Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017, № 11. Часть 2

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
 
16+ 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 11 
 
 
Часть 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2017 

УДК 621.86/87                                                                             ISSN 2071-6168 
 
Известия Тульского государственного университета. Технические науки.  
Вып. 11: в 3 ч. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 251 с. 
 
Настоящий выпуск сборника «Известия Тульского государственного университета. Технические науки» составлен по результатам и докладам XIV Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы проектирования и производства систем и 
комплексов». Рассматриваются проблемы и основные направления совершенствования 
вооружения и военной техники в современных условиях; методы моделирования, применяемые при проектировании вооружения; результаты расчетно-экспериментальных 
исследований, проводившихся в целях совершенствования вооружения; методы и средства экспериментальных исследований и отработки изделий; вопросы безопасности 
личного состава войсковых подразделений и конверсионные работы. 
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, 
студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике технических наук. 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, М.А. БЕРЕСТНЕВ, В.Н. ЕГОРОВ, 
О.Н. ПОНАМОРЁВА, Н.М. КАЧУРИН, В.М. ПЕТРОВИЧЕВ  
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), С.Н. Ларин (зам. отв. редактора), 
Б.С. 
Яковлев 
(отв. 
секретарь), 
И.Л. 
Волчкевич, 
Р.А. 
Ковалев,  
М.Г. Кристаль, А.Д. Маляренко (Республика Беларусь), А.А. Сычугов,  
Б.С. Баласанян (Республика Армения), А.Н. Чуков  
 
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 

 

Сборник 
зарегистрирован 
в 
Федеральной 
службе по надзору в сфере связи, информационных 
технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).  
ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г.  
«Известия 
Тульского 
государственного 
университета» входят в Перечень ведущих научных 
журналов и изданий, выпускаемых в Российской 
Федерации, в которых должны быть опубликованы 
научные результаты диссертаций на соискание учёной 
степени доктора наук 
 
 
© Авторы научных статей, 2017 
© Издательство ТулГУ, 2017 

БАЛЛИСТИКА (ВНЕШНЯЯ, ВНУТРЕННЯЯ) 
 
 
 
 
УДК 621.932 
 
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ  
ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА  
НА ОСНОВЕ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ 
 
С.Л. Погорельский, В.М. Понятский,  
Е.А. Макарецкий, А.С. Гублин, А.В. Овчинников 
 
Рассматриваются способы повышения точности измерения параметров траектории движения объекта слежения за счет использования гиперспектральных видеокамер. Выполнены обзор и анализ типов гиперспектрометров. Приведена блоксхема акустооптического спектрометра. Представлены технические характеристики современных гиперспектрометров.  
Ключевые слова: комплексирование, гиперспектрометр, спектральный анализ. 
 
В статьях [1 – 2] авторами показана возможность повышении точности измерения параметров траектории движения объекта за счёт комплексирования обработки видеоинформации с нескольких телевизионных 
пеленгаторов, при этом вопрос выбора количества пеленгаторов, их типа и 
характеристик не освещен в должной мере. Следует отметить, что обработка информации по всех каналам должна проводиться параллельно в 
режиме реального времени, в противном случае результаты комплексирования не могут считаться достоверными.  
Одним из перспективных вариантов пеленгаторов являются гиперспектральные средства видеорегистрации. Их отличительной особенностью является потенциальная возможность одновременной регистрации 
видеоизображении в различных участках спектра. Современные гиперспектрометры отличаются от классических монохроматоров или трехцветных систем лучшим спектральным разрешением, большей стабильностью 
калибровки и высоким качеством изображения. Измерительные системы 
на основе гиперспектрометров универсальны и могут быть адаптированы 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 2 
 

