基于PCR-DSmT的序列帧融合景像匹配算法

针对INS/SMNS组合导航系统中,单帧景像匹配难以判断匹配结果是否正确并给出准确的匹配置信度的情况,提出一种基于PCR-DSmT的序列帧融合景像匹配算法。算法分为单帧粗匹配和序列帧融合精匹配两步:首先提取图像的相位一致性特征并采用快速归一化互相关算法初步匹配;然后建立序列帧时空约束关系,利用相关阵中极大峰构建辨识框架,采用层次分析法自适应计算置信指派并利用适配因子进行折扣运算,最后采用证据推理组合规则融合并根据判决准则输出匹配位置及置信度或对错误匹配结果报警。针对Dempster组合规则在高冲突序列帧融合时出现错误以及DSmT组合规则在多证据融合时正确位置置信指派难以增大并收敛的问题,提出一种PCR-DSmT组合规则。采用真实航拍图像和对应的Google earth卫星基准图像的仿真实验验证了匹配算法的有效性。     

基于能量平衡的太阳能飞机可持续高度分析

相对于常规动力型式的长航时飞机,尽量提高太阳能飞机的最大持续任务高度,更能体现其在工程应用中的显著优势。基于能量平衡,采用敏度分析的方法,着重分析了各总体参数对太阳能飞机可持续高度的影响及约束程度。参与分析的总体参数有各系统部件的"效率特性"参数、"重量特性"参数和设计指标中的飞行季节等。研究结果表明:主要有光伏组件效率及其面密度、结构面密度和二次电池比能量共同约束着可持续高度的上限;要实现跨季节或数年飞行时,飞行季节也约束着可持续高度的上限;另外,仅从能量采集与能量消耗之间的差值来看,太阳能飞机"有利"巡航高度约为10 km。所研究的结果能为太阳能飞机方案设计阶段中的总体参数选型提供指导。     

自主空中加油多摄像机近距相对导航与控制

针对伸缩套管方式下自主空中加油(AAR)对接与位置保持过程,提出了一个基于多摄像机系统(MCS)的相对导航与控制方案.该方案中的位姿估计算法通过结合3D-3D位姿估计技术和N点透视技术,能够充分利用多摄像机系统的宽视野和冗余测量信息.使用卡尔曼滤波算法对视觉估计数据进行滤波,并与速度测量数据进行融合,以提高视觉导航算法的精度和鲁棒性.为抑制外部风扰动,设计了一个基于动态对策理论的最优相对轨迹跟踪控制律.仿真结果表明提出的方案能够满足空中加油要求.     

Offner成像光谱仪的设计与航拍实验

介绍一种Offner结构高分辨率推扫式成像光谱仪的设计,包括光学结构设计、数据获取与存储系统配置、基于数据库的光谱图像拼接软件设计以及成像光谱仪波长标定和辐射标定方法.其次介绍成像光谱仪在青藏高原陆面敏感因子航空遥感实验中的使用情况,包括实验概况、成像光谱仪及其采集系统在机舱内的安装调试、光谱仪的航拍参数以及航带光谱图像的拼接处理,最终获取到高分辨率的高光谱图像立方体.仪器的首次航拍飞行实验取得预期成果.     

基于航空遥感图像灾害区域定位系统设计

灾害发生时为缩小所获取定位区域与实发区域间的位置误差,提升遥感灾害定位的实时准确性,设计基于航空遥感图像灾害区域定位系统;选取关键的遥感定位信号,借助CC2430/2431结构,将其分享至航空传感器协调器、增强型8051内核两类元件应用结构之中,完成灾害区域定位系统的硬件执行环境搭建;按照遥感影像区域计算法则,完成直角坐标系的旋转变换,再通过检测图像边缘的方式,完成基于航空遥感的灾害区域图像处理;在此基础上,设置区域修正节点与遥感盲节点,以用于验证定位指令的执行有效性,联合上级硬件设备结构,实现基于航空遥感图像灾害区域定位系统的应用;实例分析结果表明,在X轴、Y轴两个方向上,航空遥感图像定位系统所采集到的灾害区物理坐标值均与实发区域坐标值较为接近,与ZigBee型定位系统相比,确实能够缩小误差值结果,实现对灾害发生区域的准确定位。     

