Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 115

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

1. Принцип регулювання комплексного коефіцієнта відбиття стін

Розглянемо об'єм приміщення в якому можлива когерентна взаємодія прямого зву­кового сигналу акустичної системи 1 та випромінюємого компенсуючою акустичною си­стемою 1', що розташована на деякій відстані г(сюГ) від відбиваючої ділянки стіни 3, як

показано на рис. 1.

Рис. 1. Принцип будови та розміщення акустичної системи відносно стіни:1 та 1' - акустичніі системи; 2 - динамік акустичної системи; 3 - стіна; 4 - вимірювальний мікрофон; Б - апер­тура динаміка; точка О - фазовий центр динаміка; ер - керований фазообертач по всьому спектру сигналу; А - керований атенюатор; ЛЗ - керована лінія затримки

СРРСН'2008

І-ч . 2 - 2 5 4

У даному випадку звукові сигнали на акустичні системи 1 та 1' подаються парале­льно, але в акустичній системі 1' поступають через керовані атенюатор, фазообертач по всьому спектру сигналу та лінію затримки.

Відбитий від стіни звуковий сигнал акустичної системи 1 когерентно взаємодіє з прямим звуковим сигналом, що випромінюється з акустичної системи 1'.

Таким чином, змінюючи інтенсивність та фазу звукового сигналу акустичної сис­теми 1' можна формувати необхідну інтерференційну картину поблизу області заданої ділянки приміщення та як наслідок регулювати комплексний коефіцієнт відбиття заданої ділянки стіни.

2. Межі використання керованої інтерференції звукових полів. Хвилі назива­ються когерентними, якщо в довільній точці їхньої зустрічі різниця фаз коливань залиша­ється постійною на визначений час.

Величина інтенсивності взаємодії звукових полів визначається значенням різниці фаз кожної складової спектру сигналів. Тобто, дослідження інтерференції хвиль зводиться до визначення різниці фаз та значень амплітуд звукових сигналів у точках їхньої зустрічі, якщо ці звукові сигнали когерентні.

Розглянемо як відбувається сумування когерентних звукових полів часток повітря у просторі приміщення.

Нехай маємо два когерентні джерела звукового сигналу З! та 52. Когерентні хвилі, що виходять із цих джерел, зустрінуться в деякій точці А простору приміщення, згідно рис. 2. Тобто

де Е12 та Е21 - відповідні проекції амплітуд коливання на розглядаємий напрямок коли­вання

Е2 ^ Сумування поздовжніх коливань, які і є звукови-

ми полями, розглянемо на прикладі коливальних час­ток повітря.

Еі При зустрічі двох коливальних часток у деякій

точці А простору приміщення сумування звукових по-А лів відбувається по проекціям, як показано на рис. 2.

чІ-"^ Звукове поле (мова, музика, симфонія) відрізня-

ються своїми часовими та просторовими когерентними Рис. 2. Відображення властивостями, а саме часовою тког та просторовою

випромінювання двох д(т) кореляційними функціями:

когерентних звукових полів/ та їх сумування

ВД = $исєм исєМ'~х)сІх,

де ис - інтенсивність, т - час затримки.

Як показано в [1], часова когерентність звукових полів знаходится в межах °,01 <тког <0,03 секунд.

Звідси визначили простарову когерентність таких полів у межах 3,4 < Яког < 10,2 метрів.

Таким чином, визначені межі застосування та отримані результати дозволяють стверджувати про можливість використання керованої інтерференції когерентних звукових полів для керування основними акустичними параметрами приміщень.

3. Аналіз структурної схеми системи регулювання комплексного коефіцієнту відбиття. Звукові хвилі в закритих приміщеннях, багаторазово відбиваючись від його поверхонь, утворюють складне поле коливального руху часток повітря. Закони розподілу коливальної швидкості часток повітря, рівня звукового тиску, напрямку поширення

СРРСН'2008

І-ч . 2 - 2 5 5акустичної енергії в закритих приміщеннях визначаються не тільки характеристиками джерел звуку, але також і геометричними розмірами, формою приміщення, здатністю стін, підлоги та стелі поглинати та відбивати акустичну енергію [3].

Відповідно до рис. 1 розглянемо принципи роботи такої системи.

