Оценка влияния технологического разброса параметров элементов оптического дат-чика на выбор оптимальных частот среза фильтра в системах на основе световых экранов
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2021-1-27-32Ключевые слова:
световой экран, оптический датчик, соотношение сигнал/шум, момент времени прихода импульса, полосовой БИХ-фильтрАннотация
В измерительных системах на основе световых экранов сигналы оптических датчиков существенно искажены. Это усложняет задачу обнаружения полезных импульсов и увеличивает погрешность системы.
В статье исследуется возможность использования одних и тех же частот среза программно реализованного полосового фильтра для всех датчиков измерительной системы на основе световых экранов. Для этого проводится статистическое моделирование на смеси реального шума и эталонного импульса, создаваемого для каждого типа патрона по отдельности. Эталонный импульс – реальный импульс датчика, полученный в момент выстрела и сглаженный при помощи медианного фильтра.
Анализ полученных при моделировании данных показал, что для разных датчиков минимальные погрешности наблюдаются на различных рабочих участках, определяемых частотами среза полосового фильтра. Полученные результаты позволяют утверждать, что технологический разброс параметров конструктивных элементов оптического датчика может оказывать существенное влияние на параметры оптимального рабочего участка необходимого полосового фильтра. Это означает, что по возможности необходимо стремиться к созданию оптических датчиков с максимально близкими характеристиками. Если же добиться этого невозможно, то при высоких требованиях к точности измерительной системы целесообразно осуществлять поиск оптимальных частот среза для каждого датчика системы по отдельности, при этом индивидуально для каждого типа патронов. В других случаях возможно использование единого рабочего участка полосового фильтра для различных датчиков и типов патронов. При этом выбор оптимальных частот среза целесообразно осуществлять, исходя из наихудшего случая (патрона, соответствующего импульсу с самой малой амплитудой).
Исследование выполнено при финансовой поддержке ИжГТУ имени М. Т. Калашникова в рамках научного проекта № ВАЮ/20-78-23.
Библиографические ссылки
Афанасьев В. А., Лялин В. Е. Проектирование информационно-измерительных систем на основе световых мишеней для контроля изделий стрелково-го оружия по внешнебаллистическим параметрам : монография / Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2020. 364 с.
Афанасьева Н. Ю. Информационно-измерительная система на основе световых экранов для испытаний стрелкового оружия : дис. … канд. техн. наук. Ижевск, 2003.
Егоров С. Ф., Коробейников В. В., Казаков В. С. Информационно-измерительные системы оборонного назначения: стрелковые тренажеры и электронные мишени // Механика и физико-химия гетерогенных сред, наносистем и новых материалов : материалы научных исследований. Ижевск, 2015. С. 328–349.
Пат. 2213320 Российская Федерация, МПК F 41 J 5/02. Световая мишень / Афанасьева Н. Ю., Веркиенко Ю. В., Казаков В. С., Коробейников В. В.; заявитель и патентообладатель Институт прикладной механики УрО РАН № 2002116940/02 от 24.06.02.
Пат. 2279035 Российская Федерация, МПК7 F 42 B 35/00 G 01 P 3/68. Устройство для определения внешнебаллистических параметров метательного элемента с помощью световых экранов / Н. Ю. Афанасьева, В. А. Афанасьев, Ю. В. Веркиенко,
В. С. Казаков, В. В. Коробейников; заявитель и патентообладатель Институт прикладной механики УрО РАН № 2005100994/02 ; заявл. 18.01.05; опубл. 27.06.06.
Aphanasiev V. A., Vdovin A. U., Kornilov I. G. Weight functions of light shield and the signal at the input of optical sensor at the intersection of the bullets of light shield. JOURNAL OF MEASUREMENTS IN ENGINEERING. JUNE 2019, VOL. 7, ISSUE 2. Pр. 74-83. DOI 10.21595/jme.2019.20441.
Коробейникова И. В., Коробейников В. В., Казаков С. В. Оптимизация параметров световой мишени // Вестник ИжГТУ. 2011. № 2 (50). С. 135–137.
