导航信息滞后补偿实现高速无人机对地精确定位

针对高速无人机光电侦查平台的实时对地目标定位误差,研究了基于惯导信息的光电平台目标定位算法。利用目标定位数学模型和误差模型,分析了影响目标定位精度的因素,建立了参数误差对于定位精度影响的数学仿真模型。通过仿真分析确定了卫星导航信息的实时性是造成定位误差的主要因素,提出了通过修正卫星导航信息延时时间来解决了光电侦察平台实时目标定位误差问题。进行了飞行试验以验证提出论点的正确性,结果表明:通过修正卫星导航信息延时时间,有效补偿了载机坐标信息滞后,提高了光电侦察平台目标定位精度,定位误差由补偿前的100m减少到小于40m。研究结果对高速飞行器的相关应用具有重要的参考价值。     

无人机光电侦测平台目标定位误差分析

针对无人机光电侦测平台在目标定位过程中测量误差因素繁多、分析困难等问题,提出了一种基于多因素分析的误差建模与分析方法.在系统总体结构的基础上,根据目标从空间直角坐标系到光电传感器坐标系的映射关系,建立目标定位模型,以载机位置、姿态误差以及光电侦测平台转角、测距误差等9项因数为变量,推导出目标定位误差计算公式.采用飞行实验数据验证了该误差计算方法的有效性,并通过仿真实验分析了载机位置、姿态角误差、光电传感器方位角、高低角误差以及激光测距误差对目标定位精度的影响,同时指出实际应用中无人机测量点位置与目标定位精度的关系,载机高度越低、视轴指向角越大,目标定位精度越高.     

基于激光测距的机载光电成像系统目标定位

针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题,设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性,对同一目标多次测量,采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性,利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响,目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响,结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性,在飞行高度8 000 m时,目标定位精度优于8 m。相比于传统定位算法,该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署,可操作性强,具有较大的应用价值。     

一种小型无人机无源目标定位方法及精度分析

为了提高小型无人机无源目标定位的精度,设计了一种新的目标定位算法。首先确定目标定位过程中的坐标转换关系并推导出视轴角的计算模型;然后,利用光电侦察平台锁定跟踪目标的特性,提出了对同一目标点多次测量的目标定位框架,建立了系统状态方程和测量方程,考虑到测量方程的非线性,将无迹卡尔曼滤波应用于目标位置估计;最后,针对加性高斯白噪声的非线性目标定位系统,推导出理论上的定位误差的克拉美-罗下限。仿真结果表明,该算法具有较高的目标定位精度,滤波器估计误差均方差已逼近非线性系统的克拉美-罗下限。现场试验结果表明,在离地面约1000 m的空中,无人机对地面目标定位精度可达8.1 m。该算法易于部署,可操作性强,具有较大的实用价值。     

基于差分GPS的无人机群小范围定位方法研究

为提高无人机群定位精度,减小飞行误差,增强避障能力,针对无人机飞行过程中精确定位受大气、卫星轨道、电磁等因素影响,引入差分GPS定位方法。利用差分GPS对无人机实现空间绝对定位,然后用短距无线通信实现多个无人机间的相互通信,达到相对定位的目的,最终将接收机站信号上传到上位机实现仿真验证。根据实验验证结果得出差分GPS定位在无人机群方面可提高定位精度。     

航空光电成像平台的目标自主定位

为了提高航空光电成像系统对地面目标的定位精度,提出了平台目标自主定位的方法,并给出了实现的方法和途径,即将GPS系统和航空姿态测量系统直接固联在航空光电成像平台上,与光电成像平台系统结合直接实现目标定位。分析了影响目标定位精度的因素,分析结果表明,目标自主定位的方法可以消除传统方法中减振器带来的误差。一般情况下,平台自主定位比飞机系统定位的精度至少高25%。     