Звукове поле, що випромінюється акустичною системою 1 відбивається від ділянки ВВ' приміщення. Водночас з цим затримане звукове поле лінією затримки ЛЗ випромінюється акустичною системою 1' в такий час, що у поверхні відбиття від ділянки ВВ' відбувається когерентна взаємодія звукових полів обох акустичних систем.

Для таких умов необхідно забезпечити розміщення акустичної системи 1' на відстані г(00Г).

Таким чином, інтерференція звукових полів призводить до зміни амплітуди та фази відбитих сигналів, що впливає на основні акустичні параметри приміщення в довільній точці зали, наприклад, точці А.

Беручи до уваги, що динамік акустичної системи розташовується на невеликій

відстані  Г(0 0)        , то   проекція   звукового поля на стіну підкоряється законам

ближньої зони випромінювача.

У зв'язку із цим накладається обмеження на лінійний розмір області досить доброї взаємодії падаючої на стіну звукової хвилі та відбитої від стіни хвилі. Ця умова має такий вигляд

0В - г (оо)<-6,

що забезпечує умови когерентної взаємодії сигналів.

Дана умова дозволяє визначити лінійний розмір половини діаграми спрямованості динаміка акустичної системи на стіну 0'В, а саме

0В.

За допомогою розміру 0'В визначається площа поверхні 5 , яку охоплює діаграма спрямованості динаміка акустичної системи за формулою

4

Розміщуючи акустичні системи за таким принципом можна за допомогою цифрової обробки звукового сигналу керувати акустичними параметрами приміщень.

Такий принцип дозволяє нарощувати кількість випромінюючих акустичних систем і відповідно компенсуючих, при цьому кожна передаюча акустична система (1, 2...п) повинна через відповідні лінії затримки (ЛЗ1, ЛЗ2...ЛЗп), керовані фазообертачі (ф1 ф2 фя) та відповідні атенюатори підключатись до кожної компенсуючої системи.

Обмеження на кількість буде залежити від динамічного діапазону акустичних систем.

В якості прикладу розглянемо вплив компенсуючої системи, що розглянута на рисунку 1, на значення акустичного відношення прямогоєпряме та дифузного єдиір звукових

єд,

полів Я = —— після першого відбиття від поверхні приміщення. є

пряме

На рис. 3 представлені залежності акустичного відношення від співвідношення площі відбиваючої поверхні з регулюємим коефіцієнтом відбиття 5рег та загальної площі

залу 8запу, Бе = —— при різних значеннях співвідношення інтенсивності звукових полів

5залу

формуємих акустичними системами 1 та 1' (залежності 1, 2, 3).

СРРСН'2008

І-ч . 2 - 2 5 6

25

20

10

5

 

і у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0,

05 о

1 0,

15 0

2

Рис. 3. Залежності акустичного відношення від характеристик акустичних систем, площі керуємого коефіцієнта відбиття поверхні залу та загальної поверхні залу

Висновки. Таким чином запропонована методика керування акустичними параметрами без зміни архітектури приміщення та використання акустичної обробки матеріалами. Отримані результати дозволили визначити межі застосування керованої інтерференції звукових полів та відстань розміщення акустичних систем від стіни та між ними.

Література

1. Радиовещание и электроакустика: Учебник для вузов / С.И. Алябьев, А.В. Вы­ходец, Р. Гермер и др.; Под ред. Ю.А. Ковалгина. - М.: Радио и связь, 2000. - 792 с.: ил.

2. Акустика студий звукового и телевизионного вещания. Системы озвучивания: учебно-методическое пособие / Л.Г. Стаценко, Ю.В. Паскаль. - Владивосток: Издатель­ство ДВГТУ, 2006. - 96 с.

3. Акустична техніка. Т. 4. Основи архітектурної та фізіологічної акустики. Нав­чальний посібник / Дідковський В.С., Луньова С.А. - Київ, 2001. - 424 с.

4. Акустика: Справочник / А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров; Под ред. М. А. Сапожкова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1989. -336 с.

5. Роуж Дж. Звук для цифрового видео: запись и обработка. Пер. с англ. - М.: КУ-ДИЦ-ОБРАЗ, 2004. - 488 с.

