一种目标遮挡情况下的自动跟踪控制方法

为解决自动跟踪过程中目标被遮挡导致丢失的问题,提出一种光电观瞄系统抗目标遮挡的自动跟踪控制方法。在正常跟踪状态时记录当前跟踪控制命令,当目标被遮挡后控制系统进入记忆跟踪状态时,对记录的若干组控制命令进行二次曲线拟合,预测出目标遮挡过程中的控制命令,从而预测目标的运动轨迹,保证自动跟踪的稳定性和可靠性。在目标突然转向或作变加减速运动的情况下,二次曲线拟合的预测误差不大于6%,远小于线性拟合的预测误差73%。该方法已被某型光电观瞄系统挂飞试验进行了验证,结果表明:在目标被短暂遮挡时,观瞄系统自动跟踪过程平稳,瞄准线稳定。     

一种陀螺稳定平台瞄准线漂移的惯性补偿方法

针对陀螺稳定平台系统中地球自转引起的瞄准线漂移问题，提出一种基于惯性姿态信息的瞄准线漂移补偿方法。该方法根据惯导系统解算得出的平台地理坐标和姿态信息计算出地球自转角速率在光电稳定平台坐标系上的投影，稳瞄控制单元利用该投影信息自动补偿平台上的速度反馈数据，消除由地球自转造成的瞄准线漂移。试验结果显示，使用该补偿方法后的方位漂移及俯仰漂移分别是1.69 mrad/h和1.84 mrad/h，远小于不加该补偿方法时的方位漂移6.89 mrad/h及俯仰漂移7.32 mrad/h，证明该方法可有效补偿瞄准线漂移。     

机载光电稳瞄系统实时被动测距方法研究

针对现有直升机机载光电稳瞄系统高精度角度测量和角速率测量的特点,提出一种利用测量目标相对角度和角度变化率等参数实现目标实时被动测距的方法。建立了机载稳瞄平台对地面固定目标定位的数学模型,提出利用系统旋转变压器测量目标角度,利用惯性速率陀螺测量目标角度变化率。该方法使得目标角度变化率的测量精度(优于0.1 mrad/s)比一般光学方法提高了一个数量级。利用扩展卡耳曼滤波(EKF)算法提高目标距离估算精度,保证测量结果的稳定性。理论仿真和外场验证实验结果表明,该方法可以实时估算目标相对载机的距离,适合于武装直升机快速实时目标定位。     

稳瞄惯导周视观瞄镜的设计

介绍一种中精度、低成本周视观瞄镜的设计方法，其特点是用一个机械陀螺同时实现稳瞄和惯导2项功能。利用陀螺罗经原理，使机械陀螺的敏感轴快速收敛于子午面和水平面的交线上，并借助陀螺定轴性和2自由度环架，使陀螺隔离运动载体的扰动；通过环架上的光电传感器测出运动载体的姿态角，使观瞄镜的瞄准线随动于陀螺的敏感轴，实现间接稳定。在瞄准过程中，瞄准线的调转指令以随动修正量的形式加入，通过姿态矩阵的解算，可获得运动载体扰动量沿稳瞄坐标轴方向的投影，即瞄准线随动陀螺轴的输入量。最后综合运动载体的姿态和里程计信息，可以实现导航功能。     

基于Matlab和ADAMS的光电稳瞄系统结构控制联合仿真

为了研究多轴多框架光电稳瞄系统的稳定精度并且避免推导其复杂的动力学微分方程,提出了利用Matlab和ADAMS进行光电稳瞄系统结构控制联合仿真的方法。研究了联合仿真模型的方位轴和俯仰轴单位阶跃响应,和在不同方向的随机线振动下的瞄准线惯性角速率,以及在2°、1Hz不同方向角扰动下瞄准线的稳定精度。仿真结果与理论定性分析吻合,表明联合仿真方法可行,可用于后续产品的开发。     

机载光电跟瞄平台动态准确度测试研究

分析了光电跟瞄平台的随动稳像准确度、稳定准确度和瞄准线稳定准确度等,提出了动态准确度的光电测试方法.通过搭建一定的试验环境,测试多传感器光电系统的光电跟瞄平台动态准确度的各项性能指标.研究结果表明,通过光电法测试光电跟瞄平台动态准确度的各项性能指标,可满足测试光电跟瞄平台和光电传感器系统动态瞄准准确度的要求,有利于复杂多传感器光电跟瞄系统的准确度分析与控制.     