空中加油场景下的目标联合检测跟踪算法

针对自主空中加油对接阶段的目标跟踪问题,提出一种空中加油场景下的目标联合检测跟踪算法。该算法采用检测跟踪一体化的CenterTrack网络实现对锥套的追踪,而针对计算量较大、训练耗时过长的问题,分别从模型设计与网络优化两方面改善该网络。首先,在跟踪器中引入膨胀卷积组,以在不改变感受野大小的前提下使得网络轻量化;同时,将输出部分的卷积层替换为深度可分离卷积层,从而减少网络的参数量与计算量;然后,对网络进行进一步的优化,即将随机梯度下降（SGD）法与Adam算法相结合,使网络更快收敛至稳定状态;最后,利用真实的空中加油场景视频与地面模拟视频制作相应格式的数据集,并将其用于实验验证。分别在自制的锥套数据集和MOT17公共数据集上进行了训练与测试,证实了提出算法的有效性。相较于原CenterTrack网络,改进的网络Tiny-CenterTrack减少了约48.6%的训练时长,并在实时性方面提升了8.8%。实验结果表明,改进后的网络在不损失网络性能的前提下可有效节省计算资源并在一定程度上提升实时性。     

分层特征融合网络航拍图像超分辨率重建

基于深度学习的图像超分辨率网络模型复杂度高,特征利用率较低,尤其是应用在复杂拍摄环境中的图像超分辨率重建,由于特征损失严重,最终重建的效果也较差。针对以上问题,提出分层特征融合图像超分辨率网络。引入对称式的分层结构,以增强不同层次图像特征的融合;使用更为密集的残差连接结构,减少局部残差损失,同时缓解梯度消失和梯度爆炸问题;在每个残差块中加入注意力机制,增强网络对图像高频信息的敏感度。为了验证算法在复杂环境中的效果,将模型应用于高空航拍图像超分辨率重建中。实验结果表明,所提算法相比于EDSR算法,在14个不同航拍图像环境中,尤其是复杂场景下的重建,平均PSNR提高了0.31?dB,效果显著。     

空地协同机器人目标定位方法

针对空地协同机器人中无人机对地面无人车的实时精准定位问题,提出一种红色双圆型定位标记及标记识别与定位方法。引入颜色分割与轮廓提取相结合的方式,减少提取到的轮廓特征数量,排除背景信息干扰以减少误识别;提出一种圆形轮廓快速检测算法,快速识别目标轮廓并准确定位目标像素坐标和方向;基于针孔相机成像模型,根据目标像素坐标和方向,估计出目标在机体坐标系下三维坐标和偏航角。实验结果表明,无人机与地面无人车相对高度1.5 m时,该方法在[x]轴和[y]轴方向定位误差分别为3.9 mm和3.6 mm,每帧图像平均处理耗时为11.6 ms,优于基于核相关滤波的识别定位方法的13.3 mm、14.3 mm和56.3 ms。该方法与无人机控制相结合,可以实现无人机协同跟踪与自主降落功能,提升空地协同机器人作业效率,具有显著的工程意义。     

一站多机便携式无人机测控系统

针对目前多无人机协同作战应用需求,增强了无人机测控系统多机测控能力,实现了多机多系统互通互联互操作和资源共享等兼容与协同工作。分析了数字多波束相控阵天线,平台+插件的软件架构以及 XML技术的帧格式信息和参数信息描述等关键技术,研制了一款兼顾多型多目标通用化要求和后续无人机建设的扩展性需求的便携式无人机测控系统。该系统具备经扩展改造后进行新建无人机测控管理的能力,满足无人机多类型、多型号不断扩展的需求,减少无人机测控装备种类,提高综合测控保障能力,降低新型无人机系统装备建设成本。     

无人机吊挂空运系统的自适应控制设计

针对四旋翼无人机吊挂空运系统存在的模型不确定性及欠驱动性问题,本文提出了一种基于能量耦合的自适应控制设计.首先,基于能量整形控制方法构造了一种新型的能量存储函数以处理状态耦合.然后利用神经网络对系统未建模动态特性进行在线估计,同时设计参数自适应律在线估计模型中的未知参数,并采用基于符号函数的鲁棒控制算法补偿神经网络的估计误差.本文运用李雅普诺夫方法和拉塞尔不变性原理对闭环系统的稳定性进行了证明,并且证明了负载摆动和无人机位置误差的渐近收敛性.最后,在室内实验平台上进行了飞行实验.实验结果表明,本文提出的非线性控制方法能够在有效抑制吊挂负载摆动的同时,实现无人机位置的精确控制.