基于中轴线像长匹配的靶场单站姿态测量方法

目前,靶场姿态测量以多台套交会测量为主,对于单站姿态测量尚没有较好的解决方案。为了解决该问题,以投影轴对称目标为例,提出了一种基于中轴线像长匹配的单站姿态测量方法。将透视投影拓展为2种等效形式,将体现目标姿态状态的中轴线向像面透视投影,可获得中轴线的投影像长或在等效物面的等效物长,根据目标中轴线的先验长度、相机内外参数及成像信息,经像长匹配即可获取目标的偏航角和俯仰角;实际工程试验验证了该算法的可行性,偏航角精度为1.7°,俯仰角精度约1°,满足靶场单站测姿需求;并对姿态测量模型关键因素进行了误差分析。该方法可适用于非投影轴对称目标。     

基于物距辅助的单站姿态处理方法

为了解决靶场姿态测量系统中远距离单站测量易出现不稳定解或解不收敛的难题,从而为靶场常规中远距离光学单站姿态处理提供可行方案,在某参与计算特征点物距可获取的前提下,提出了一种物距辅助的单站姿态信息获取方法;首先提出物面连续离散化等效计算像长的方法,在此基础上,以像长为匹配元素建立单站透视姿态测量模型,然后以炮管为例对算法进行试验验证,最后对关键影响因素进行误差分析。结果表明:偏航角、俯仰角相对真值的均方根误差分别为0.97°、0.90°;所提方法可拓展至飞机类非轴对称回转体目标单站飞行姿态的处理。     

无人直升机自主着舰的光学3D测量解析算法

推导了一种用于无人直升机自主着舰的相对位姿单目单帧视觉测量算法。设计了基于正方形主特征的着降区域平面特征图案,根据几何透视投影学理论,采用摄像机针孔模型,以特征图案主正方形四角点的物理坐标和图像坐标作为输入,并以正方形邻边的垂直特性作为束缚条件,推导出了位置和姿态6个参数的解析表达式。通过在实验室环境下对真实图像的测量表明,当特征图案主正方形边长为0.1m(等效实际甲板特征图案边长1m)和相对距离为1m(等效实际距离10m)左右时,位置参数RMS误差小于0.2cm(等效为2cm),姿态参数RMS误差小于1.2°,算法具有很好的稳定性,可用于无人直升机着舰过程中的位姿测量。     

指向精度对光学姿态测量精度的影响分析

为验证光轴指向误差对光学姿态测量精度的影响程度,并为后续实况类设备实现姿态测量提供理论依据,以中轴线法为依据,对算法步骤进行拆分,并对光轴指向误差的影响进行溯源,得出指向误差影响姿态处理结果可从两个方面进行分析。同时对模型内交会算法的直接影响和模型外动态基准的间接影响进行推导分析,将仿真计算和实测数据进行结合验证,获取了在典型中长远光学姿态测量中指向误差200″对姿态角误差不超过0.1°的结论,为现有姿态测量可靠性分析以及后续靶场设备能力拓展奠定了理论基础。     

基于弱透视成像模型的目标三维姿态测量

为了准确获取空间目标跟踪、视觉导航等领域中目标的三维姿态,进行了目标三维姿态单目视觉测量方法研究.提取图像目标的典型特征点构造出直角三角形,并通过其边长比例先验信息以及弱透视成像模型推导出目标三维姿态的单目解算算法.与传统测姿方法相比,该算法在相机焦距等内参量未知条件下依然可解算姿态,增大了测姿应用范围;与传统迭代测姿方法相比,避免了循环迭代求解过程,无需设置迭代初值,提高了解算效率.数值仿真试验结果表明目标在离相机1~3km成像时姿态测量误差低于1.5°;实际图像序列测量结果表明目标俯仰角和偏航角测量结果拟合残差小于1°,翻滚角拟合残差小于2°.实验验证了算法的正确性和稳定性,表明该算法在内参量未知条件下能有效测量中远距离成像目标三维姿态.     

基于目标特征点比例的单站图像定姿方法

 为提高靶场实况记录设备的姿态测量能力,提出了一种针对实况记录图像的单站定姿方法,可以利用目标特征点坐标的比例信息快速准确地获取目标三维姿态。分析了目标成像模型及坐标系间位姿参数关系;推导出含特征点坐标比例的共线方程,采用迭代求解获得目标姿态参数;分析了算法的可行性及误差来源。仿真实验表明：该算法求解精度高,鲁棒性好,具有较强的工程实用性。     

基于多视场星敏感器的姿态确定方法

星敏感器是目前航天器姿态测量精度最高的器件,与传统的单视场星敏感器相比,多视场星敏感器可以实现三轴同样高精度的姿态测量,提高姿态测量精度。针对单视场星敏感器姿态确定问题,推导了以最小代价函数为指标的QUEST姿态确定算法。对于多视场星敏感器,通过坐标变换方法将多个视场的导航星矢量转换到同一视场中,再利用QUEST算法得到航天器姿态。最后仿真结果表明,坐标变换后进行姿态确定得到的姿态数据与单个视场所得的姿态数据相同,验证了方法的正确性。     