一种光电吊舱安装误差的空中标定方法

针对传统光电吊舱安装误差地面标定需要借助专用仪器,反复调整以致操作繁琐的问题,提出了一种空中标定方法。在载机飞行过程中,通过选取视场内已知坐标的合作目标进行跟踪,利用载机位置、载机姿态、光电吊舱的观测指向角度、合作目标的位置等数据,对光电吊舱的安装误差角进行实时拟合解算处理,保证标定精度的同时,可极大节省工作量,提高效率。     

机载光电平台目标定位与误差分析

根据机载光电平台的特点,建立了6个坐标系统,进行了8次线性变换,构建了从光电平台成像系统像面坐标系到大地地理坐标系的目标定位数学模型。计算了目标在大地地理坐标系的经纬度和高程坐标,分析了各种测量参数对目标定位精度的影响。通过建立误差模型和仿真数据进行目标定位实验,采用蒙特卡罗方法统计目标定位误差。实验结果表明,载机经纬度误差、载机姿态角度误差及光电平台指向角度误差是影响目标定位精度的主要因素,其中载机经纬度误差直接传递到目标定位误差,载机姿态角度误差和光电平台指向角度误差大体上以10-4～10-2比例作用到目标定位误差。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。     

载机平台光电转塔目标定位的仿真算法

目标定位是光电转塔典型功能和任务之一，对其定位精度的考量也是转塔作战技术指标之一，针对该问题，从理论和仿真角度进行了分析。分析目标定位中用到的坐标系及其相互转换关系，给出光电转塔视轴反演、有源目标定位、无源目标定位的算法流程，通过仿真实验加以验证，考虑了定位过程中可能的随机误差来源，并分析是否采用均值滤波及其对定位结果的影响，最后通过Monte-Carlo分析计算了定位精度。分析结果表明:1）有源定位比无源定位的精度高，在仿真假设条件下，精度约提高1倍；2）均值滤波后，定位精度有较大提升（约提高15倍）；3）18 km距离时典型无源定位精度在80%置信度条件下约为39.4 m；4）统计直方图反映出80%置信度CEP半径及最大误差距离随载机位置、姿态、转塔视轴等（体现在目标载机距离上）不同参数的变化结果。     

光电成像系统超分辨成像技术方法研究

提出一种提高现有光电观瞄系统成像空间分辨率的新方法.在不改变阵列探测器件像元尺寸和不移动探测器的前提下,利用双光楔的较大移动使像平面发生微小位移,实现对探测器各相邻像元和不感光间隔目标进行微位移采样,提高目标信息的采样率,通过超分辨重建技术来提高系统的分辨能力,达到提高光电观瞄系统空间分辨率的目的.实验结果表明:该方法绕开了微小位移探测器需要克服的技术难题,同时避开了直接减少像元尺寸的工艺问题,且成像分辨率高.     

低空摄影测量在弹丸落点坐标测试中的应用

靶场现有落点坐标测试设备大多数基于地面观测平台,存在通视要求的局限性,无法及时预测落点概略坐标,且对于连发密集型射击试验无法区分弹序。针对该问题,根据物点与像点的几何位置关系,提出了3种将观测平台设置为空中的无人机弹丸落点测量方法:内差法、距离比例法以及求解姿态角法。介绍了3种算法的基本原理和数学模型,然后结合模拟试验现场的测试数据对3种方法进行了验证,最后计算出满足要求所需要的相机最低技术指标。实验结果表明:内差法和比例法测量精度低于3 m,求解姿态角法的精度小于0.3 m。     

基于单目视觉的矩形靶面弹着点测量

目前机器视觉技术广泛应用于弹着点坐标的测量领域,针对双目视觉技术标定、演算复杂的问题,提出一种基于单目视觉技术的弹着点测量方法。通过图像处理技术定位出靶面4个角点以及弹着点像素坐标,采用矩形P4P方法解算出靶面坐标相对于相机坐标系的位姿,根据单目视觉成像原理计算出弹着点在靶面的实际坐标。根据该方法成功测量出了实验中靶面弹孔的坐标,最大测量误差为2.3 mm。结果表明,该方法可以快速、精确测量靶面与相机的位姿关系以及弹着点的坐标。     

无人机光电设备对地目标单站无源定位方法北大核心CSCD

光电侦察设备已广泛应用于中小型无人机对地侦察,为实现无激光测距信息的无人机光电设备对地目标单站无源定位,提出了基于虚拟椭球的单站无源定位方法,构建了对地目标单站无源定位模型。利用空间射线与虚拟椭球交汇原理,通过等效方位角和等效俯仰角解算、目标高度估计和目标定位解算等步骤,实时获取目标的大地坐标。仿真结果表明,高度估计误差低于500 m条件下,单站无源定位方法可实现经纬度定位精度为10−3°、高度定位精度为150 m的三维目标定位,可实现高于50%置信度的优于10%R无源定位精度的相对定位。     

A camera calibration method for large field optical measurement

A camera calibration method is presented for large field optical measurement, where the camera is close to the ground and the control points can only be located close to the ground, too. In such conditions, the camera's optical center and the control points are approximately coplanar. Only a single image of these control points captured by the camera in measurement state is used in the method. Neither to distribute the control points in space rationally nor to calibrate the camera's intrinsic parameters in laboratory in advance is needed. By the presented method, the camera's principal point position, focal length, radial and transverse tangency lens distortion coefficients, and the camera's position and attitude parameters can be estimated precisely. Then the calibration results can be used for precise large field optical measurement in the conditions that the camera's longitudinal tangency lens distortion can be neglected or the objects’ movement field is close to the ground, which is usually factual in practical applications. The presented camera calibration method has been successfully used in applications, such as automatic landing of UAV (Unmanned Aerial Vehicle) based on optical measurement guidance, to calibrate the cameras precisely.     

机载光电系统的地面多目标定位算法

传统的单目标地理定位方法无法适应现代战场态势实时多变、目标数量多的情况。为了提高目标定位效率,在单目标地理定位的基础上,给出一种适用于机载光电侦察系统的半主动多目标定位算法。通过建立初始东北天坐标系、飞机东北天坐标系、飞机机轴坐标系、光电稳瞄坐标系和多目标投影坐标系,同时结合目标相对方位、俯仰角度,得到了一系列欧拉角坐标转换公式,可以同时计算出多个地面目标的经纬度。计算机仿真结果表明:该算法能够对同一视场内的多个目标同时进行定位,即具有多目标定位功能。由于像素偏差增加了坐标转换累积误差,次目标定位精度略低于主目标定位精度。     

无人机侦察多目标实时定位技术研究

目标定位是无人机侦察系统中至关重要一步。为增强无人机侦察目标定位的实时性、提高定位精度及侦察效率,提出一种多目标实时定位的方法,建立主次目标定位几何关系及坐标转换模型,结合已知数据信息求取各目标大地坐标,并用蒙特卡洛法分析目标定位误差。最后,基于即将组网成功"北斗二代"卫星导航系统对无人机空中定位,同时采用递归最小二乘算法滤波处理,提高了目标定位精度。研究及实验结果表明,北斗导航定位能够有效提高无人机空中定位精度,且有望达到厘米级精度,同时采用RLS滤波处理能使目标定位精度提高10 m左右。该方法能够有效增强无人机定位实时性,提高定位精度及侦察效率。     

激光投影成像式运动目标位姿测量与误差分析

为了实现室内运动目标位姿的高精度测量,建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上,通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统,利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置,利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标,利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后,根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明,当摄像机的视场范围为14 000mm×7 000mm时,测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ),位置测量精度为5mm,且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致,验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性,能够满足目标位姿测量高精度的要求.     

基于光流分层方法的平面3D运动估测

无人机自主着舰末端视觉导引中舰机间相对位姿的估测,可以看作机载摄像机对甲板平面3D运动的估测。提出了一种光流分层方法:首先利用已知焦距的机载摄像机拍摄着舰靶标区域的图像序列,并采用Lucas方法计算相邻两帧图像的光流场;而后通过分层模型,将由光流场进行3D运动检测的非线性问题转化为了两个线性问题。该方法无需图像间的特征匹配,可线性解算出着舰靶标区域相对于无人机的三维运动参数,进而得到舰机间的相对位姿信息。计算机合成图和摄像机实拍图像的实验结果验证了该算法的正确性和有效性。