Видеокурс по SIMATIC STEP 7


Методы оптической обработки информации при геодезических измерениях

Методы оптической обработки информации при геодезических измерениях
Изучение влияния внешних условий на точность геодезических измерений, как уже указывалось ранее, является достаточно сложной задачей. Использование современных оптико-электронных и радиофизических средств дает возможность собрать обширный статистический материал о характере неоднородностей атмосферы, выполнять геодезические измерения синхронно с фиксацией состояния метеоусловий, температурных градиентов, непосредственно измерять величины флуктуации оптического луча и т. д.

Однако по-прежнему одним из коренных вопросов, подлежащих решению, является вопрос, связанный с поиском путей решения, разработкой и созданием высокопроизводительных и недорогостоящих методов и аппаратуры для обработки собираемой информации.

Обработку экспериментальных данных можно проводить на ЭВМ, однако при этом запись результатов измерения необходимо вести в форме, удобной для ввода в ЭВМ, а в случае графической регистрации иметь сложные считывающие устройства. Эти обстоятельства затрудняют проведение быстрой первичной обработки данных, требуют разработки специальных программ для ЭВМ и дорогостоящего оборудования.
В последние годы значительно возрос интерес исследователей к оптическим методам обработки информации. В силу большой информационной емкости оптических запоминающих устройств возможности параллельной обработки информации (без применения сканирования) и высокой скорости обработки оптические методы обработки информации выгодно отличаются от других известных методов.

В основе методов и устройств оптической обработки информации лежит использование волновых свойств света - интерференции и дифракции, а также знание законов и принципов оптической пространственной фильтрации.
Известно, что идеальная сферическая линза обладает свойством выполнять преобразования, аналогичные преобразованиям Фурье. Достоинством оптических систем является то, что в них преобразование Фурье реализуется с помощью простых элементов.

Исследованиями установлено, что в когерентной идеальной оптической системе комплексное распределение амплитуды освещенности светового поля в передней фокальной плоскости линзы связано с комплексным распределением светового поля в задней фокальной плоскости линзы двумерным преобразованием Фурье. Поэтому сферическая линза может выполнять роль спектрального анализатора двумерных сигналов. Учитывая это свойство сферической линзы, можно, помещая в Фурье-плоскости линзы различные маски или транспаранты с заданным распределением прозрачности, осуществлять пространственную фильтрацию сигналов.

Для удобства последующей обработки запись исследуемых процессов можно вести в виде так называемых теневых графиков.

Под теневым графиком понимают транспарант, выполненный в виде прозрачной диаграммы на непрозрачном экране, причем форма края диаграммы описывается исследуемой функцией.

Такие транспаранты можно сразу получать при экспериментальных исследованиях. Например, при исследовании прохождения оптического излучения через атмосферу теневые графики, отражающие характер флуктуации оптического луча могут быть получены на фотопластинке способом. Записи нерегулярных процессов, выполненные на диаграммных лептах самопишущих приборов, также могут быть преобразованы в теневые графики несложной доработкой.

Интересующие исследователей отрезки ленты закрашивают непрозрачной краской, а затем фотопутем получают контрастный негатив.

С помощью аналоговых оптических устройств с теневого графика можно получить большое число характеристик, в том числе энергетический частотный спектр исследуемого процесса, функцию распределения вероятностей амплитуд случайного сигнала и т. д.

При расположении графика в передней фокальной плоскости сферической линзы и освещении его нормально падающей плоской волной когерентного света поле в задней фокальной плоскости линзы выражается через двумерное Фурье - преобразование поля в ее передней фокальной плоскости.

Полный двумерный спектр теневого графика, получаемый в задней фокальной плоскости линзы, оказывается достаточно сложным. Однако в окрестности продольной оси изображение теневого графика соответствует одномерному преобразованию, а спектр - исследуемой функции. Обработку экспериментальных данных по теневым графикам на практике осуществляют следующим образом (для случая определения спектра исследуемого процесса): собирают установку, состоящую из линзы, щели, подвижной диафрагмы, фотоприемника и усилителя с самопишущим прибором, и в переднюю фокальную плоскость линзы помещают теневой график; теневой график освещают параллельным пучком когерентного света (от лазера) и щель в задней фокальной плоскости линзы устанавливают таким образом, чтобы выделить спектр вдоль пространственной оси; диафрагму перемещают вместе с фотоприемником вдоль щели со скоростью, равной скорости записи теневого графика, и самопишущим прибором осуществляют запись энергетического частотного спектра исследуемого процесса. Проводят калибровку частот энергетического спектра.

Для этого на место теневого графика устанавливают транспарант с известным энергетическим частотным спектром, например синусоиду с заданным периодом колебаний, и по измерительному прибору (самописцу), перемещая транспарант с прежней скоростью, осуществляют уточнение частотного масштаба.

Переход от интегрального закона к плотности распределения вероятностей амплитуд можно осуществить путем графического дифференцирования получаемых записей.
Оптический метод обработки информации, записанной в виде теневых графиков, был применен при исследовании характера угловых флуктуации лазерного излучения, распространяющегося над сильно нагретой подстилающей поверхностью.

Измерения, связанные с записью угловых флуктуации лазерного излучения в атмосфере, проводились при помощи автоматического оптико-электронного прибора.

На диаграммных лентах выбирались наиболее характерные участки записи, которые затем закрашивались в теневые графики. Негативы с теневых графиков подвергали обработке по вышеизложенной методике. Это дало возможность получить кривые интегральной функции распределения вероятностей амплитуд быстрых флуктуации углов прихода луча ОКГ и энергетические частотные спектры флуктуации в различные временные отрезки и для различных расстояний между излучателем и приемником.

Для примера даны графики, отражающие интегральный и дифференциальный законы вероятностей появления амплитуд угловых флуктуации, полученные способом оптической обработки информации для некоторой конкретной пятиминутной реализации и при расстоянии между излучателем и приемником 100 м.

По этим графикам можно достаточно просто установить математическое ожидание (х, стандарт о и смещение Л кривой плотности распределения вероятностей амплитуд угловых флуктуации.

Знание законов распределения амплитуд флуктуации оптического луча, их энергетического частотного спектра позволяет правильно выбрать условия наблюдения при выполнении высокоточных геодезических измерений, грамотно сформулировать требования к вновь создаваемой автоматической геодезической аппаратуре, а также соответствующим образом вносить поправки в результаты геодезических наблюдений.

Основной исходный параметр в каждом задании на проектирование комплекса - мощности предприятий или линий (их производительность) в тех единицах, которые приняты...

Определение количества груза, размещаемого в таре-оборудовании

Размеры основных типов ТО для продовольственных грузов (кроме хлеба) определяют в соответствии с ГОСТ 248318, модуль которых в плане...

Расчет количества подъемно-транспортного оборудования

В любом складском комплексе промышленного предприятия постоянно функционируют основные грузопотоки: поступление грузов на склад с внешнего...