安全距离和成像尺寸约束的超大视场红外系统车载应用关键参数论证

在现有车载辅助驾驶系统中，可见光成像系统难以有效应用于夜晚、雨、雾、霾等低照度不良天气。红外成像系统有效克服了上述不足，但传统车载红外系统存在视场角小、视野盲区大的缺点。研究了超大视场红外系统的车载辅助驾驶应用，提出了基于安全距离和成像尺寸联合约束的超大视场红外系统关键参数论证方法。通过分析等距投影成像规律，建立了超大视场红外系统车载应用的安全距离约束模型和成像尺寸约束模型，以极限速度对应的探测最近距离和二维Johnson准则约束下的“发现”最远距离来验证超大视场红外车载系统的可行性，计算了视场角等关键参数。经过理论论证和分析，超大视场红外车载系统的镜头焦距/像元尺寸范围需在[276.1 521.3]范围之内。通过开展系统试验，设计了水平视场角为140°的超大视场红外成像系统，满足了对人的发现距离大于130 m的要求，进而可用于车辆辅助驾驶。     

单目图像中姿态角估计的坦克目标测距方法

为了克服经典成像测距对相机姿态和视差信息依赖的问题,以观瞄发控装置的电荷耦合器件获取的单目图像为研究对象,提出了基于姿态角估计的坦克目标测距方法.该方法首先利用多级尺度不变特征变换匹配算法实现目标姿态角的快速估计,获取与当前目标姿态偏差最小的模板;然后利用该模板和目标图像模拟立体视觉,建立不依赖于相机姿态和视差的单目测距模型.该模型在远距离测距和小角度偏差的前提下,将模板中的匹配特征点投影到等效平面世界坐标系中,建立被测坦克图像点及其空间点的映射关系,将测距问题转化为对相机外参量的标定,从而求解出相机中心到坦克中心的距离.采用200m到2 500m范围内的坦克验证测距方法的性能,对测量误差随距离的变化规律进行分析,并将其与不同射程时导弹末制导交班的最大容许误差进行对比.结果表明,该方法适用于观瞄发控装置获取的任意姿态图像,实现了野战条件下单兵反坦克武器系统的远距离、快速测距;测量结果中相对误差小于4.9%,绝对误差小于87.7m,满足导弹各个射程的最大容许误差的要求.     

高速电视测量光学系统设计及其在航天靶场中的应用

高速电视测量仪主要用于完成导弹和运载火箭发射试验任务中点火、起飞、飞离塔架过程中横向漂移量测量以及初始段高精度弹道测量、高帧频实况景象记录任务。为适应航天靶场测控任务的需要,持续提升我国航天靶场的光学测控水平,设计了一套焦距为25~350 mm的连续变焦光学系统。该系统可以根据不同的任务需要和布站条件,改变镜头焦距,调整摄像机的视场,确保目标在视场中成像占一定比例。另外,该系统增加了高速电视测量仪的跟踪测量距离,并有效解决了定焦光学系统相机成像时容易出现倒影、重影以及存储图像上有干扰条纹现象等问题。     

高精度光电弹道测量系统

 利用光电跟踪系统实时测量导弹类飞行目标已成为靶场测试手段的发展趋势之一,光电跟踪系统需要具备高精度跟踪高速飞行目标、实时输出目标飞行轨迹数据以及目标飞行姿态等实时图像信息。提出一种新型车载光电弹道测量系统,应用高强度轴承改善角位置输出的稳定性;利用再生反馈控制技术抑制跟踪快速目标时产生的滞后误差,提高光电弹道系统的测量精度;将测量数据归一化为垂线测量坐标系中的测量值,以20 ms的刷新率对外输出;提出模拟航路检测方式,可在野外条件下完成对光电设备性能检测,实际稳态跟踪精度可达到0.21 mrad。     

基于修正平行投影法的飞行姿态测量

摄影系统的成像满足透视投影模型,使用平行投影法做飞行姿态交会存在模型误差。依据在目标成像的中轴线通过像面中心的时候,平行投影法和透视投影法有相同的成像特征这一事实,提出了一种无模型误差的修正平行投影法。在判读出目标图像中轴线的斜率K和截距L的情况下,假设摄影系统的高低角再旋转atan(L/K)度,使得旋转后图像的中轴线过像面的中心点。依据透视投影模型,计算出旋转后图像中轴线的斜率,再使用此斜率做平行投影交会。仿真结果表明,该方法可以很好的消除由平行投影模型带来的模型误差,为空间目标姿态交会提供了更精确的计算结果。     

