Особенности программы, реализующей математическую модель

В лабораторной работе непосредственным объектом исследования является математическая модель оптико-электронного датчика на базе линейного или матричного ФПЗС, который может входить в состав различных приборов и систем для бесконтактного измерения угловых и линейных перемещений. Модель представляет собой программу, допускающую многократный ввод варьируемых исходных параметров: координаты изображения; радиуса кружка рассеяния объектива; разрядности аналого-цифрового преобразователя; отношения сигнал/шум. В модели учтены особенности работы всех основных звеньев реальной измерительной системы, наиболее существенно влияющих на точность измерения: параметры фотоприёмного устройства, узла предварительной обработки сигнала (ВУ, Р У, ФУ, АЦП), а также различные источники погрешностей, связанные с влиянием шумов, с дискретностью структуры ФПЗС, с процессом квантования сигнала.

Вместе с тем в модели допущены некоторые упрощения. В частности не учитывается возможность изменения весовой функции объектива по полю зрения, что характерно для широкоугольных систем; не учитываются отдельные виды искажений сигнала, проявляющиеся при больших скоростях опроса элементов вследствие неэффективности переноса зарядов в ПЗС-структуре и др. В данной модели рассматривается одномерный вариант исследуемого алгоритма, т. е. производится оценка лишь одной координаты - координаты X при условии, что обработка сигнала ведется вдоль строки или столбца матрицы, включающей элемент максимального сигнала (см.рис.1).

Указанные упрощения вполне оправданы, поскольку основная цель работы -исследование возможностей интерполяционного алгоритма обработки сигнала и влияния параметров отдельных звеньев ОЭД, а не конкретной измерительной системы в целом.

Результаты измерений

Отношение сигнал/шум	СКП
Q	N = 8; R = 1	N = 8; R = 0,3
5	0,2456	0,2500
10	0,0817	0,2829
20	0,0407	0,2166
50	0,0196	0,1872
100	0,0138	0,1580
300	0,0048	0,1505
1000	0,0023	0,1440

Рис.3

Комментарии к графикам зависимостей

Из зависимостей , полученных при моделировании видно, что

использование АЦП с R=1 даёт меньшие значения СКП измерения координат точечного объекта при различных значениях отношения сигнал/шум, т.к. больший радиус кружка рассеивания АЦП ведёт к уменьшению погрешности квантования, которая распределена равномерно в пределах , где h - шаг квантования равный .

При Q < 5, кроме погрешности квантования, очень сильно влияют погрешности, вызываемые наличием шумов. Даже, используемый алгоритм интерполяции сигналов, снимаемых с отдельных элементов ПЗС-структуры по методу наименьшего СКО даёт СКП измерений координат малоразмерного объекта равные десятым долям элемента.

Число разрядов АЦП	СКП при R = ; Q =
N	R = 1; Q = 100	R = 1; Q = 10
1	0,1768	0,2031
2	0,0614	0,109
3	0,0531	0,0873
4	0,0234	0,0945
5	0,0186	0,0778
6	0,0156	0,0835
7	0,0129	0,103
8	0,0101	0,0926
9	0,0116	0,1022
10	0,0124	0,0808
11	0,0135	0,0687
12	0,0141	0,0736
13	0,0112	0,0847
14	0,0117	0,0566
15	0,0145	0,1067
16	0,0114	0,1032

Рис. 4