Устройство для непрерывного слежения за состоянием объектов

Устройство для непрерывного слежения за состоянием объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Ь

-: ° -,--. аФФ- и

Р;- н.,,f,. ! t.

Союз Советских

Социалистических

Республик ск (i >661575 - -ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 030377 (21) 2459099/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (53)М. Кл.2

С1 06 К 9/16

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК дб 2. 503. 53 (088 ° 8) Опубликовано 05.0579. бюллетень N917

Дата опубликования описания 05. 05.79 (72) Авторы изобретения

Н.Н. Кузнецов, В. П.Кузьмин, Б.В.Осыка, С.A.Ñàïîìíèêîâ и Б.С.Тимофеев

Специальное конструкторское технологическое бюро геофизического приборостроения физико-механического инстйтута АН Украинской CCP и Ленинградский институт авиационного приборостроения (71) Заявители. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО СЛЕЖЕНИЯ

3А СОСТОЯНИЕМ ОБЪЕКТОВ

Изобретение отноСится к системам для непрерывного слежения за. состоянием объектов (напрймер, мелкоструктурных). Кроме этого, возможно применение его в других областях техники, где необходимо преобразование информации с использованием передаю" щих фотоэлектрических преобразователей, например, передающей трубки типа суперортикон.

Задача слежения за объектами со многими параметрами требует применения сложных комплекс ных систем преобразования и передачи информации с привлечением большого числа высококвалифицированных операторов, несущих функции регулирования и управления процессом.

Несмотря на то, что при решении задач слежения за объектами возможности человека-оператора превышают возможности автоматических систем, при отработке информации в реальных условиях фактор утомляемости человека значительно снижает эффективность его работы. Концентрация внимания оператора явно снижается, начиная с 1 -й минуты наблюдения и достигает минимального уровня, примерно, на,45-й минуте, после чего

1 стабилизируется на этом низком уровне. Проблема улучшения качества исследований ставит требование повышения эффективности каждого цикла исследований, что может быть решено путем автоматического регулирования основных параметров систем в пределах их динамического диапазона работы.

В настоящее время такие проблемы решаются лишь путем частичной автоматизации отдельных параметров.

Известно устройство по установке оптимального тока луча передающей телевизионной трубки в зависимости от видеосигнала, содержащее передающую трубку, два усилителя, один из которых, имеет регулируемый коэффициент усиления, детектор, повторитель, источник строчных селектирующих импульсов, пиковый детектор и сумматор, с которого управлякщее напряжение подается на трубку и изменяет интенсивность луча (1) .

Недостаток устройства — узкий динамический диапазон входных сигналов,по которым возможна устойчивая его работа, а также значительная ошибка в установке величины тока пучка при

661575 быстром изменении содержания передаваемого объекта.

Из известных систем наиболее близ. кой по технической сущности явЛяется система, работающая по принципу максимизацйи высокочастотных составля-. ющих,включающая в себя последователь- 5 но соединенные телевизиойную камеру с ойтической головкой, анализатбр и блок отработки, выход которого соединен с первым входом телевизионной камеры, второй вход которой соединен с 10 первым выходом генератора пробных импульсов, второй выход которого подключен ко второму входу анализатора (21.

Данная система является одномерной системой экстремального регулирования, реализующей способ поиска экстремума методом градиента. Способ определения градиента заключается в том, что к медленно-меняющемуся регулируемому параметру добавляются пробные сигналы. Составляющие градиентов определяются методом синхронйого детектирования.

Недостатком известной системы является то, что она работает при большой амплитуде пробных импульсов, а это не только увеличивает величину статистической ошибки,но и приводит к поворотам растра (при введении пробных расфокусировок), что еще больше ухудшает визуальную четкость изоб- 30 ражения. Кроме того, в точке оптимума система совершает большие пе,реколебания, приводящие к увеличе- нию динамической ошибки. Так как известная система работает в узком динамическом диапазоне входных сигналов, она может потерять устойчи вост"ь при малоМ входном соотношении сигнал/шум, а также полностью расфокусировать изображение при несвоевременной подстройке оператором величины тока пучка °

Указанные недостатки приводят к . значительному уменьшению пропускной способности системы.