暗弱空间目标的高精度定位

提出了一种暗弱空间目标的高精度定位方法,以进一步提高该类空间目标的定位精度。研究了星像质心计算和星图匹配以及光电望远镜静态指向修正模型和天文定位等算法。首先,深入分析了星像质心计算和三角形匹配算法。然后,采用Tycho-2星表和基本参数修正模型,修正光电望远镜系统静态指向误差。最后,针对暗弱空间目标定位精度低,对传统天文定位方法进行了改进,提出了"暗弱空间目标高精度定位方法",实现了暗弱空间目标高精度定位。实验结果表明:提出的暗弱空间目标高精度定位方法的测量精度优于4″,基本满足光电观测系统进行暗弱空间目标测量时对精度和稳定性的要求。     

基于TDOA的多地震动传感器目标定位

针对多地震动传感器的目标定位问题,提出了一种基于信号到达传感器阵列时间差TDOA（Time Difference of Arrival）估计定位算法。在MATLAB环境下采用TDOA定位算法对探测区域内的随机目标进行定位仿真。仿真结果表明,TDOA定位算法满足系统对目标位置的估计,且提高地震动传感器网络节点分布密度是增加目标定位精度的必要手段,但并不是节点越多,定位精度就越高。该定位方法定位精度较高,可适用于多种环境场合,实用性强,为进一步控制研究奠定了良好的基础,有较强的指导意义。     

双无人机协同测向时差定位的优化仿真

在双无人机协同对目标进行测向时差定位时,因常用的直接解析算法存在定位模糊,提出了一种基于坐标变换的目标位置求解算法,利用坐标变换对目标位置进行求解,消除了模糊的目标位置。为了减小观测误差的影响,给出了一种利用滤波算法提高定位精度的方法,利用滤波算法对多组测量数据进行融合后,再对目标进行定位估计。仿真结果表明,基于坐标变换的目标位置求解算法可以使目标在观测站的各个方位上都能得到无模糊的目标位置,同时验证了粒子滤波相对扩展卡尔曼滤波对定位精度的改善效果更好。     

高功率激光装置中靶的定位调试

为了提高高功率激光装置中靶定位调试的效率和精度,提出了一种仿真初调和实验误差分析相结合的靶定位调试方法。该方法采用3-CCD传感器进行定位监测,利用OpenGL成像技术实现CCD仿真图像的采集,并对目标靶、送靶机构等进行虚拟构建。基于仿真实验分析了实际系统中靶定位的误差来源,包括图像检测误差、3-CCD传感器的装校误差及送靶机构的定位误差等。靶定位算法的调试和初步验证在仿真系统中独立进行,实现了理想条件下的零误差定位调整;调试后的算法在实际系统中的靶定位精度小于±5μm,角度误差为±0.015°。由于仿真初调可脱离实验平台进行,故有效地提高了工程效率。提出的调试方法在实际系统中的定位精度满足高功率激光打靶的要求。     

移动机器人基于激光点云定位建图的汽车宽度与方位估计

在移动机器人抓取搬运作业中,识别待操作目标物体的宽度和方位是成功的关键。针对室外环境下停放的汽车搬运作业需求,提出一种识别待搬运汽车宽度和方位的方法。该方法基于三维激光传感器,先构建整个环境的三维点云地图,然后从地图中分离出目标汽车点云,最后将汽车点云向地面投影,根据投影的点云包围盒进行汽车的宽度和方位估计。采用室外实验验证了该方法的识别效果,其精度满足应用要求。     

基于物方定位一致性约束的光学航空影像多视铅垂线轨迹匹配

针对传统铅垂线轨迹匹配方法在进行地面基元匹配时存在只能得到一个高程值且匹配结果缺乏准确性验证的缺点,本文提出了一种新的基于物方定位一致性约束的光学航空影像多视铅垂线轨迹匹配方法。该算法对传统铅垂线轨迹匹配方法进行了针对性的改进,首先,改善了物方地面基元的像方多视匹配过程,其次,利用地面基元已有的物方平面坐标作为物方定位一致性约束条件,增加了多视匹配结果的准确性检验过程,从而得到可验证的地面元匹配结果。使用实际航空多视影像对本文算法与传统铅垂线轨迹方法进行了对比实验,实验结果显示本文方法在可靠性、准确性和算法效率等定量指标方面,比传统铅垂线轨迹方法分别高出26%、40%和4倍,证明其能得到更加可靠与有效的地面元匹配结果。     