6. Ньюзлл Ф.Р. Ркуесг-студии: Маленькие студии для великих записей / Пер. с англ. Ю. Зиненко, А. Поворознюка; Под ред. А. Кравченко. - Винница, 2002. - 271 с: ил.

7. В. С. Маньковский. Акустика студий и кинотеатров. (Акустика помещений для звукопередач). Часть II - Акустическое оборудование студий и кинотеатров. Учебное по­собие для студентов заочного обучения. - Ленинград, 1977.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 5 7

АЛГОРИТМ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ БЫСТРОДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ СЛАБОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ

А.И. Стрелков1, Т. А. Стрелкова2, Е.Н. Кац2 1 Харьковский университет Воздушных Сил им. И. Кожедуба 61023, Харьков, ул. Сумская, 77/79; 2Украинская инженерно-педагогическая академия 61003, Харьков, ул. Университетская, 16 Results of researches which allow creating the algorithm of receiving of fast moving ob­jects images in faint illumination conditions are presented. The algorithm's working principles and features of their hardware-based and software realization are described. It is shown that ap­plication of proposed algorithm allows increasing efficiency of machine vision systems under adverse conditions.

Введение. Современное состояние систем технического зрения характеризуется ши­роким спектром направлений их использования для решения научно-исследовательских (астрономические, медико-биологические и др. исследования), производственных (авто­матизация контроля качества производства) и сервисных (охранные системы и монито­ринг) задач. Создание перспективных и усовершенствование существующих систем тех­нического зрения должно быть направленно на улучшение их технических и эксплутаци-онных характеристик с учетом особенностей решаемых задач. Наиболее часто стоит зада­ча обнаружение и определения параметров объекта наблюдения. Для эффективной роботы системы технического зрения, необходима достаточная освещенность объекта наблюде­ния. В ночное время суток для поддержания достаточной освещенности приходиться применять искусственное освещение. Для повышения эффективности работы данных систем в условиях слабой освещенности применяют различные методы: аппаратные (бо­лее чувствительные приемники, увеличение времени экспозиции) и программные методы (внутрикадровая и междкадровая обработка ТВ сигнала). Основными параметрами ха­рактеризующие эффективность работы являться: отношения сигнал/шум, условные веро­ятности правильного обнаружения и ложной тревоги. Эффективность работы значитель­но уменьшается при обнаружении и получении изображений быстродвижущихся объек­тов, так как при длительной экспозиции возникают искажения типа «смаз». При этом возникает задача улучшение таких качественных показателей работы систем техническо­го зрения как точность определения скорости, направление движения, положения, формы и размер объекта и т.д. Что делает актуальным создание алгоритма позволяющего улуч­шить вышеперечисленные качественных показателей работы систем технического зре­ния.

Цель исследования:

- создание алгоритма позволяющего уменьшить искажения типа «смаз» изображе­ний быстродвижущихся объектов в условиях слабой освещенности.

Задачи исследования:

- предложить алгоритм позволяющего уменьшить искажения типа «смаз» изобра­жений быстродвижущихся объектов в условиях слабой освещенности;

- создать имитационную модель данного алгоритма;

- провести исследования работоспособности и эффективности работы на основе модели, а также оценить ресурсоёмкости (вычислительную и аппаратную);

- создание экспериментальной установки и программного обеспечения реализую­щий данный алгоритм;

- проведение эксперимента, и выработка рекомендаций по применению алгоритма на практике.

Основная часть. В докладе представлены результаты исследований проводимых при создании алгоритма получения изображения быстродвижущихся объектов в условиях слабой освещенности, представлена имитационная модель. Описывается принцип работы данного алгоритма, и особенности его аппаратной и программной реализации. Показано

СРРСН'2008

I-ч . 2 - 2 5 8что применение данного алгоритма позволяет повысить эффективность систем техниче­ского зрения в неблагоприятных условиях, к которым относиться слабая освещенность.

