Синтез оптимального цифрового фільтру компенсаційного радіометра для радіометричних кореляційно-екстремальних систем навігації безпілотних літальних апаратів

Автор(и)

  • Наталія Сергіївна Єрьоміна Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0002-0463-2342
  • Сергій Валерійович Петров Українська інженерно-педагогічна академія, Україна https://orcid.org/0000-0001-8933-9649
  • Максим Олександрович Волк Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0003-4229-9904
  • Олена Анатоліївна Дакі Дунайський інститут водного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0003-3932-462X
  • Володимир Миколайович Чередник Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-2165-5394
  • Ірина Анатоліївна Зінченко Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації імені Героїв Крут, Україна https://orcid.org/0000-0002-6516-9558
  • Ігор Вікторович Черних Національний університет оборони України імені Івана Черняховського, Україна https://orcid.org/0000-0002-5144-6921
  • Олексій Вікторович Алексеєнко Національний університет оборони України імені Івана Черняховського, Україна https://orcid.org/0000-0002-2707-0514
  • Сергій Анатолійович Микусь Національний університет оборони України імені Івана Черняховського, Україна https://orcid.org/0000-0002-7103-4166
  • Володимир Данилович Фурдик Національний університет оборони України імені Івана Черняховського, Україна https://orcid.org/0000-0001-8811-0711

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.230176

Ключові слова:

безпілотні літальні апарати, кореляційно-екстремальні системи навігації, цифровий фільтр, вагові коефіцієнти

Анотація

Показана доцільність застосування компенсаційного радіометра з періодичним абсолютним калібруванням в якості датчика первинної обробки інформації кореляційно-екстремальних систем навігації (КЕСН) безпілотних літальних апаратів (БПЛА). Це обумовлено можливістю одержання та використання оцінок флуктуацій коефіцієнта підсилення, отриманих на попередніх кадрах, що забезпечить підвищення чутливості радіометра. Крім того, за рахунок накопичення інформації буде забезпечене підвищення точності вимірювання елементів поточного зображення, що формується КЕСН.

Алгоритм обробки отриманих калібрувальних оцінок при лінійній обробці відповідає деякому цифрового фільтру (ЦФ). Шляхом визначення набору вагових коефіцієнтів цифрового фільтру  можна за рахунок зменшення флуктуацій коефіцієнта посилення забезпечити підвищення флуктуаційної чутливості компенсаційного радіометра. Для типових частотних та часових параметрів  компенсаційного радіометра КЕСН БПЛА  величина виграшу в чутливості може досягати до 1,8 разів.

Здійснено постановку задачі синтезу цифрового фільтру. Запропоновано рішення задачі синтезу оптимального цифрового фільтру, застосування якого в компенсаційному радіометрі забезпечить підвищення флуктуаційної чутливості. Це, в свою чергу, дасть можливість підвищити якість поточного зображення, що формується  системою при прив'язці з використанням поверхонь візування зі слабоконтрастними об'єктами з урахуванням флуктуацій радіояскравісної температури.

Встановлено, що виграш в чутливості при використанні оптимального цифрового фільтру зростає зі збільшенням періоду роботи радіометра і збільшенням порядку цифрового фільтра.

Підвищення флуктуаційної чутливості системи первинної обробки інформації КЕСН є важливим для здійснення місцевизначення БПЛА на ділянках місцевості з низьким контрастом

Біографії авторів

Наталія Сергіївна Єрьоміна, Харківський національний університет радіоелектроніки

Кандидатка технічних наук, старша викладачка

Кафедра електронних обчислювальних машин

Сергій Валерійович Петров, Українська інженерно-педагогічна академія

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра фізики, електротехніки і електроенергетики

Максим Олександрович Волк, Харківський національний університет радіоелектроніки

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електронних обчислювальних машин

Олена Анатоліївна Дакі, Дунайський інститут водного транспорту

Докторка технічних наук, доцентка

Кафедра судноводіння та експлуатації технічних систем на водному транспорті

Володимир Миколайович Чередник, Державний університет інфраструктури та технологій

