Технические науки

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.

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.

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 Р_D – вероятность детектирования;

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

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

лезного сигнала Р_D. Анализ зависимостей рис.5.5 совместно с выражением (5.2) показывает, что вероятность детектирования Р_D стремится к постоянной величине и, следовательно, при достаточно большом времени интегрирования t_и = w = 50 мс вероятность захвата цели Р_ACQ 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 Р_ACQАСО =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].