Цель предлагаемого изобретения . увеличение пропускной способности устройства.

Для этого в устройство для непрерывного слежения за состоянием объектов, сбдержащее последовательно сое- 50 диненнйе телевизионную камеру с оптической головкой и анализатор, блок отработки, выход которого соединен с управляющим входом телевизионной камеры и генератор пробных импульсов, -выход которого соединен со вторым входом анализатора, введен второй канал, содержащий анализатор, первый вхоф которого соединен с выходом телевизионной камеры, а второй вход со вторым выходом генератора пробных импульсов и блок отработки, первый вход которого соединен с третьим выходом генератора пробных импульсов, а выход подан на второй управляющий вход телевизионной камеры, второй и 65 третий выходы которой присоединены и соответствующим входам блока регулировки диафрагмы, выход которого соединен с третьим управляющим входом телевизионной камеры, кроме того, каждый из каналов содержит присоединенные последовательно к первому выходу соответствующего анализатора пороговое устройство, элемент

И и накопитель, второй вход которого соединен соответственно для каждого канала с третьим и четвертым выходами генератора пробных импульсов, причем в каждом канале второй выход анализатора соединен со вторым входом элемента И, при этом во втором канале выход накопителя соединен со входом блока отработки, а в первом канале введены последовательно соединенные генератор циклов и коммутатор, включенный между выходом . накопителя и четырьмя входами блока отработки, второй выход которого соединен с четвертым управляющим входом телевизионной камеры, кроме того, третий вход коммутатора соединен с четвертым выходом генератора пробных импульсов, пятый выход соединен с третьими входами накопителя первого канала и блока регулировки диафрагмы.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства, где изображены: телевизионная камера 1 с оптической головкой, первый анализатор 2, первый блок 3 отработки, генератор 4 пробных импульсов, второй анализатор 5, второй элемент И

6, второе пороговое устройство 7, второй накопитель 8, второй блок 9 отработки, первый элемент И 10, первое пороговое устройство 11, первый накопитель 12, коммутатор

13, генератор 14 циклов, блок 15 регулировки диафрагмы. устройство;"для непрерывного сле-. жения эа состоянием объектов включает два канала, первый из которых содержит последовательно соединенные первый анализатор 2, первый элемент И 10, первый накопитель 12 и коммутатор 13, четыре выхода которого соединены с четырьмя входами первого блока 3 отработки. Причем первый выход первого анализатора 2 через пороговое устройство 11 соединен с первым входом первого элемента

И 10, а второй вход первого анализатора 2 соединен с первым выходом генератора 4 пробных импульсов, четвертый выход которого соединен со. вторым входом первого накопителя 12 и третьим входом коммутатора 13, первый вход которого соединен с выходом генератора 14 цИклов, а пятый выход с третьим входом первого накопителя

12. Кроме того, два выхода блока 3 отработки соединены с первым и четвертым входами телевизионной камеры 1., второй канал, содержит последо5 6

>дачи преобразователя свет-сигнал на относительно"низких частотах, апертурной характеристикой преобразо вателя и коэффицйентом передачи ка= нала.

Поэтому Формула (1.1) не отражает в полной мере величину пропускной способности системы с применением передающей трубки, ввиду существенной неравномерности спектра сигнала, С учетом вышесказанного необходимо применить выражение

S Sq(k) я Ь (<) д2а1, (1» с гдебс(1 ) - спектральная плотность сигнала;

6„(1) - спектральная плотность шума

Однако, при построении системы авторегулирования измерение абсолютных значений пропускной способности передающей трубки не имеет смысла; важно лишь внести относительные суждения о том, при каком изменении соотношения и величин: параметров трубки пропускная способность увеличивается или уменьшается. Анализатор с помощью которого можно выделить электрический сигнал, характеризующий качество настройки трубки значительно упростится, если вместо реализа. ции выражения (l. 2) от него потребовать только измерение мощности ,сигнала. 1огда показания анализатора будут пропорциональны

— „ g;(g>d g >>f ц. з> о

Если раскрыть значение Sc(f) - спект-, ральной плотности, сигнала, то киу

5 -. .:. 66157

> вательно соединенные второй анализатор 5„ второй элемент И 6, второй накопитель 8, и второй блок 9 отра-" ботки, первый вход котороГо объединен" со вторым входом второго накопителя