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра суднових енергетичних установок, допоміжних механізмів та їх експлуатації

Ірина Анатоліївна Зінченко, Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації імені Героїв Крут

Молодша наукова співробітниця

Науковий центр захисту інформації 

Ігор Вікторович Черних, Національний університет оборони України імені Івана Черняховського

Кандидат військових наук, доцент, заступник начальника інституту

Олексій Вікторович Алексеєнко, Національний університет оборони України імені Івана Черняховського

Науково-методичний центр організації наукової та науково-технічної діяльності

Сергій Анатолійович Микусь, Національний університет оборони України імені Івана Черняховського

Доктор технічних наук, доцент, начальник кафедри

Кафедра застосування інформаційних технологій та інформаційної безпеки

Інститут забезпечення військ (сил) та інформаційних технологій

Володимир Данилович Фурдик, Національний університет оборони України імені Івана Черняховського

Кафедра тилового забезпечення

Посилання

  1. Sotnikov, O., Kartashov, V. G., Tymochko, O., Sergiyenko, O., Tyrsa, V., Mercorelli, P., Flores-Fuentes, W. (2019). Methods for Ensuring the Accuracy of Radiometric and Optoelectronic Navigation Systems of Flying Robots in a Developed Infrastructure. Machine Vision and Navigation, 537–577. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-22587-2_16
  2. Sotnikov, A., Tarshyn, V., Yeromina, N., Petrov, S., Antonenko, N. (2017). A method for localizing a reference object in a current image with several bright objects. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (87)), 68–74. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101920
  3. Fursov, V. A., Bibikov, S. A., Yakimov, P. Yu. (2013). Localization of objects contours with different scales in images using Hough transform. Computer Optics, 37 (4), 496–502. doi: https://doi.org/10.18287/0134-2452-2013-37-4-496-502
  4. Potapov, A. A. (2013). Fractal paradigm and fractal-scaling methods in fundamentally new dynamic fractal signal detectors. 2013 International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves. doi: https://doi.org/10.1109/msmw.2013.6622151
  5. Vasilyeva, I. K., Popov, A. V. (2017). Selection of recognition objects’ outer contours on multichannel images. Radioelektronni i kompiuterni systemy, 2 (82), 17–23.
  6. Gnilitskii, V. V., Insarov, V. V., Chernyavskii, A. S. (2010). Decision making algorithms in the problem of object selection in images of ground scenes. Journal of Computer and Systems Sciences International, 49 (6), 972–980. doi: https://doi.org/10.1134/s1064230710060158
  7. Mukhina, M. P., Seden, I. V. (2014). Analysis of modern correlation extreme navigation systems. Electronics and Control Systems, 1 (39). doi: https://doi.org/10.18372/1990-5548.39.7343
  8. Muñoz, X., Freixenet, J., Cufı́, X., Martı́, J. (2003). Strategies for image segmentation combining region and boundary information. Pattern Recognition Letters, 24 (1-3), 375–392. doi: https://doi.org/10.1016/s0167-8655(02)00262-3
  9. Acevo-Herrera, R., Aguasca, A., Bosch-Lluis, X., Camps, A., Martínez-Fernández, J., Sánchez-Martín, N., Pérez-Gutiérrez, C. (2010). Design and First Results of an UAV-Borne L-Band Radiometer for Multiple Monitoring Purposes. Remote Sensing, 2 (7), 1662–1679. doi: https://doi.org/10.3390/rs2071662
  10. Hruska, R., Mitchell, J., Anderson, M., Glenn, N. F. (2012). Radiometric and Geometric Analysis of Hyperspectral Imagery Acquired from an Unmanned Aerial Vehicle. Remote Sensing, 4 (9), 2736–2752. doi: https://doi.org/10.3390/rs4092736
