Лабунец ЦИФРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕЛЕЙ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 220400 «Управление в технических системах» Москва Издательство МГТУ им. <...> Л12 Цифровое моделирование оптических отражательных характеристик целей в режиме реального времени : учеб. пособие / Л. В. Лабунец. <...> Рассмотрены статистические, структурные и алгебраические методы, методики и алгоритмы формирования цифровых моделей отражательных и излучательных характеристик 3D-объектов в системах оптической локации. <...> Комплекс гарантирует: • сжатие информации и компактное хранение в базе данных результатов имитационного цифрового моделирования для характеристик заметности объектов локации; • реконструкцию временнόго профиля импульсной эффективной площади рассеяния (ЭПР) цели и расчет ее структурных составляющих; • синтез тепловизионного изображения 3D-объекта с заданного ракурса по относительно небольшому набору его снимков; • статистическое моделирование отражательных характеристик целей; • возможность формирования признакового пространства, содержащего информацию об энергетических свойствах объекта локации, его размерах и форме. <...> Необходимость решения перечисленных выше задач возникает, как правило, в процессе проектирования поверочных комплексов полунатурного моделирования систем оптической локации, а также модулей поддержки принятия решений в лазерно-телевизионных системах различного назначения. <...> Приведены основные формулы расчета переходной характеристики (ПХ), а также ЭПР и интегрального коэффициента яркости (ИКЯ) объекта в импульсных системах лазерной локации. <...> Во второй главе учебного пособия изложены новые методы статистического анализа для характеристик заметности <...>
Цифровое_моделирование_оптических_отражательных_характеристик_целей_в_режиме_реального_времени._Гриф_УМО..pdf
УДК 621.376.3(075.8)
ББК 32.95
Л12
Рецензенты: А.С. Крюковский, И.И. Пахомов
Лабунец Л. В.
Л12
Цифровое моделирование оптических отражательных характеристик
целей в режиме реального времени : учеб. пособие
/ Л. В. Лабунец. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана,
2013. — 211, [1] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-3736-8
В пособии представлен программный комплекс цифрового моделирования
в режиме реального времени характеристик заметности
целей в лазерных и инфракрасных локационных системах. Рассмотрены
статистические, структурные и алгебраические методы, методики
и алгоритмы формирования цифровых моделей отражательных
и излучательных характеристик 3D-объектов в системах оптической
локации. На основе современных методов интеллектуального анализа
данных предложено решение важных практических задач сжатия
информации, полученной в результате имитационного цифрового
моделирования, а также формирования информативных признаков
для распознавания и классификации целей. Комплекс гарантирует
требуемую адекватность получаемых данных и позволяет заменить
дорогостоящие полигонные измерения универсальным и гибким вычислительным
экспериментом.
Для студентов старших курсов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки 220400 «Управление в
технических системах», а также для аспирантов и научных работников.
УДК
621.376.3(075.8)
ББК 32.95
ISBN 978-5-7038-3736-8
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................... 3
1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАМЕТНОСТИ 3D-ОБЪЕКТОВ
В СИСТЕМАХ ОПТИЧЕСКОЙ ЛОКАЦИИ ...................................... 7
1.1. ПЕРЕХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ИМПУЛЬСНАЯ
ЭФФЕКТИВНАЯ ПЛОЩАДЬ РАССЕЯНИЯ ЦЕЛИ
В ОДНОПОЗИЦИОННЫХ ЛАЗЕРНЫХ ЛОКАЦИОННЫХ
СИСТЕМАХ ............................................................................................... 8
1.2. ПЕРЕХОДНАЯ ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ЦЕЛИ В ДВУХПОЗИЦИОННЫХ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМАХ
НАВЕДЕНИЯ ........................................................................................... 17
1.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА ОТРАЖЕННЫХ
ИМПУЛЬСОВ .......................................................................................... 26
1.4. ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕЛИ В ПАССИВНЫХ
ИНФРАКРАСНЫХ ЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ................ 36
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И ВОПРОСЫ .......................................... 49
2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 3D-ОБЪЕКТОВ .......... 50
2.1. УНИФИЦИРОВАННАЯ СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
ХАРАКТЕРИСТИК ЗАМЕТНОСТИ ЦЕЛЕЙ В ЛОКАЦИОННЫХ
СИСТЕМАХ ................................................................................... 51
2.2. КОВАРИАЦИОННОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ МНОГОМЕРНОГО
ВЕРОЯТНОСТНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ............................................ 62
2.2.1. Кумулянтное описание вероятностного распределения ............. 62
2.2.2. Ковариационное приближение интегральной функции
распределения ................................................................................. 66
2.2.3. Смесь одномерных распределений с многомерным
гауссовским ядром ......................................................................... 70
2.2.4. Ковариационное приближение многомерного интеграла
вероятностей ................................................................................... 75
2.3. СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ОБОБЩЕННЫХ
АМПЛИТУДЫ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСНОЙ
ЭПР ЦЕЛИ ................................................................................................ 83
2.4. СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСНОГО ИКЯ ЦЕЛИ ..................................... 97
2.4.1. Выборочные статистики импульсного ИКЯ ................................ 97
210
Стр.210
2.4.2. Унифицированное распределение импульсного ИКЯ .............. 101
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И ВОПРОСЫ ........................................ 104
3. СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 3D-ОБЪЕКТОВ ........ 106
3.1. ДАЛЬНОСТНЫЙ ПОРТРЕТ ЦЕЛИ В ОДНОПОЗИЦИОННОЙ
ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ ......................................... 107
3.2. МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ
ПЕРЕХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ИМПУЛЬСНОЙ ЭПР
ЦЕЛИ ....................................................................................................... 112
3.3. РЕКОНСТРУКЦИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЭПР ЦЕЛИ В ОДНОПОЗИЦИОННОЙ
ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ ......... 121
3.3.1. Коррекция временного профиля импульсной ЭПР ................... 122
3.3.2. Структурные составляющие импульсной ЭПР ......................... 128
3.3.3. Полигауссовская модель разрывной составляющей
переходной характеристики цели ............................................... 133
3.4. АНАЛИЗ НЕПРЕРЫВНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПЕРЕХОДНОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕЛИ МОДИФИЦИРОВАННЫМ МЕТОДОМ
ГЛАВНЫХ КОМПОНЕНТ.......................................................... 139
3.4.1. Статистики непрерывной составляющей переходной
характеристики ............................................................................. 140
3.4.2. Метод главных компонент .......................................................... 144
3.4.3. Компромиссное решение ............................................................. 147
3.4.4. Численный эксперимент .............................................................. 149
3.5. ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ РАЗРЫВНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
ПЕРЕХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕЛИ ..................................... 157
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И ВОПРОСЫ ........................................ 162
4. АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 3D-ОБЪЕКТОВ ......... 164
4.1. СИНТЕЗ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЦЕЛИ
МЕТОДАМИ РЕКОНСТРУКТИВНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ
ТОМОГРАФИИ ...................................................................................... 164
4.2. АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ РЕКОНСТРУКЦИИ
ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 3D-ОБЪЕКТА ................................. 179
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И ВОПРОСЫ ........................................ 197
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Производные формирующего распределения............. 198
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Модифицированный EM-алгоритм .............................. 202
ЛИТЕРАТУРА .............................................................................................. 205
211
Стр.211