8 и с третьим выходом генератора 4 пробных импульсов, второй выход кото- 8 рого соединен со вторым входом второго анализатора 5, первый выход которого через второе пороговое устройство 7 соединен с первым входом . второго элемента И 6. Кроме того„ 10. выход второго блока 9 отработки подключен ко второму управляющему вхоДу телевизионной камеры 1, первый выход которой соединен с пер- выми входами первого анализатора

2 и второго анализатора 5, а два других выхода поданы на соответствующие входы блока 15 регулировки диафрагмы, третий вход которого подключен к пятому выходу коммутатора 13, а выход подан на третий управлякщий вход телевизионной камеры 1.

Согласнб предлагаемому изобретению была изготовлена система в виде макета, прошедшего лабораторные ис- И пытания, построенная с использованием передающей трубки типа суперортикон.Структура системы синтеэировалась, исходя из следующих соображений. При оптимальном соотношении 3О параметров передающей трубки телевизионной системЫ может быть передано максимально-возможное количество информации в единицу времени, т.е. достигнута максимальная пропускная способность. Всякое отклонение соотношения и величин параметров от оптимального приводит к уменьшению объема информации о передаваемом объекте.. Задачей системы является измерение приращения объема информации и обеспечение при этом последующей настройки на оптимальное соотношение параметров передакщей трубки.

Как известно, количество информа- 45 ции, которое может быть передано радиотехнической системой в единицу времени равно "с 1

С= ьF gag> $+ с I > м где b,P-, полоса телевизионного сигнала;

Рс - мощность сигнала;

;>- м- мощность Мума. 55

Формула (1.1) получена для алцитивной помехи с нормальным распределением вероятностей амплитуд и равномерным .спектром. Следуем учитывать, что для телевизионного сигнала закон распределенния по амплитудам в общем случае отличен от нормального. Ъмпли туды гармонических составляющих видеосигнала на выходе камеры определяются спектральной функцией объекта

QFo контрастом, коэффициентом пере>> -)(Ау И Y( где а (H - спектральная функция оптического объекта;

К - контраст объекта

К - коэффициент передачи трубY(()- апертурная характеристика трубки R - нагрузочное сопротивление, Очевидно, что с ростом мощности сигнала пройусканйя способность телевизионной трубки увеличивается. Однако, при работе трубки возможен случай, когда увеличение площади, ограниченной кривой, приведет не к увеличению прОпускной способности, а к уменьше" нию. Дело,в том, что ряд параметров регулирования, например, потенциал управляющего электрода (УЭ) (ток. пучка) могут привести к трансформации сигнала: при возрастании амплиту низкочастотных составлякщих.

661575 "спектра; имеющих значительную интенсивность, возможна расфокусировка трубки и уменьшение относительной долй""мейее Мощййх высокочастотных "сост аЪляИ(йх спектра сйгнала; несу,щих, однако, наибольшую долю информации о настройке фокусирующего электрода (ФЭ) и фотокатода трубки (Фк) °

Йа практике измеритель мощности видеосигнала, включенный" на выходе камеры; реагирует также и на шумы.

Поътому его показания, в конечном счете, должны быть пропорциональны интегралу Б,(4I G„(<)< << <<.5<

11

ГРаничные частоты т1 и.1 вырезае- . мого спектра выбираются таким образом, чтобы первые производные от интегралов вида (1.2) и

dE

25 по каждому регулируемому параметру имели бы одинаковые знаки по всем диапазоне регулирования. Прй в<ыполнении данного условия динамика изменения пропускной способности трубки ЗО и мощности. сигнала будут совпадать.

Эксперименты показали, что"нижняя граничная частота f1 для канала управляющего электрода (УЭ} лежит в ,районе 0,15 мГц,для каналов фокусирую-35 щего элек трода (ФЭ) и фотокатода (ФК)в районе 0,8 мГц,а верхняя граничная частота для канала УЭ-0,4 мГц, для к аналов ФЭ и ФК вЂ” 2,5 мГц. Поэтому ,выяснилась возможность комплекс- 40

oro решения задачи автоматиза ции параметров информационной сис ""темы и предлагается йоследова тельно- параллельная многомерная система экстремального регулирования с пробными шагами, которая работает следующим, образом.