Описание алгоритма: Сигнал на входе системы технического зрения описывается его статистическими параметрами, которые определяются исходя из пространственно временной структуры данного сигнала (квантовая природа света). В условиях слабой ос­вещенности, изображения быстро движущихся объектов, из-за относительно длительного времени накопления подвержено искажению типа «смаз». Для демонстрации и исследо­вания данного типа искажений, построена имитационная модель, формирующая изобра­жение объекта в ТВ-кадре в условиях слабой освещенности и быстром движении объекта. Анализируя результаты моделирования, пришли к выводу о невозможности определения основных параметров изображения объекта, таких как: формы, размера, положения и со­ответственно траектории, а также скорости движения.

Известно что для уменьшения эффект смазывания необходимо уменьшать время накопления, однако это влечет за собой уменьшение яркость сигнала и соответственно уменьшение отношения сигнал/шум. Для анализа данного явления использовали туже имитационную модель, уменьшив при этом время накопления в 20 раз. Результаты дан­ного исследования показали, что эффект смазывания практически отсутствует, однако изображение объекта визуально трудно различимо на фоне помех, что свидетельствует о низком соотношении сигнал/шум.

Так как, изображение объекта имеет значительные размеры (плошать изображения объекта в пикселях), гораздо больше одного пикселя, соответственно, учитывая общую энергию сигнала, можно достаточно точно определить положение изображения объекта в ТВ-кадре. Для этого необходимо найти корреляционный интеграл между исходным изо­бражением и и стробом St (форма и размер которого наиболее соответствуют изобра­жению объекта). Чтобы, устранить искажения вызванные смешением изображения объ­екта, необходимо просуммировать серию данных короткоэкспозиционных ТВ кадров, производя при этом совмещения изображений объекта. Для этого необходимо в каждом из ТВ кадре определить область, содержавшую изображение движущегося объекта и просуммировать, учитывая смещение данных изображений. В результате на формируе­мом системой технического зрения изображении четко различим объект на фоне шума, что свидетельствует о высоком отношении сигнал/шум и минимальном искажении типа «смаз». Положение изображения объекта соответствует конечной точке траектории его движения.

Выводы. Представлен алгоритм позволяющий, обнаруживать и получать изобра­жения быстродвижущихся объектов в условиях слабой освещенности, и при этом умень­шить проявления искажения типа «смаз». Имитационная модель алгоритма показала его работоспособность даже при незначительном отношении сигнал/шум. Также рассматри­вается особенности работы данного алгоритма, при неизвестных параметрах сигнала. Данная задача требует построения более сложного алгоритма с применением ряда эта­лонных стробов, что в свою очередь значительно увеличивает требуемый вычислитель­ный ресурс. В докладе особое внимание уделено вопросам реализации данного алгоритма при создании перспективных и модернизации существующих систем технического зре­ния.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 5 9

ОБРАБОТКА ЗОНДИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ И ПРИНИМАЕМЫХ СИГНАЛОВ В ИЗМЕРИТЕЛЯХ ДАЛЬНОСТИ ЛАЗЕРНО-ЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Мельков С.М. Государственный межвузовский центр "Орион", Донбасский государственный технический университет, 94204, Луганская обл., г. Алчевск, пр. Ленина, 16, тел. 8(06442) 2-31-59, E-mail: melkovs@gmail.com The prior processing devices of nanosecond and subnanosecond time length signals for laser ranging systems transmitting and receiving channels was described.

Как известно, приём оптического сигнала в лазерных локационных системах (ЛЛС) осуществляется двумя основными способами: аналоговым и дискретным [1, 2]. В анало­говом режиме при приёме сильного оптического сигнала на вход фотодетектора поступа­ет плотный поток фотоэлектронов. В результате происходит наложение одноэлектронных импульсов и на выходе фотодетектора воспроизводится огибающая зондирующего им­пульса. Для приёма слабого оптического сигнала применяется дискретный режим, при котором фотодетектор реагирует на отдельные фотоны.

В состав типовой структурной схемы (рис. 1) ЛЛС, использующей дискретный ре­жим работы фотодетектора, входят формирующие устройства (ФУ), обеспечивающие временную привязку и нормализацию сигнала по таким параметрам как амплитуда, дли­тельность по уровню 0,5, длительность фронта. В зависимости от разброса амплитуд и длительностей выходных сигналов фотодетекторов в качестве устройств временной при­вязки могут использоваться устройства с привязкой по фронту, пересечения нуля, следя­щего порога [3].