4 

для различных областей применения путём подбора нужного типа и количества спектральных полос, а также разрешения в каждом диапазоне. С 
практической точки зрения в дневных условиях оптимально использование 
диапазона 0,4…1 мкм, для ночных условий оптимально использование  
диапазона 7…14 мкм.  
Использование гиперспектрометров в рамках поставленной задачи 
может быть условно поделено на два этапа:  
- формирования базы данных спектральных коэффициентов яркости 
различных объектов и фонов с последующим выделением отличительных 
сигнатур целевых объектов, что позволит определить количество рабочих 
каналов; 
- интегрирование гиперспектральной системы в существующий 
комплекс совместно с разработкой алгоритмов комплексирования видеоинформации.  
Для реализации первого этапа необходимо использование гиперспектрометра, работающего в широком диапазоне с большим числом каналов. На данном этапе также важно оценить ресурсоемкость вычислительных операций с целью адаптации системы для работы в режиме реального 
времени. По результатам работ первого этапа могут быть сформированы 
рекомендации по выбору гиперспектральной камеры (мультиспектральной), применяемой на втором этапе.  
Гиперспектрометры могут быть конструктивно выполнены на основе дифракционных решеток, призменных систем, акустооптических 
фильтров (MPS), Фурье-спектрометра (интерферометра Майкельсона), а 
также в виде однокристального гиперспектрального сенсора (Filter-onchip).  Анализ предметной области показал, что наиболее подходящими 
для решения поставленной задачи являются гиперспектральные регистрирующие системы видимого и ближнего ИК- диапазонов на основе акустооптических фильтров, а также на основе гиперспектральных матриц.  
Блок-схема акустооптических спектрометров изображения видимого и ИК-диапазонов приведена на рисунке.  
 

 
Блок-схема акустооптических спектрометров изображений  
видимого и ИК-диапазонов 

Баллистика (внешняя, внутренняя) 
 

5 

Основными узлами спектрометров являются входной объектив, определяющий поле зрения спектрометра изображения и формирующий необходимые параметры светового пучка в монохроматоре; акустооптический монохроматор изображений, производящий спектральную селекцию 
излучения; выходной объектив, создающий изображение анализируемого 
объекта на фотоприемной матрице; чувствительная монохромная видеокамера. С целью унификации в обоих спектрометрах, разработанных на видимый и на ближний ИК-диапазоны, используются однотипные входные и 
выходные объективы, отличающиеся размером промежуточной диафрагмы, задающей угловое поле световых пучков в монохроматоре [3].  
Сводные данные с характеристиками гиперспектральных видеокамер представлены в таблице.  
 
Характеристики современных гиперспектрометров 
 

Характеристика 
Модель гиперспектральной камеры 

S185 SE 
S485 
XL 450 
S128 
VIS 
S137 
NIR 
Q137 NIR 
S219 C6 

Технология  
MPS 
MPS 
Filteron-chip 
Filteron-chip 
Filter-onchip 
Single 
Sensor 

Количество спектральных 
каналов  
125 
125 
16 
(mosaic) 
25 
(mosaic) 
25 
(mosaic) 

RGB + 3 
(на выбор) 

Спектральная производительность, ед/кадр  
2500 
3600 
140000 
85000 
85000 
1000000 

Спектральный диапазон, 
нм  
450-950 
450950 
475-620 
600-875 
600-875 
3801100 

Спектральное разрешение, 
нм 
8, 532 
10, 532 
20 
20 
20 
20 

Спектральный интервал, 
нм  
4 
4,5 
20 
20 
20 
10 

Разрешение сенсора, 
мпикс  
1 
1 
2048x10
24 
2048x10
24 
2048x102
4 
1296x96
6 

Частота съёмки, куб/сек  
up to 15 
20 
20 
20 
20 
5 

Время измерения, мсек  
0,1-1000 
0,11000 
0,1-1000 
0,1-1000 
0,1-1000 
0,1-1000 