Видеосигнал, промодулированный по амплитуде пробными воздействиями, с.выхода телевизионной камеры

1 с оптической головкой подается на два канала, один из которых работает в непрерывном режиме (канал, регулирования УЭ), а другой — в периодическом (канал регулировки

ФЭ и ФК) и поступает на входы ана- 55 лизаторов 5 и 2. На вторые входы анализаторов с выход<ов генератора

4 пробйых импульсов подаются пробные иь(пульсы частоты F„ 12,5 Гц на втором канале;Г«роь6 25 Гц на первом. 60

В анализаторе 5 измеряется энергия

" " состоящих видеосигналов в полосе

0,15 мГц-0,4мГц детектируется и фильтруется информационная частота ампли тудной модуляции, равная частоте проб ных импульсов. В зависимости от фазовых соотношений ее с пробными импульс ами вырабатыв аетс я импульсный сигнал ошибки, который подается че- рез элемент И 6, при наличии на другом его входе разр<зшающего уровня с порогового устройства 7,. на накопитель 8 ° Накопитель 8 представляет собой четырехразрядный реверсивный

«счетчик с соответствующими элементами управления, на второй вход которого в качестве опорных импуль- сов подаюТся импульсы с генератора ,4 пробных импульсов, накопитель 8 выдает сигнал хода только в том случае, если в течение трех периодов пробных воздействий фаза импульсного сигнала ошибки не меняется.Таким образом, накопитель 8 уменьшает вероятность ложного шага системы и снижает динамическую ошибку, поскольку уменьшается амплитуда колебаний системы при достижении ею оптимального значения регулируемого параметра. С выхода накопителя 8 импульсы хода подаются на вход блока 9 отработки и в зависимости от фазовых соотношений с опорными пробными импульсами, подаваемыми на второй вход его с генератора 4 пробных импульсов, либо увеличивают, либо уменьшают напряжение на выходе бло-, ка 9 отработки, которое подается на управляющий электрод телевизионной камеры 1. Блок 9 отработки включает в себя реверсивный счетчик с преоб. разователем код-аналог и усилитель.

Изменение потенциала управляющего электрода производиТся до тех пор, пока оно не достигнет оптимального значения, возле которого система совершает колебательные движения, с частотой 8-16P„ð© и с амплитудой

1--2 шага, что сос<гавляет при применении в блоке отработки реверсивно р счетчика, собранного на современных . интегральных схемах, 1-4 мв. Для того, чтобы система не теряла устойчивости при достижении предельного для нее отношения сигнал/шум, предусмотрена принудительная остановка системы с запоминанием достигнутого ранее оптимального значения регулируемого параметра. Это осуществляется с помощью порогового устройства 7. На его вход с выхода анализатора 5 поступает напряжение, пропорциональное энергии составляющих спектра видеосигнала в полосе

0,15-0,4 мГц. При уменьшении его ниже определенного уровня пороговое устройство 7 выдает запрещающий уровень на элемент И 6, чем прекращает прохождение импульсов сигнала ошибки с выхода анализатора 5 на выход накопителя 8. Пробные импульсы на управляющий электрод подаются путем замешивания их в блоке 9 отработки и "управляющим напряжением.

B анализаторе 2 первого канала измеряется энергия составляющих ни10 оптимальногО согласования его характе рис тик с с оотв е тс твующими характеристиками случайных процессов,, отображающих состояние поля слежения.

При этом достигается существенное увеличение пропускной способности устройства при высокой степени автоматизации в широком динамическом диапазоне входных характеристик.

Лабораторные испытания устройства показали высокую надежность его ph" боты в автоматическом режиме. Эффективность его применения состоит в существенном сокращении числа мест обслуживающего персонала. !

9 . 661575 деосигнала в полосе 0,8 мГц-2, 5мГц, а отработка по ФЭ и ФК и подача пробных импульсов на эти электроды ведется последовательно друг за другом в периодическом режиме.

Это осуществляется следующим образом: импульсы хода с накопителя 5

12 и пробные импульсы генератора

4 пробных импульсов поступают на коммутатор 13, который в зависимости от сигналов, подаваемых .на другой вход его с генератора 14 10 циклов, коммутирует их либо на первые два входа, либо на вторые два блока 3 отработки.. Блок 3 отработки содержит два йден->> тичных реверсивных счетчика с преобра-, зователем код-аналог. и два выходных усилителя. Таким образом, по очереди, то на одном, то на другом выходе блока 3 отработки. происходит изменение регулируемых параметров ФЭ и ФК, которые подаются на соответствующие"вхо-ды телевизионной камеры 1, Пробные импульсы, подаваемые на блок 3 отработки, периодически смешиваются там с управляющими напряжениями и подают- Ы

cs на соответствующие электроды, за давая по ним пробные расстройки. Поскольку в канале ФЭ и ФК используется один накопитель 12, то по сигналу с коммутатора 13, перед каждым цик" 30 лом отработки, по соответствующему электроду производится сброс его в первоначальное состояние. Кроме того, по этому же сигналу, подаваемому также на вход блока 15 регулировки диафрагмы производится запрет работы последнего на время отработки системы по ФК. После этого запрет на работу блока регулировки диафрагмы снимается и он производит соответствующее изменение диафрагменного значения объектива в оптической головке камеры, если освещенность на объекте изменилась.

Изменение . освещенности на объекте и соответственно на фотокатоде трубки,.вызывает изменение трка в его цепи. По сигналу изменения этого тока, подаваемому с телевизионной камеры 1 на другие входы бдока 15 . регулировки диафрагмы, на выходе 50 его появляется напряжение, которыМ регулируется дйафрагменное отверс» тие объектива. Поскольку в этой це пи присутствует инерционное механи-. ческое"звейо, то все быстрые Скач=; Q ки освещенности на фотокатоде отрабатываются. в основном изменением потенциала УЭ, с помощью второго канала данной системы, а блок 15 регу ровни диафра выполняет Фун- Ю . кцию движения динамического диапа- зона работы системы по свету.

Предлагаемое устройство, благодаря автоматическому регулированию кОмплекса параметров в процессе его работы, обеспечйвает поддержание .. @

Формула изобретения устройство для непрерывного слежения за состоянием объектов, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру с оптической головкой и анализатор, второй вход которого соединен с выходом генератора пробных импульсов, а также блок отработки, выход которогб присоединен к управляющему входу телевизионн ой камеры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения пропуск- ной способности устройства, в него . введен второй канал, содержащий анализатор, первый вход которого соединен с выходом телевизионной камеры, а второй вход со вторыми выходом генератора пробных импульсов и блок отработки, первый вход которого соединен с третьим выходом генератора пробных импульсов, а выход подан на второй управлякщий вход телевизионной камеры,;второй и третий выходы которой присоединены к соответствующим входам блока регулировки диафрагмы, выход которого соединен с третьим управляющим входом телевизионной камеры, кроме того, каждый из каналов содержит присоединенные последовательно к первому выходу соответствукщего анализатора пороговое устройство, элеМент И и накопитель, второй вход которого соеди- нен соответственно для каждого канала с третьим и четвертым выходами генератора пробных имп льСов, причем в каждом канале второй выход анализатора соеДинен со вторым входом элемента И, при этом выход накопителя во втором канале соединен со вторым входом блока отработки, а в первом канале введены последовательно соединенные генератор циклов и коммутатор, включенный между выходом накопителя и четырьмя входами блока отработки, второй выход ко.торого соединен с четвертым управляющим входом телевизионной камеры, кроме того, третйй вход комму- татора соединен"с"четвертым выходом генератора пробных импульсов, а пя.,тый выход соединен с третьими входа 1

11 66157 ми накопителя первого канала и блока регулировки диафрагмы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

5 12

1. Патент США 9 3315034,,,кл. 178-72, 1967.

2. Патент США Р 3647952, кл. 178-7.2, 1970.

Составитель Л. Воскобойников

Редактор Б.Павлов Техред Л.Алферова КорректорЕ.Папп

Заказ 2480/53 Тираж 779 .Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж»35 .Ра шская наб. дд4 5

Филиал ППП Патент, r.Óærîäîä, ул.Проектная,4