Афанасьев В. А. Совершенствование моделей и программно-аппаратных средств для контроля изделий по внешнебаллистическим параметрам : дис. … канд. техн. наук. Ижевск, 2013.
Вдовин А. Ю. Разработка системы на основе световых экранов для определения внешнебаллистических параметров : дис. … канд. техн. наук. Ижевск, 2010.
Афанасьев В. А., Казаков В. С., Коробейников В. В. Экспериментальное исследование эффективности использования взвешенных моментов времени в световой мишени // Интеллектуальные системы в производстве. 2010. № 2. С. 99–103.
Афанасьев В. А., Лялин В. Е. Проектирование информационно-измерительных систем на основе световых мишеней для контроля изделий стрелкового оружия по внешнебаллистическим параметрам : монография / Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2020. 364 с.
Вдовин А. Ю. Цифровая фильтрация в автоматизированных системах определения внешнебаллистических параметров // Информационные системы в промышленности и образовании : сборник трудов научно-технической конференции факультета «Информатика и вычислительная техника», посвященный 50-летию кафедры «Вычислительная техника» ИжГТУ (25 апреля 2009 г.). Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2009. С. 52–55.
Вдовин А. Ю., Саляхутдинов К. О. Использование фильтров Баттерворта для повышения точности автоматизированной системы определения внешнебаллистических параметров на основе световых экранов // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. трудов регион. науч.-техн. очно-заоч. конф. (г. Ижевск, 23 мая 2015 г.) / науч. ред. В. А. Куликов. Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2015. С. 184–187.
Красноперова Е. А., Вдовин А. Ю., Егоров С. Ф. Корреляционный анализ сигналов оптических датчиков системы на основе световых экранов // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании : сб. трудов Всерос. науч.-техн. конф. (г. Ижевск, 29 мая 2020 г.) / отв. ред. К. Ю. Петухов [Электронный ресурс]. Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2020. 12,4 МБ (PDF). С. 266–272.
Айфичер Э, Джервис Б. Цифровая обработка сигналов: практический подход. 2-е изд. / пер. с англ. М. : Вильямс, 2004. 992 с.
Голд Б., Рэйдер Ч. Цифровая обработка сигналов / пер. с англ., под ред. А. М. Трахтмана. М. : Сов. радио, 1973. 368 с.
Решение инженерных задач в среде Scilab / А. Б. Андриевский, Б. Р. Андриевский, А. А. Капитонов, А. Л. Фрадков. СПб. : НИУ ИТМО, 2013. 97 с.
Поиск, обнаружение и измерение параметров сигналов в радионавигационных системах / В. П. Ипатов, Ю. М. Казаринов, Ю. А. Коломенский и др. ; под ред. Ю. М. Казаринова. М. : Сов. радио, 1975. 296 с.
Якушенков Ю. Г. Основы теории и расчета оптико-электронных приборов. М. : Сов. радио, 1971. 336 с.
Френкс Л. Теория сигналов. Нью-Джерси, 1969 / пер. с англ., под ред. Д. Е. Вакмана. М. : Сов. радио, 1974. 344 с.
Тришенков М. А. Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов. М. : Радио и связь, 1992. 400 с.
Романова Е. М., Вдовин А. Ю. Создание моделей сигналов оптического датчика автоматизированной системы на основе световых экранов // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. трудов регион. науч.-техн. очно-заоч. конф. (г. Ижевск, 23 мая 2015 г.) / науч. ред. В. А. Куликов. Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2015. С. 277–281.
Поиск, обнаружение и измерение параметров сигналов в радионавигационных системах / В. П. Ипатов, Ю. М. Казаринов, Ю. А. Коломенский и др. ; под ред. Ю. М. Казаринова. М. : Сов. радио, 1975. 296 с.
Лезин Ю. С. Оптимальные фильтры и накопители сигналов. М. : Сов. радио, 1963. 320 с.
Афанасьев В. А., Казаков В. С., Коробейников В. В. Экспериментальное исследование влияния порога срабатывания в световой мишени // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. Вып. 1 (21). С. 116–119.
