Технические науки

Космическое оружие: дилемма безопасности. Автора- А.Г.Арбатов, А.А.Васильев, Е.П.Велихов...
Москва, Мир, 1986
5.1.2. Требования по быстродействию

Требования к быстродействию систем обнаружения и опознавания порождают самостоятельную группу проблем, связанных с организацией мозаичной структуры датчика изображения, организацией памяти процессора, а также разработкой быстрых алгоритмов, позволяющих практически в реальном масштабе времени осуществлять опознавание нескольких сот целей. Фактически все эти проблемы можно сформулировать как одну комплексную: создание специализированного вычислителя на базе сверхбыстродействующих больших интегральных схем и сенсора, осуществляющего ввод информации в него [5.18].

Высокие требования по точности системы наведения, связанные с требованиями по разрешению, обусловливают малый размер элемента разложения входного изображения (пикселя) и большое количество пикселей, участвующих в преобразованиях, выполняемых в соответствии с разработанными алгоритмами. Все это, в свою очередь, снижает быстродействие вычислителя. Количество целей (несколько десятков, сотен или даже тысяч), которые необходимо обнаружить, опознать и приоритезовать в отношении первоочередности нанесения удара, определяет объем памяти вычислителя и время вычислений.

Разрабатываемые по программе 'Smart sensors' специализированные вычислительные устройства с элементами искусственного интеллекта, как сообщается, способны выполнять ряд такого рода задач со скоростями, как правило, соответствующими телевизионному стандарту, т.е.

обработка одного входного изображения, охватывающего весь кадр (всю чувствительную площадку приемника), занимает примерно 25-30 мс.
При этом проводятся опознавание и приоритезация одной – трех целей. Время, необходимое на обработку большего числа целей, естественно, возрастает, причем в ряде случаев нелинейно. Кроме того, в открытых публикациях, касающихся разработки 'Smart sensors', вообще не сообщается о создании специализированных приемников, решающих задачи опознавания и приоритезации более 5 целей в масштабе времени, близком к реальному.

Условия, в которых работает мозаичный датчик и комплексирован-ный с ним вычислитель, размещенные на космической станции, требуют создания чрезвычайно мощных вычислительных средств, выполняющих миллиарды операций в секунду.

Разработка специализированных процессоров для целей обнаружения и опознавания, начинаясь от сравнительно простых устройств, осуществляющих корреляционное сравнение текущего входного изображения с эталонными, хранящимися в памяти, идет в направлении создания процессоров, способных проводить «выборочные исследования» входной сцены, и далее к процессорам, обладающим возможностями проведения исследований в широкой области.

Для условий применения такого рода устройств в рамках космической системы ПРО характерно следующее обстоятельство, которое необходимо учитывать при их проектировании.

Чрезвычайно большие, практически предельные для рассматриваемых устройств дальности обнаружения и опознавания целей предъявляют,

как отмечалось раньше, очень высокие требования к чувствительности датчиков ввиду очень низкого уровня сигнала от цели. В ряде случаев для повышения достоверности обнаружения этот сигнал необходимо интегрировать во времени, чтобы сформировался достаточный уровень потенциального рельефа на датчике изображения [5.19,5.20]. Однако процесс интегрирования не только снижает быстродействие системы, что очевидно, но вызывает и еще одно затруднение. Оно обусловлено тем, что вместе с накоплением полезного сигнала увеличивается и уровень шума датчика изображения (см. рис.5.4); при этом возрастает и вероятность ложной тревоги (РFA) от накопленного шумового сигнала.

В связи с этим возникает проблема выполнения противоречивых требований при проектировании специализированных процессоров: выбор времени накопления сигнала должен быть таким, чтобы, с одной стороны, сформировался уровень потенциального рельефа, достаточный для обработки, а вероятность ложного срабатывания, с другой стороны, не превышала заданного уровня. Кроме того, принимая компромиссное решение, удовлетворяющее обоим требованиям, следует учитывать зависимость вероятности правильного детектирования цели РD от времени накопления сигнала.
Зависимостиприведены на рис.5.5 для различных значений отношения сигнал/шум, зависящего от свойств фоточувствительного слоя.