ЛПУ

ФУ

ОБ

 

УВП

 

ФПУ

 

 

 

 

"Старт"

 

ФУ

 

п

 

ОБ

 

УВП

 

ФПУ

 

 

 

 

"Стог"

Передающая оптическая система

_|

Приёмная оптическая система

Рис. 1. Структурная схема лазерной локационной системы, где ЛПУ - лазерное передающее устройство; ИВИ - измеритель временных интервалов; ФУ - формирующее устройство; ОВ - одновибратор; УВП - устройство временной привязки; ФПУ - фотоприёмное устройство.

В качестве источника входного сигнала ФУ для канала "старт" был разработан ва­риант схемы (рис. 2) фотоприёмного устройства (ФПУ). Схема включения лавинного фо­тодиода \Т)4 - фотодетектора ФПУ - выполнена в соответствии с его паспортными ха­рактеристиками. Быстродействующий компаратор БА1 отсекает шумы лавинного фото­диода. Диапазон регулирования опорного напряжения компаратора составляет 5 + 700 мВ, нестабильность порога (на уровне 10 мВ) при изменении температуры от + 10 до + 45° С не превышает ± 2 %.

Для нормализации сигнала по длительности фронта и длительности по уровню 0,5 в ФУ входят одновибраторы ОВ с эмиттерными времязадающими цепями (рис. 3). Дли­тельность формируемого импульса данного одновибратора зависит как от постоянной времени цепи разряда Я2, С3, так и от времени жизни неосновных носителей в базе [4].

СРРСН'2008

I . 2 - 2 60

С5 0.022 мк ТО5      *'2 В

КД514 Д

- -        С7 150

БАЇ ПЕ13 .КР597СА1 510

I

Рис. 2. Принципиальная схема ФПУ "Старт"

І

К1 ІД к

К2 150

Ї

Др.1 50 икГн

І

КЗ 75

0.001 мк

¥12 ГІ383-Б

П К4

И 51,

с4

0,022 мк

С5

10 чк

Кв 51

їх:—>

Я5 910

Рис. 3. Принципиальная схема одновибратора с эмиттерными времязадающими цепями

ОВ на транзисторах УТЛ и УТ2 обеспечивает длительность импульса по уровню 0,5 равную 35 нс с длительностью фронта не более 1 нс. Полярность выходного сигнала -отрицательная, амплитуда на нагрузке 50 Ом составляет 1,5 В. Эмиттерный повторитель на транзисторе УТ3 включен для согласования схемы с кабелем с волновым сопротивле­нием 50 Ом.

Литература

1.Основы импульсной лазерной локации // В.И. Козинцев, М.Л. Белов, В.М. Орлов и др.. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 512 с.

2. Малашин М.С., Каминский Р.П., Борисов Ю.Б. Основы проектирования лазерных локационных систем. - М.: Высш. школа, 1983. - 207 с.

3. Мелешко Е.А. Наносекундная электроника в экспериментальной физике. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 216 с.

4. Справочник по импульсной технике // Под ред. В.Н. Яковлева. - К.: «Техніка»,

1970. - С. 213.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 6 1

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ПЕРЕДАТЧИКОВ ЛАЗЕРНО-ЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРИ НАКАЧКЕ ОПТИЧЕСКИМИ ИМПУЛЬСАМИ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ФОРМОЙ

Любич И. В. Государственный межвузовский центр «Орион», Донбасский государственный технический университет 94204, г. Алчевск, пр. Ленина 16, 8(06442) 220-57, email: irina.liubich@gmail.com Ability of composite variable form pumping pulses use for active component's effective­ness increasing at the lamp pumping of amplifier of laser ranging system transmitter was shown.

В последнее время большое распространение получили лазеры с диодной накачкой. Несмотря на энергетические преимущества такого способа возбуждения активной среды, в лазерно-локационных системах он используется лишь в задающих генераторах пере­датчиков, работающих в режиме модуляции добротности резонатора. При этом эффек­тивность диодной накачки по поглощению энергии в активной среде АИГ: Nd может дос­тигать 50%. Мощность импульса накачки составляет единицы киловатт при его длитель­ности в десятки микросекунд [1]. Выходная мощность такого лазера имеет величину по­рядка 10 МВт.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа