基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法研究

针对无人飞行器视觉导航系统的需求,提出一种基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法。研究了图像直线稀疏光流场的概念,并推导出该种稀疏光流场的计算方法;在直线稀疏光流场的基础上,建立了地平线投影模型,并提出一种基于直线稀疏光流场的飞行器俯仰角速度、滚转角速度和偏航角速度等姿态信息的估计方法;分别使用文中提出的直线稀疏光流场的计算方法和Horn算法对一组测试图像进行数值仿真,仿真结果显示在图像边缘附近,直线稀疏光流场的计算方法与经典的Horn算法具有相近的精度,但时间开销减小到后者的6%;使用无人机航拍图像序列对于基于直线稀疏光流场的飞行器姿态信息算法进行离线仿真,并对比同时搭载的角速度陀螺的测量结果,结果显示,使用文中所述的基于直线稀疏光流场的无人机姿态提取方法可以估计飞行器的俯仰、偏航、滚转三通道角速度信息,其最大绝对估计误差除滚转通道小于±10°/s外, 其余两通道均小于±5°/s,并对于误差产生的原因进行了进一步讨论。     

临近空间飞行器滑模控制中的指令参数化方法

为了研究临近空间飞行器滑模控制方法,建立了临近空间飞行器无动力滑翔阶段的纵向运动模型,并应用动态逆方法证明模型是可逆的,且可实现绕质心运动模型的线性化.以动态逆控制为内环,滑模控制为外环,设计了飞行器纵向控制系统.从提高信息利用率和增加控制系统设计自由度的角度出发,提出俯仰角变化率指令参数化计算方法.仿真结果表明:纵向控制系统可以准确跟踪攻角指令,满足控制精度要求;俯仰角变化率指令参数主要影响控制系统的动态响应能力和稳态控制精度.     

捷联激光探测器组合GPS测量弹丸滚转角方法

针对激光半主动末段修正弹滚转角解算的问题,提出利用捷联激光探测器与弹载GPS组件的测量信息求解弹丸滚转角的方法。以理论计算得到的非滚转成像面上的目标成像点作为空中姿态对准的基准,结合激光探测器成像面上目标实际成像点,推导得到弹丸滚转角计算公式。利用蒙特卡洛模拟法仿真计算,分析弹丸在不同发射角下弹丸位置误差、速度误差和激光探测器测量误差对弹丸滚转角解算精度的影响。仿真结果表明:该方法对滚转角解算误差最大不超过4°;3种误差中,激光探测器测量误差对滚转角解算精度的影响最大。该方法满足精度和实时性要求,适用于低速滚转的激光半主动末段修正弹。     

高旋火箭弹GPS/SINS组合测姿方法

针对GPS/SINS组合导航系统在高旋火箭上应用所遇到的初始对准困难、误差累积迅速等姿态解算难题,通过速度角辅助,提出了分段滤波进退算法修正初始滚转角技术。通过不断修正分段初始滚转角使SINS解算更趋于合理值。利用速度角修正技术,去除高速旋转造成的误差累积,再通过卡尔曼滤波得到较为准确的姿态信息。仿真结果表明,分段滤波修正初始滚转角可以有效地解算出较为准确的姿态信息。对实测数据的处理也证明,该技术可以应用于实际工程,解算得到的姿态信息满足工程需要。     

自旋火箭弹横滚隔离系统的自抗扰控制

针对自旋火箭弹大俯仰角飞行情况下,斜坡或正弦扰动导致其横滚隔离系统的滚转陀螺超量程、隔离失效问题,提出了一种横滚隔离系统的自抗扰控制器。在建立采用PI控制器的横滚隔离系统数学模型的基础上,通过理论分析揭示了斜坡及正弦扰动导致滚转隔离失效的机理,并使用数学仿真对该失效机理进行了验证。设计了自旋火箭弹横滚隔离系统的自抗扰控制器,数值仿真结果表明,在自旋火箭弹大俯仰角飞行情况下,该横滚隔离系统可以有效应对斜坡或正弦扰动,并将横滚隔离系统的滚转角速度控制在1°/s的较小范围内,将滚转角控制在0°左右,保证了滚转隔离的有效性。     

超低空引信截止距离压缩因子计算方法

超低空引信采用距离波门压缩技术,利用下底天线测高结果进行目标支路距离波门压缩会造成引信检测概率损失。在考虑导弹姿态角(包括滚动角和俯仰角)情况下,推导了引信三个天线通道海面回波距离公式,从而得到了截止距离压缩因子与天线前倾角、导弹滚动角和俯仰角的关系,引信根据导弹姿态和测高结果进行截止距离调整,可提高引信检测概率。     

地磁传感器测量弹体滚转姿态方法研究

地磁传感器抗过载能力强且成本低,在制导炮弹中得到广泛应用,它的主要功能是测量弹体姿态;介绍了一种双轴地磁传感器测量弹体滚转姿态的方法,该双轴传感器固联在弹体横截面上;该测量方法利用地磁传感器随弹体滚转时感应磁场变化产生的正弦输出解算弹体滚转角速率及滚转方向,利用经纬度信息及弹体俯仰偏航信息,根据地磁场模型计算地磁场矢量在弹体横截面上的投影分量,然后由投影分量解算出滚转姿态角的基准角,最后根据双轴地磁传感器输出和基准角判定弹体姿态角;通过试验验证了该滚转姿态测量方法的可行性,并进行了误差分析,误差在可接受范围内,可满足简易制导炮弹需求。     

基于地磁与卫星组合的高旋弹丸滚转角高频测量及系统误差计算研究

为了研究地磁与卫星组合测量的系统误差并提高其测量频率,利用高旋弹丸的飞行特性,建立了基于小攻角及单轴旋转假设的弹丸滚转角及其角速率的高频测量方法,并推导了其滚转角及其角速率计算的系统误差方程。通过建立以俯仰角为变量的仿真模型,完成了组合测量系统在全域范围内实时变化的系统误差计算。经6自由度(DOF)外弹道仿真验证,在排除弹轴与地磁矢量的较小夹角区域后,其整体滚转角误差小于±5°,角速率误差小于±5°/s. 在中小射角发射条件下,地磁与卫星组合的滚转角计算方法能够满足高旋弹丸的高频高精度的滚转角测量。     

弹道修正弹滚转角辨识系统模型与误差分析

建立了航用弹道修正弹滚转角辨识系统数学模型，利用向弹上引信装定的初始信息及磁阻传感器探测到的地磁信息，使用滚转角解算算法求出滚转角。对理想弹道条件下的误差进行分析并通过实例进行仿真，验证该滚转角辨识系统可有效辨识出弹体滚转角，在给定条件下能达到较高精度，误差基本在弹丸实际使用的允许范围之内。     

基于海天线的舰船姿态算法

为提高船舶姿态测量的精度,提出一种基于海天线进行姿态测量的新方法。依据海洋环境的特殊性,在 确定海天线区域的基础上,对图像的处理、目标的提取进行分析,构建测姿算法模型,获取海基平台的水平姿态, 利用海天线信息解算出船舶姿态,并进行实船测量及效果分析。仿真结果表明：该算法可以有效地解算出船体的姿 态信息,精度较高。     

基于红外图像的海上船舶分割算法研究

根据海面红外图像的特点,提出了一种基于红外图像的海上船舶分割算法。采用均值移动算法和霍夫变换检测海天线,以海天线为基准确定船舶出现的区域,采用区域分割算法分割船舶目标,根据区域生长法得到不同的目标区域,最后根据实验验证的本算法的有效性。     

Infrared Image Small Target Detection Based on Bi-orthogonal Wavelet and Morphology

An image multi-scale edge detection method based on anti-symmetrical bi-orthogonal wavelet is given in theory. Convolution operation property and function as a differential operator are analyzed,which anti-symmetrical bi-orthogonal wavelet transform have. An algorithm for wavelet reconstruction in which multi-scale edge can be detected is put forward. Based on it, a detection method for small target in infrared image with sea or sky background based on the anti-symmetrical bi-orthogonal wavelet and morphology is proposed. The small target detection is considered as a process in which structural background is removed, correlative background is suppressed, and noise is restrained. In this approach, the multi-scale edge is extracted by means of the anti-symmetrical bi-orthogonal wavelet decomposition. Then, module maximum chains formed by complicated background of clouds, sea wave and sea-sky-line are removed, and the image background becomes smoother. Finally, the morphology based edge detection method is used to get small target and restrain undulate background and noise. Experiment results show that the approach can suppress clutter background and detect the small target effectively.     

