Оптимизация размещения оптических измерительных средств в моделях траекторных измерений

• Автор: Силкин, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Задача размещения измерительных средств аналитический обзор

1.1. Задача размефйия. Общие положения.

1.2. Структурная оптимизация измерительных систем.

1.2.1. Линейные динамические системы

1.2.2. Статические модели наблюдений

1.3. Планирование процесса наблюдения в динамических системах .

Выводы

Глава 2. Модели оптимизации размещения оптических измерителей .

2.1. Линейная динамическая модель оптических траекторных измерений .

2.1.1. Элементы теории фильтрации Кал мана для оптических траекторных измерений
2.1.2. Оптимальное планирование измерений в динамической модели
2.2. Статическая модель оптических измерений
2.2.1. Ориентирование кадра.
2.2.2. Оптимальное планирование оптических измерений в статической модели
Выводы
Глава 3. Алгоритмы оптимального размещения оптических измерителей
3.1. Алгоритмы оптимального размещения оптических измерителей в динамической модели наблюдени
3.1.1. Алгоритм ветвей и границ.
3.1.2. Генетический алгоритм
3.1.3. Гибридный эволюционный алгоритм
3.2. Генетический алгоритм размещения измерителей в статической
модели наблюдений
Выводы
Глава 4. Прикладные задачи оптимального размещения оптических измерительных средств
4.1. Планирование сеанса впешнстраекторных измерений.
4.1.1. Постановка задачи
4.1.2. Размещение оптических измерительных средств следящего типа
4.1.3. Размещение оптических измерительных средств обзорного типа
4.1.4. Оптимальная доустановка измерительных средств
4.1.5. Оптимизация перекрытия интервалов видимости
4.2. Планирование оптических измерений на заключительных участках траекторий .
4.2.1. Постановка задачи
4.2.2. Размещение измерительных средств без территориальных ограничений .
4.2.3. Размещение измерительных средств с территориальными ограничениями .
Глава 5. Программная реализация алгоритмов планирования
5.1. Общее описание программной реализации
5.2. Пользовательский интерфейс.
5.2.1. Визуализация сеанса виешнетраекторных измерений
5.2.2. Размещение ОИС в динамической модели наблюдений
5.2.3. Оптимизация расписания измерений ОИС.
5.2.4. Расчет значений критериев точности для текущей модели сеанса измерений.
5.2.5. Оптимальное планирование наблюдения объекта на заключительном участке траектории
5.3. Типовые сценарии планирования оптических траекторных измерений .
Заключение.
Список литературы


Под задачей размещения измерительных средств в узком смысле понимается определение такой пространственной структуры измерительной системы, которая обеспечивает получение информации об объекте измерений некоторым оптимальным образом. В ряде задач, в том числе связанных с планированием оптических траекторных измерений, размещение измерительных средств предполагает также определение моментов времени, в которые следует проводить измерения, назначение конкретных измерительных средств для проведения измерений в данный момент времени и т. Задач}', которая связана с планированием как пространственной, так и временной структуры измерений, будем называть задачей размещения в широком смысле. Задачи размещения являются объектом исследования в самых различных научных дисциплинах. Возникающие в этих предметных областях задачи имеют много общего и, в то же время, имеют свою особую специфику, не позволяющую напрямую переносить полученные результаты из одной области в другую. Разнообразие постановок задач размещения создает ряд ситуаций, которые недостаточно освещены в литературе, мало разработаны как в теоретическом, так и в чисто прикладном плане, т. Поэтому к работам в данной области сохраняется постоянный интерес, что находит свое отражение в постоянно растущем потоке публикаций, посвященных таким тесно связанным между собою дисциплинам как оптимальное размещение измерителей (optimal sensor placement), проектирование измерительных систем (measurement system design), планирование расписания измерений (measurement scheduling), управление наблюдениями и др. Часть из перечисленных направлений исследования активно разрабатывается отечественной наукой, другая же часть, скажем, оптимальное размещение измерителей, представлена в литературе пока недостаточно. Не ставя своей целью перечислить все существующие постановки задач, связанные с организацией и проведением измерений, перечислим те из них, которые максимально близки к задачам, решаемым в диссертационной работе. В табл. Таблица 1. Структурная оптимизация измерительных (]. Задачи пространственного размещения систем измерителей и, более общо, структурной оптимизации измерительных систем рассматриваются многими авторами, в том числе Арбелом [], Биччи и Канепой [], Косутом [3], Мартинез и Булло [5], Мейсоном [6], Рафайловичем [3] и многими другими. Основные рассматриваемые в них вопросы - обоснование соответствующих моделей наблюдения и критериев оптимизации их структуры. С появлением основополагающих работ Калмана [ 1, 2] в число таких критериев вошли критерии, связанные с управляемостью и наблюдаемостью систем. Ключевыми в этом направлении явились далее работы Джонсона [9], Мюллера и Вебера [0], Мехры [7] и других авторов. Достаточно широкий круг работ, посвященных оптимальному проектированию систем измерителей, имеется на русском языке. В частности, задачи проектирования измерительных комплексов, связанные с оптимальным размещением измерительных средств при обработке траекторных измерений рассматриваются в работах Гудзя, Синицкого и Курганского []. Жданюка []. Задачи размещения измерителей рассматриваются также в радиотехнике и смежных областях, см. Небылова и Орлова [], Булычева, Бурлая и Крицкого []. Идеи структурной оптимизации динамических систем нашли развитие в работах Бекаревой [6, 8], Воеводы [, ], Парлюка [], Самочернова [], Трошиной [, ], Чубича [] и др. Рассмотрим теперь основные подходы к решению задачи структурной оптимизации измерительной системы, отмечая соответствующие публикации, сделанные в них предложения и полученные результаты. A(t)x + B(t)u, (1. C(t)x, (1. Положим Фт(? A{t). B(t)ET(t)9T(ti,t)dt. G [^0)Оо). W0(to,ti)= [ Ф1 (t, to)CT(t)C(? Ф(? G (—ОО, ? Впервые идея о мере качества управляемости системы была высказана в работах [9] и [1]. Задача (1. T(tiyto]Xo) = XqW~1Xq. Функционалы (1. С) удовлетворяют аксиомам (1. В теории оптимального планирования эксперимента их называют критериями Е-, А- и О-оптималыюсти соответственно []. А* равны нулю, где А,- - собственные числа матрицы 1Уа, то согласно [, стр. ЭТОМ р.