Тип сенсора 
Si CCD 
Si CCD
Si 
CMOS 
Si 
CMOS 
Si CMOS 
Si CCD 

Разрядность сигнала, бит  
12 
12 
10 
10 
10 
10 

Максимальное отношение 
сигнал/шум (SNR), дБ  
58 
58 
39 
39 
39 
39 

Динамический диапазон 
(Dinamic Range), дБ (dB) 
68 
68 
58 
58 
58 
64 

Вес без объектива, грамм  
490 
1200 
300 
300 
600 
600 

Питание  
8Вт , 
12В 
8Вт , 
12В 
9-24В , 
15Вт 
9-24В , 
15Вт 
5В , 15Вт 
9-24В , 
15Вт 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 2 
 

6 

Анализ таблицы позволяет сделать вывод, что гиперспектрометры, 
выполненные по технологии «Filter-on-chip», обладают более узким спектральным диапазоном в сравнении с гиперспектрометрами на основе акустооптических фильтров «MPS», но при этом позволяют осуществлять 
съемку с большей спектральной производительностью. 
Обработка гиперспектральных данных представляет собой задачу 
спектрального анализа. Необходимым инструментом анализа являются 
спектральные библиотеки – базы данных, содержащие, информацию об 
отражательной способности материалов на различных длинах волн. Обработка гиперспектральой информации включает следующие основные этапы. 
1. Предварительная обработка, включающая радиометрическую 
коррекцию (устранение искажений за счет неравномерности чувствительности элементов детекторов, учет влияния атмосферы); геометрическую 
коррекцию (устранение сдвига, учет кривизны Земли; особенностей ландшафта); географическая привязка, синтез цветных и псевдоцветных изображений из канальных изображений.  
2. Повышение качества изображений, включая контрастирование; 
фильтрацию с использованием различных фильтров; подчеркивание границ; совмещение изображений, полученных в разных спектральных каналах, и т.п.  
3. Формирование спектров для всех пикселей гиперспектральных 
изображений, их отдельных фрагментов или в пределах выделенных контуров.  
4. Тематическая обработка, заключающаяся в классификации изображений (контролируемой, неконтролируемой) на основе различных подходов: детерминированного, непрерывно-группового, синтаксического, 
статического, нечеткого, нейрокомпьютерного и др.; оптимизации числа 
используемых спектральных каналов  гиперспектральных изображений 
для решения конкретных задач; выявлении изменений в изображениях для 
анализа динамических свойств исследуемых объектов, процессов и явлений.  
5. Интерпретация гиперспектральных изображений, заключающаяся в выявлении  признаков; восстановлении  параметров исследуемых элементов изображений; символьном представлении результатов; семантической интерпретации и др. 
6. Формирование  временных рядов тематически сегментированных 
гиперспектральных изображений.  
7. Сопоставление результатов обработки разновременных и разнотипных гиперспектральных изображений.  
8. Анализ результатов обработки и формирование обоснованных 
рекомендаций для принятия решений.  

Баллистика (внешняя, внутренняя) 
 

7 

В настоящее время существует ряд программных комплексов, 
предназначенных для обработки гиперспектральных  изображений, разработанных различными организациями, основными из которых являются 
«ENVI» («EXELIS»); «ERDAS ErMapper», «ERDAS Imaging» («Intergraph», 
«ERDAS»); GEOMATICA (PCI Geomatics); «Аспект-Стат», «Шелл», 
«Мультикласс», 
«Динкласс» 
(НИИ 
«Аэрокосмос»); 
«Сканмэджик», 
«ScanEx Image Processor» (НТЦ «СканЭкс»). Большинство программных 
комплексов направлено на решение задач гиперспектральной обработки  
информации, полученной в процессе дистанционного зондирования, и не 
может быть использовано в рамках задачи слежения за траекторией  
движения объекта в реальном времени, в связи с чем требуются разработка 
алгоритмов и создание программного специализированного обеспечения 
для автоматического обнаружения и слежения за траекторией движения 
цели. 
 