机载成像系统像移计算模型与误差分析

研究了机载成像系统的像移及其对成像质量与相机分辨率的影响。为准确获取像移矢量,实现成像系统像移补偿,提出了一种基于坐标变换的机载成像系统像移计算模型。通过线性坐标变换,建立了从地面目标景物到成像系统像面的坐标变换模型,推导了地面目标景物在成像系统像面的解析表达式,根据坐标在相机积分时间内的变化来确定像移矢量。分析了成像系统像移误差的主要来源,讨论了载机轨道坐标、飞行姿态角和相机视轴角误差对像移计算结果的影响,采用蒙特卡罗方法分析和统计了像移计算误差。样本实验结果表明,在载机姿态角和相机摆角不变条件下,像移量与载机速度成正比,与目标距离成反比,像移误差随着参数误差的增加而增加,其中载机经度和纬度误差是影响像移计算误差的重要因素。结果显示本文方法对机载成像系统的像移补偿具有实用价值。     

光电成像系统目标捕获率与目标毁伤关联研究

基于面阵相机CCD的光电探测系统对弹丸的捕获率在实际应用中常受到复杂背景的极大影响,而弹丸的捕获率与飞行目标毁伤有密切关系。为了研究弹丸对飞行目标的毁伤效能,基于目标成像探测原理,研究了光电探测系统探测区空间目标光学特性,利用面元网格化分析法,研究与建立了目标空间光谱特性模型,给出了空间目标成像总的光谱辐射亮度计算函数; 依据目标探测距离、目标尺寸、环境照度以及成像面阵CCD自身特性,建立光电成像系统目标跟踪捕获率的计算模型,基于弹丸目标捕获率模型,给出飞行目标毁伤概率模型。经过计算与分析,结果验证了所建立的弹丸捕获率模型和飞行目标毁伤概率计算模型的合理性。     

基于等高地面控制点的航空摄像机参数估计

为满足炮射廉价航空CCD摄像机的对地定位需求,提出一种基于四个已知等高地面控制点的航空摄像机参数估计方法。该方法根据单张航空像片估计伞载空中摄像机焦距及摄像机在世界坐标系中的位置和姿态角等外参数,利用直接线性变换算法求取已知等高地面控制点与对应像点之间的单应矩阵,建立了单应矩阵与共线条件方程之间的关联关系,最后根据关联关系推导出计算航空摄像机焦距、纵横比、位置和姿态角等内外参数的数学模型。为考查该方法的有效性,分别运用室内模拟控制点和野外真实控制点进行了实验。实验结果表明:在给定四个等高地面控制点的三维坐标及对应像点的二维坐标的情况下,该方法计算焦距、纵横比、位置和姿态角等摄像机参数的相对误差约为2%,参数估计结果基本满足炮射摄像机对地成像定位需求。     

机载光电吊舱橡胶减振器的设计与应用

为了保护光电吊舱的内部光学载荷,减小振动对机载光电吊舱成像质量和稳定精度的影响,设计了一种用于载荷内框架安装的橡胶减振器。依据橡胶减振原理,对橡胶减振器进行了形状设计和参数计算。所设计的超薄型橡胶减振器,安装后仅使吊舱内部光学载荷相对内框架距离比安装前增大1mm。试验结果表明:振动强度测试值(加速度均方根值)明显减小,垂直方向由23.1g降至10.0g,水平方向由11.4g降至4.8g,有效地减小了振动对光学载荷的影响。光电吊舱在实际挂飞时,成像质量良好,跟踪精度满足技术指标要求。