一种远程HPM测量数据采集系统的设计与实现

为获取某型高功率微波辐射系统辐射至空中靶目标处(数十m至数百km处)的微波脉冲参数,基于某升空平台无线数传链路,设计了一种结构简单、紧凑的远程无线高功率微波辐射场测量数据采集系统。该系统具备运行状态动态指示、测量参数远程设置以及波形数据实时显示等功能,质量小于2 kg,瞬时动态范围大于15 dB。试验结果表明:测量系统具备高重频微波脉冲参数测量能力,能实时有效捕获辐射场微波波形,运行稳定可靠,可满足百km级距离上的空中辐射场测量需求。     

电视形心跟踪技术在260激光电视电影经纬仪上的成功应用

本文论述了新近研制成功的一种靶场测量用光电设备—260激光电视电影经纬仪,用于对飞行器进行外弹道测量。它能以半自动跟踪、电视自动跟踪及数学引导三种方式跟踪被测目标,具有很高的跟踪测量精度和很强的实时测量、实时输出能力。设备上加装的激光测距系统,使其具有单站定位能力。设备上的数字化实时电视形心跟踪器是由视频处理器、投影处理器与跟踪窗控制器等组成。它采用了TMS320系列的高速数字信号处理芯片组成的多微机并行处理结构及流水线技术,并与巧妙设计的模拟图象预处理技术相结合,成功地通过了室内检测、机场试验和外场校飞,曾以很高的回波率对不装合作目标的掠海导弹进行单站跟踪测量,距离达到10.4km。研制和现场实用结果证明,采用这种实时图象跟踪技术,使靶场光电设备增添了优异的性能。     

用于中小型飞行模拟器的球带幕投影镜头的光学设计

针对现有沉浸式飞行模拟器进一步小型化和低成本化的需求,设计了一款应用于中小型飞行模拟器的球带幕投影镜头。论文确定了投影方案中各部件(球带幕、投影机、投影物镜)的关键参数,设计的球带幕投影镜头具有172°的视场角和6∶1的反远比,将一台装有该镜头的投影机置于银幕上沿就可以将画面投满整个球带幕。文中给出了大视场、大反远比光学系统的构造方法,对大视场非相似成像系统中的畸变、场曲和相对照度进行了分析和讨论,并给出了改善照度均匀性的有效途径。该镜头以8片透镜的低成本结构满足了4 k分辨率的高质量投影需求,在奈奎斯特频率185 lp/mm处全部视场的MTF值均达到了0.4以上,且具有良好的工艺性。     

高分辨率光学遥感卫星小目标法在轨辐射定标

辐射定标是卫星遥感信息定量化的关键技术之一。高分辨率光学遥感卫星小目标法在轨定标将目标反射率的现场测量转换为实验室高精度测量,以实际测量代替气溶胶散射特性假设,通过简化辐射传输计算获取大气透过率与遥感器入瞳辐亮度,根据遥感器系统PSF检测结果将小目标的辐射响应与背景辐射相分离,降低对场区背景环境要求的同时提高了绝对辐射定标精度。试验结果分析表明,高分辨率光学遥感卫星传感器小目标法在轨辐射定标不确定度优于3%,与大面积辐射校正场或灰阶靶标法的定标结果差异3.65%,小目标法有望在全谱段范围实现高分辨率光学遥感卫星传感器的全动态范围定标与几何检校。     

云与气溶胶光学遥感仪器发展现状及趋势

气溶胶是影响地球气候和环境的不确定因素之一,星载被动光学遥感具有大视场、宽波段、高时空分辨率等优势,已成为云与气溶胶探测的有效手段之一。本文简述了云与气溶胶光学遥感探测的必要性和可行性,详细介绍了国内外典型云与气溶胶光学遥感仪器的系统组成、主要技术参数和方案特点,并基于现有仪器的不足和气溶胶反演需求,指出了云与气溶胶光学遥感仪器的发展趋势,给出了新一代云与气溶胶光学遥感仪器的方案设计结果。集成大视场、中等分辨率、多角度、多光谱、宽谱段、长寿命的高精度偏振测量是新一代星载云与气溶胶光学遥感探测仪的首选方案和发展趋势。     

像增强器系统对GJ-341小型遥控光电经纬仪测量精度的影响分析

GJ 3 4 1小型遥控光电经纬仪在高速摄影机中采用了像增强器系统 ,提高光增益 ,亦即提高了暗、弱目标的信噪比。由于增强器系统具有复杂的、不容忽视的畸变效应 ,使得GJ 3 4 1小型遥控光电经纬仪在实现对暗、弱目标摄影记录的同时 ,也给测量测度带来了很大的影响。分析了造成这种影响的成因。用“网络板”法对像增强器系统的误差进行了实际测量 ,并讨论了如何消除其对GJ 3 4 1小型遥控光电经纬仪测量精度带来的影响