Список литературы 
 
1. Повышение точности измерения параметров объектов на изображении с использованием алгоритмического комплексирования/ С.Л. Погорельский, В.М. Понятский, Е.А. Макарецкий, А.С. Гублин, А.В. Овчинников// Известия Тульского государственного университета. Технические 
науки. 2016. Вып. 12. Ч. 2. С. 147 – 154. 
2. Макарецкий Е. А., Гублин А. С. Комплексирование информации 
нескольких измерительных каналов методами многозначной логики//Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания 
образов, обработки изображений и символьной информации: сб. материалов междунар. конф. Курск, 2015. С. 224 – 226. 
3. Гиперспектральные регистрирующие системы видимого и ближнего ИК-диапазонов на основе акустооптических фильтров/ М.М. Мазур, 
В.Н. Шорин, В.М. Епихин, Ю.А. Судденок, Ю.Ф. Кияченко, Л.И. Мазур, 
Л.Л. Пальцев// Гиперспектральные приборы и технологии: сб. тезисов докладов научно-технической конф. Красногорск, 2013. С. 35 – 38. 
 
Погорельский Семён Львович, канд. техн. наук, нач. отделения, kbkedr@tula.net, 
Россия, Тула, АО «КБП», 
 
Понятский 
Валерий 
Мариафович, 
канд. 
техн. 
наук, 
нач. 
сектора, 
pwmru@yandex.ru, Россия, Тула, АО «КБП», 
 
Макарецкий Евгений Александрович, д-р техн. наук, доц., проф., maka
retsky@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет, 
 
Овчинников Александр Викторович, канд. техн. наук, доц.,  admin_telex@mail.ru, 
Россия, Тула, Тульский государственный университет, 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 2 
 

8 

Гублин Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доц., GublinAS@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет 
 
THE IMPROVEMENT OF MEASUREMENT ACCURACY OF THE OBJECT MOVEMENT 
TRAJECTORY PARAMETERS BASED ON HYPERSPECTED PROCESSING 
 
S.L. Pogorelsky, V.M. Ponyatsky, E.A. Makaretsky, A.V. Ovchinnikov, A.S. Gublin 
 
The article is dedicated to ways of increasing the accuracy of measuring the trajectory parameters of the tracking object by using hyperspectral cameras. A review and analysis 
of the types of hyperspectrometers was performed, and a block diagram of the acoustooptic 
spectrometer is given. The technical characteristics of modern hyperspectrometers are presented. 
Key words: complexation, hyperspectrometer, spectral analysis. 
 
Pogorelsky Semen L’vovich, candidate of technical sciences, head of department, 
kbkedr@tula.net, Russia, Tula, JSC "KBP", 
 
Ponyatsky Valeriy Mariafovich, candidate of technical sciences, head of group,  
pwmru@yandex.ru, Russia, Tula, JSC "KBP", 
 
Makaretskiy Eugene Alexandrovich, doctor of technical sciences, docent, professor 
of department, makaretsky@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University, 
 
Ohchinnikov Alexander Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, ad
min_telex@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University, 
 
Gublin Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, Gubli
nAS@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University 
 
 

Баллистика (внешняя, внутренняя) 
 

9 

УДК 629.13; 621.455 
 
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ЛА  
В ЗОНЕ ОКОЛОДУЛЬНОГО ТЕЧЕНИЯ В РЕЖИМЕ  
СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА 
 
И.Н. Курилов, В.М. Грязев, Н.В. Могильников 
 
Рассматривается вариант расчета параметров движения ЛА в зоне околодульного течения, предполагающий предварительную аппроксимацию результатов 
решения газодинамической задачи.  
Ключевые слова: математическое моделирование, движение твердого тела, 
нестационарные газодинамические процессы. 
 
Задача расчета параметров движения твердого тела в зоне нестационарного осесимметричного течения имеет достаточно широкое прикладное значение, одной из областей приложения которой является расчет 
параметров движения летательного аппарата (ЛА) в зоне околодульного 
течения. 
Основными особенностями данного процесса являются малые угловые перемещения тела, что позволяет использовать допущение об осевой симметрии течения. В то же время данные угловые перемещения являются источником формирования параметров вращательного движения 
тела относительно центра масс, которые необходимо определять по результатам решения данной задачи. Возможным вариантом решения здесь 
может быть комбинация математических моделей процесса, при которой 
параметры околодульного течения определяются из двумерного решения 
задачи расчета нестационарного газодинамического течения невязкого 
многокомпонентного газа с учетом влияния продольного перемещения тела в зоне течения, а параметры движения тела определяются с использованием полной системы уравнений движения твердого тела.  
Для реализации подобного подхода необходимо связать значение 
продольной силы 
x
F , определяемой из решения газодинамической задачи, 
с нормальной силой 
y
F  и моментом тангажа 
z
M , что возможно для мало
го угла атаки α  с использованием следующих соотношений [1]: 

α
α
x
x
y
F
F
F
≈
=
sin
,         
d
x
z
x
F
M
α
=
. 

В приведенных соотношениях 
d
x
 – координата центра давления, 
которая определяется как координата центра тяжести эпюры поперечной 
силы давления.  
Несмотря на предложенное значительное упрощение процедуры 
решения подобной задачи, время ее решения остается достаточно большим, что связано с реализацией расчета параметров газодинамического те

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 2 
 

10 

чения. Это не позволяет использовать подобное решение при определении 
значений статистических характеристик параметров движения, расчет которых необходим при расчете характеристик рассеивания методами имитационного моделирования стрельбы.  
Возможным выходом из подобной ситуации может быть аппроксимация результатов предварительного численного решения газодинамической задачи, которая сводится к определению зависимости продольной силы от перемещения: 
)
(x
f
Fx =
, где 
d
x
x
/
=
 – относительное перемещение 
тела от дульного среза в калибрах (d  – калибр).  
При нахождении подобной зависимости следует иметь в виду, что 
изменение продольной силы от перемещения носит достаточно сложный 
характер (рис. 1), а конкретные значения продольной силы зависят от таких факторов, как давление на дульном срезе 
∂
p  в момент выхода изделия, 
его калибр, дульная скорость, конфигурация кормовой части. 
Проведенные предварительные расчеты показали, что задавать относительное изменение продольной силы удобнее в безразмерном виде с 

использованием табличной функции 
∂
=
p
d
F
P
x
x

2
/
4
π
, полученной для 
некоторых конструктивных вариантов изделий, в качестве аргумента которой используется относительное перемещение 
d
x
x
/
=
. 
Пример задания подобной функции для одного из изделий со сверхзвуковой начальной скоростью приведен в табл. 1. 
 
Таблица 1 
Изменение продольного усилия от перемещения тела  
в зоне околодульного течения со сверхзвуковой начальной скоростью 
 

x  
0 
0,5 
1,0 
1,5 
2,0 
2,5 
3,0 
3,5 

x
P  
1 
0,723 
0,403 
0,283 
0,180 
0,085 
0,041 
0,021 

x  
4,0 
6,0 
8,0 
11,0 
14,0 
18,0 
22,0 
25,0 

x
P  
0,0123 
0 
0,0013 
0,0038 
0,003 
0,002 
0,001 
0 

 
Из табл. 1 видно, что продольное усилие на участке 
=
x
8-25 не 
превышает 0,4 % от усилия на дульном срезе. 
Вариантами, требующими проведения предварительного газодинамического расчета, будут конфигурации кормовой  части с жестким стабилизатором и при отсутствии последнего, а также дозвуковая или сверхзвуковая дульная скорость изделия. 
Для случая наличия жесткого стабилизатора и сверхзвуковой скорости движения основным участком, на котором формируются параметры 
углового движения будет участок протяженностью около 7 калибров. При 
последующем перемещении наблюдается многократное изменение на