  11. Tarshyn, V. A., Sotnikov, A. M., Sydorenko, R. G., Megelbey, V. V. (2015). Preparation of reference patterns for high-fidelity correlation-extreme navigation systems on basis of forming of paul fractal dimensions. Systems of Arms and Military Equipment, 2 (42), 142 144.
  12. Tarshyn, V. A., Sotnykov, A. M., Sydorenko, R. H. (2015). Preparation of reference patterns for high-fidelity cross-correlation-extreme systems of navigation on basis of the use direct cross-correlation analysis. Science and Technology of the Air Force of Ukraine, 2 (19), 69–73.
  13. Tarshyn, V. A., Sotnykov, A. M., Sydorenko, R. H. (2014). There are formation principles of complex images reference for precision correlation-extreme navigation systems. Information Processing Systems, 6 (122), 86–89.
  14. Fernandes, L. A. F., Oliveira, M. M. (2008). Real-time line detection through an improved Hough transform voting scheme. Pattern Recognition, 41 (1), 299–314. doi: https://doi.org/10.1016/j.patcog.2007.04.003
  15. Yeromina, N., Petrov, S., Tantsiura, A., Iasechko, M., Larin, V. (2018). Formation of reference images and decision function in radiometric correlation­extremal navigation systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (9 (94)), 27–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139723
  16. Minenko, D. E., Abdirasul, U. T., Ubaychin, A. V. (2018). Effektivnost' primeneniya mikrovolnovyh radiometrov razlichnyh tipov v sostave bortovyh issledovatel'skih sistem malogabaritnyh bespilotnyh letatel'nyh apparatov. Sbornik izbrannyh statey nauchnoy sessii TUSUR, 1-1, 35–40. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36415317
  17. Pavlykov, V. V. (2013). Improvement of primary radiometric images quality in scanning radiometers of compensation type. Information Processing Systems, 4 (111), 27–32.
  18. Zhila, S. S. (2014). Optimal'niy algoritm obrabotki signalov v SVCh radiometre s nestabil'nym koeffitsientom usileniya priemnika. Radiotehnika, 177, 77–85.
  19. Hersman, M. S., Poe, G. A. (1981). Sensitivity of the Total Power Radiometer with Periodic Absolute Calibration. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 29 (1), 32–40. doi: https://doi.org/10.1109/tmtt.1981.1130283
  20. Gol'denberg, L. M., Levchuk, YU. P., Polyak, M. N. (1974). Tsifrovye fil'try. Moscow: Svyaz', 160.
  21. Gol'denberg, L. I., Matyushkin, B. D., Polyak, M. N. (1985). Tsifrovaya obrabotka signalov. Moscow: Radio i svyaz', 312.
  22. Vereshkin, A. E., Katkovnik, V. Ya. (1973). Lineynye tsifrovye fil'try i metody ih realizatsii. Moscow: Sovetskoe radio, 152.
  23. Hurgin, Ya. I., Yakovlev, V. P. (1962). Metody teorii tselyh funktsiy v radiofizike, teorii svyazi i optike. Moscow: GIFML, 220.
  24. Gradshteyn, I. S., Ryzhik, I. M. (1962). Tablitsy integralov, summ, ryadov i proizvedeniy. Moscow: GIFML, 1100.
  25. Alekseev, V. M., Tihomirov, V. M., Fomin, S. V. (1979). Optimal'noe upravlenie. Moscow: Nauka, 432.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Єрьоміна, Н. С., Петров, С. В., Волк, М. О., Дакі, О. А., Чередник, В. М., Зінченко, І. А., Черних, І. В., Алексеєнко, О. В., Микусь, С. А., & Фурдик, В. Д. (2021). Синтез оптимального цифрового фільтру компенсаційного радіометра для радіометричних кореляційно-екстремальних систем навігації безпілотних літальних апаратів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(9 (110), 79–86. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.230176

Номер

Том 2 № 9 (110) (2021): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Наталія Сергіївна Єрьоміна, Сергій Валерійович Петров, Максим Олександрович Волк, Олена Анатоліївна Дакі, Володимир Миколайович Чередник, Ірина Анатоліївна Зінченко, Ігор Вікторович Черних, Олексій Вікторович Алексеєнко, Сергій Анатолійович Микусь, Володимир Данилович Фурдик

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.