Evaluation of the Influence of Technological Variation of Parameters of Optical Sensor Elements on the Choice of Optimal Filter Cutoff Frequencies in Systems Based on Light Screens
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2021-1-27-32Keywords:
light screen, optical sensor, signal-to-noise ratio, pulse arrival time, band-pass IIR filterAbstract
In measurement systems based on light screens, the signals of optical sensors are significantly distorted. This complicates the task of detecting useful pulses and increases the system error.
The paper examines the possibility of using the same cutoff frequencies of a software-implemented bandpass filter for all sensors of a measuring system based on light screens. To do this, statistical modeling is performed on a mixture of real noise and a reference pulse generated for each type of cartridge separately. Reference pulse is the real pulse of the sensor received at the time of the shot and smoothed using a median filter.
Analysis of the data obtained in the simulation showed that for different sensors, the minimum errors are observed in different operating areas determined by the bandpass filter cutoff frequencies. The results obtained allow us to state that the technological variation of the parameters of the structural elements of the optical sensor can have a significant impact on the parameters of the optimal working section of the necessary bandpass filter. This means that, if possible, it is necessary to strive to create optical sensors with as close characteristics as possible.
If this is not possible, then with high requirements for the accuracy of the measuring system, it is advisable to search for the optimal cutoff frequencies for each sensor of the system separately for each type of cartridge. In other cases, it is possible to use a single working area for different sensors and types of cartridges. In this case, the choice of optimal cutoff frequencies should be carried out based on the worst case (the cartridge corresponding to the pulse with the smallest amplitude).
References
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.