基于最长曲线法的海天线检测算法

通过分析红外图像的特点,给出一种基于最长曲线的海天线检测方法,根据所要处理的红外图像自适应选取 Canny 算法的阈值进行边缘检测,精确提取海面和天空区域的分界线-海天线.首先对红外图像进行中值滤波消除噪声,然后采用自适应阈值的 Canny 算子进行边缘检测,对检测得到的边缘进行边缘连接形成相互独立的几个目标,然后对各目标进行目标标定,最后基于最长曲线法进行海天线检测.     

双曲面折反射全景成像系统水平探测距离模型

为定量分析双曲面折反射全景成像系统的空间探测能力,建立了双曲面折反射全景成像系统水平探测距离的数学模型。该模型依据全景图像与柱面图像的映射关系,描述了系统水平探测距离与目标大小和入射角的数学关系:目标尺寸越大,入射角越大,水平探测距离越大;反之,水平探测距离越小。仿真实验和实际探测实验的结论相符。     

鱼眼镜头光学

鱼眼镜头的视场高达180°或超过180°,可以作为全景电影的摄影和放映镜头,本文介绍了它的结构型式的发展,讨论了它的成象理论,给出了适合它的理想象高公式和光栏球差公式,最后提供了一个实例。     

OTSU阈值改进及其在俯仰角测试中的应用

为了提取弹体飞行状态图像的边缘进而解算俯仰角,采用图像二值化、轮廓结构形态滤波对图像进行预处理.在利用OSTU进行图像二值化时,提出了根据高斯分布的"3δ"特性进行阈值提取的改进.在获得飞行弹体边缘轮廓的基础上,基于骨架提取中轴线法,采用坐标变换重构弹体在三维空间的真实轴线方程来解算俯仰角.边缘检测及俯仰角测试实例表明,该检测方法能够从含有噪声的图像中获得较好的图像边缘,可实现飞行弹体俯仰角的高精度解算.     

仅有角测量的智能雷角跟踪算法

对于静止观测来说,由于测量器静止不动,得不到足够的目标信息,所以利用仅有角测量跟踪方法,无法实现对空中目标的有效跟踪.针对直升机巡航时的运动特征,提出一种用于反直升机智能雷的目标角度跟踪算法.基于被动声测量得到的目标角度信息,建立了三维坐标下角跟踪数学模型,以实现目标方位角和高低角的跟踪与预测.仿真结果表明,算法的跟踪和稳定性较好,预估值接近于真值,可为智能雷打击目标提供有力参考.     

波导不变量及双阵(元)被动测距方法研究

海试验证了低频连续谱声场确实存在稳定可观察的干涉结构,结合波导不变量的概念推导了低频连续谱干涉条纹方程,干涉条纹为一族类双曲线.采用Hough变换对LOFAR图和瀑布图进行了图像处理,实现了目标航向角Φ、波导不变量β、r0/v(r0为目标最近通过距离,v为目标航行速度)等参数的估计;进而,基于双阵元模型,理论推导了4种...     

毫米波末制导弹药搜索段弹道设计

针对毫米波末制导弹药视场较小的问题,进行了搜索段弹道设计.建立了导引头搜索捕获域模型,推导出弹药无动力滑翔距离公式.针对毫米波末制导弹药搜索段弹道,分别进行平飞弹道方案和等弹道倾角斜下滑弹道方案设计.仿真表明:平飞弹道方案扫描域不收缩,但飞行速度下降较快,对于相同的滑翔距离和末速要求,其起始滑翔速度较大;斜下滑弹道方案增强了制导弹药的滑翔能力,但存在扫描域收缩的缺点,采用导引头光轴在俯仰方向随高度进动可解决该问题.2种弹道方案都可以满足扫描域和末速要求.