Показателем эффективности работы сенсорного устройства, комплексированного с вычислителем, по принятым в американских работах

критериям является вероятность захвата цели, определяемая выражением

[5.10,5.14]

(5.2)

где РD – вероятность детектирования;

w – минимальный интервал интегрирования, при котором РACQ (w) > p (p – заранее заданная величина).

Как видно из выражения (5.2), вероятность захвата цели РАСQ зависит от интервала интегрирования tn= w вероятности детектирования по-

лезного сигнала РD. Анализ зависимостей рис.5.5 совместно с выражением (5.2) показывает, что вероятность детектирования РD стремится к постоянной величине и, следовательно, при достаточно большом времени интегрирования tи = w = 50 мс вероятность захвата цели РACQ может быть практически равна 1. Однако это предположение справедливо для фоточувствительных слоев, собственные шумы которых малы. Следует отметить, что вероятность детектирования цели в условиях низких уровней сигнала (работа на предельных дальностях) в значительной мере определяется собственными шумовыми характеристиками приемника. Типовая зависимость вероятности детектирования цели от собственных шумов наиболее распространенных фоточувствительных слоев приведена на рис.5.6. Для существующих фоточувствительных слоев величина собственных шумов соответствует точке А на рис. 5.6. При этом вероятность детектирования одной цели Рn составляет примерно 0,4, а вероятность захвата цели при этих параметрах и времени интегрирования t и = 50 мс составит РACQАСО =0,5, что является очень низким показателем и не удовлетворяет требованиям эффективности системы противоракетной обороны. Существенное увеличение вероятности захвата цели требует разработки принципиально новых малошумящих материалов для чувствительных слоев датчиков изображения [5.21,5.22].

вернуться к содержанию
вернуться к списку источников
перейти на главную страницу

Релевантная научная информация:

  1. Космическое оружие: дилемма безопасности. Автора- А.Г.Арбатов, А.А.Васильев, Е.П.Велихов... Москва, Мир, 1986 - Технические науки
  2. Некоторые научно-технические аспекты построения системы перехвата баллистических ракет на конечном участке траектории - Технические науки
  3. 5.1.2. Требования по быстродействию - Технические науки
  4. 1.4. ЭМИ-оружие - Технические науки
  5. Боевые космические станции противоракетной системы - Технические науки
  6. Использование средств поражения космического эшелона для ударов по воздушным и наземным объектам - Технические науки
  7. 5.1.1. Требования по разрешению - Технические науки
  8. 5.2.1. Архитектура подсистемы боевого управления и проблема уязвимости - Технические науки
  9. Культурология Портал Изба-Читальня - электронные книги и бесплатные учебники по всем научным направлениям!
  10. Философия Портал Изба-Читальня - электронные книги и бесплатные учебники по всем научным направлениям!
  11. Основы экологии и природопользования. Учебное пособие / Дикань В.Л., Дейнека А.Г., Позднякова Л.А., Михайлов И.Д., Каграманян А.А. — Харьков: ООО «Олант», 2002.- 384 с. - Экология и природопользование
  12. ПЕДАГОГИКА. Учебное пособие для студентов педагогических вузов и педагогических колледжей / Под ред. П.И. Пидкасистого. - М: Педагогическое общество России, 1998. - 640 с. - Педагогика
  13. 3.1. Античная Греция (Ш тыс. до н.э. - 30 г. до н.э.) - Исторические науки
  14. 5.3. Классическое Средневековье (XI - XV вв.) - Исторические науки
  15. 7.3. Китай (Ш - XVD вв.) - Исторические науки
  16. 8.2. Нидерланды - Исторические науки
  17. 8.5. Германия - Исторические науки
  18. 10.1. Ранние буржуазные государства и просвещенный абсолютизм в Европе - Исторические науки
  19. 12.1 Международные отношения в Европе - Исторические науки
  20. 13.1. Международные отношения и революционное движение в Европе в XIX веке - Исторические науки

Другие научные источники направления Технические науки: