 44-57.

99. Козлов В. В. Бортовая телевизионная система космического аппарата. Патент № 118822 на полезную модель. Опубл. 27.07.2012. // В. В. Козлов, В. П. Шебанов, И. В. Козлова, М. В. Быкова.

100. Козлов В. В. Устройство подсветки системы внешнего телевизионного обзора космического аппарата Заявка на выдачу патента № 2012108196 от 06.03.2012.

101. Манцветов А. А., Баранов П. С., Козлов В. В. Чувствительность цветных одноматричных телевизионных камер. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2012, вып. 1, с. 58-71.

102. Цыцулин А. К., Ресовский В. А., Козлов В. В. Комбинированная телевизионная система наблюдения и ориентации. Информация и космос. 2012, №2, с. 77-79.

103. Способ формирования изображения различных полей зрения и телевизионная система для его реализации// Умбиталиев А. А., Шипилов Н. Н. Козлов В. В., Ресовский В. А., Цыцулин А. К. Заявка на выдачу патента № 2012112503 от 30.03.2012.

104. Фахми Ш. С., Козлов В. В., Лабецкий А. В. Пространственно-рекурсивные алгоритмы сжатия изображений в задачах измерения и наблюдения. НТК НТО РЭС 19-20 апреля 2012 г. СПб, ГЭТУ «ЛЭТИ», 2012.

105. ЗубакинИ. А., Козлов, В. В. Цыцулин А. К. Методика тестирования видеокодеков с учетом меры нестационарности изображений. Телекоммуникации, 2012, №8, с. 29-33.

106. Березин В.В., Козлов В.В., Лабецкий A.B., Цыцулин А.К., Фахми Ш.С. Алгоритм распознавания и измерения параметров изображений объектов. Международная научно-техническая конференция «Телевидение и обработка изображений», СПб, 30 июня 2012, с. 78-81.

107. Методы управления накоплением видеоинформации в твердотельных фотоприёмниках / А. А. Умбиталиев, А. К. Цыцулин, А. А. Манцветов,

108. В. В. Козлов, А. Е. Рычажников, П. С. Баранов, А. В. Иванова // Оптический журнал, 2012, №11, с. 84-92.

109. РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ КОРПОРАЦИЯ141070 г. Королев

110. Председатель заместитель руководителя НТЦ Вишнеков В.Е. Члены комиссии:

111. ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ «РОСТЕХНОЛОГИИ»

112. Открытое акционерное общество «Научно-исслеловательский институт телевидения» (ОАО «НИИТ»)

113. Политехническая ул. д. 22, Санкт-Петербург. 194021тел. (812) 297-41-67, факс (812) 552-25-51: E-mail: niitv@niitv.ru. http://vvwvv.niitv.ruоб использовании резуль

114. Козлова Всеволода Витальевича1.• S I • «JSг i\- д. I.H. профессори А. А. Умбиталиев

115. УТВЕРЖДАЮ • Генеральный директорч ^ /

116. Разработка методов повышения помехоустойчивости измерительных систем космического телевидения», представленной на соискание учёной степени кандидата

117. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

118. УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора ЦНИИ РТК

119. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ РОБОТОТЕХНИКИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ'1. ЦНИИ РТК

120. Председатель комиссии С.А. Половко1. Члены комиссии1. П. К. Шубин1. O.A. Голубева

Похожие работы

Радиотехника и связь
05.12.00