跟踪窗自适应的捷联导引系统目标跟踪算法

捷联图像末制导导弹在跟踪的后期阶段,弹目距离和成像视角的变化会引起图像尺度和旋转变化,目标区域将由小变大直至充满整个视场。针对经典的Mean Shift算法在图像制导目标跟踪过程中不能自适应目标的尺度和旋转变化这一问题,研究了一种跟踪窗自适应的Mean Shift目标跟踪算法。对初始选定的椭圆目标跟踪区域和候选区域进行加权操作,并利用权值图像的零阶矩和Bhattacharyya系数,对真实目标面积进行精确估计。利用估计出的目标真实面积,并结合权值图像的2阶中心矩进一步构建可表达目标窗口内图像特征的协方差矩阵,再通过奇异值分解建立椭圆面积与协方差矩阵特征值之间的关系,从而计算出椭圆目标区域实际的主轴长度和方向,实现跟踪窗的自适应变化。仿真实验结果表明,该方法既具有Mean Shift算法精度高、实时性好的特点,同时又扩展了Mean Shift算法在目标发生尺度和旋转变化时的自适应能力。     

半捷联图像寻的制导系统导引信息构造方法

半捷联导引头的动力学数学模型非线性比较严重,EKF(Extended Kalman Filter)滤波不能满足高精度制导要求。本文采用UKF(Uncented Kalman Filter)滤波方法对框架角速率进行估计,同时结合弹上IMU测量得到的弹体角速率信息以及图像探测器处理得到的目标在像平面上的位置信息,构造导弹的准比例导引信息。通过仿真对比了基于EKF和UKF的框架角速度滤波估计精度,进行了基于UKF的导弹三维飞行仿真。结果表明,基于UKF滤波方法所构造的制导信息精度较高,能够满足导弹精确打击需求。     

被动式半捷联平台的动力学模型及其稳定性分析

在某些高速滚转的制导炮弹中,捷联式惯性测量系统无法同时满足测试精度与量程的要求。被动式半捷联平台可以通过隔离弹体滚转运动有效解决这一问题。通过对弹体及被动式半捷联平台进行力学分析建立了半捷联平台内筒的动力学模型,通过4阶龙格-库塔法对动力学模型进行了数值求解,得出不同弹体俯仰角下平台内筒的滚动角度和角速率值。在三轴高速转台上进行了地面半实物仿真实验,转台实验结果与数值计算结果相符。计算及实验结果表明弹体飞行俯仰角越小,平台内筒的滚动角度和角速率就越小,被动式半捷联平台就越稳定。本研究适用于常规弹药的制导化改造,具有一定的工程应用价值。     

减振系统造成捷联惯性导航误差的有限元分析方法

为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。     

基于虚拟场景的捷联图像制导半实物仿真关键技术

将捷联图像制导导引头实物和遥控中心引入仿真回路,利用虚拟场景,不仅为测试、改进导引头和目标识别与跟踪算法提供试验条件,更直观显示出弹丸的实时受控飞行弹道和相关数据。文中重点讨论了系统中的关键技术:虚拟场景生成系统、弹-目相对运动关键参数的计算以及系统实时性和子系统之间的协调同步问题等。该系统已成功应用于某型捷联图像制导导弹武器系统的半实物仿真试验中,取得了令人满意的效果。     

一种长航时捷联惯导系统单点综合校正方法

针对长航时捷联惯导系统的误差发散问题,提出一种基于惯性系的单点综合校正方法。采用GPS提供的位置信息和天文导航提供的航向信息构成外观测量。在建立动态误差模型过程中,利用外观测量信息对系数矩阵中的经度、纬度误差及天向失准角进行修正。相对于由惯导系统解算值确定系数矩阵的传统综合校正方法,该方法误差模型中系数矩阵的精度仅由外观测量信息精度决定,不引入惯导系统解算误差。该方法无需对载体运动进行限制,且陀螺常值漂移的估计精度不受校正间隔的影响。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于捷联式图像寻的器的目标识别与跟踪技术

分析了采用捷联式寻的器所面临的几个技术难题并提出了相关的解决方案.针对受扰动丢失目标的情况,分析了让导引头具有的自主检测、识别目标的算法过程;针对图像抖动、视线角易受干扰的问题,提出了滤波的方案,对这种方案的实际应用进行了研究和仿真,仿真结果证明该方案能滤掉大部分的载体干扰,消除部分的图像抖动,在实际应用中是可行的.     

一种快速、稳健的图像分割方法

文中的目的在于寻求一种高效、快速的图像分割方法。在分析MeanShift算法的基础上提出差值模型和优选模型．并将这两种模型运用于MeanShift算法的图像分割。差值模型增加了MeanShift算法的步长．优选模型提高了图像分割的准确性。试验结果表明．两种模型的应用使MeanShift算法在图像分割方面的效能得到明显的提高。     

基于距离信息的Mean-Shift跟踪算法

针对图像制导目标跟踪系统在跟踪过程中,成像视角和距离的变化带来的跟踪漂移问题,提出了利用距离信息动态更改Mean-Shift算法跟踪窗口尺度的算法。依据初始跟踪时选定的目标模板,建立目标的灰度特征模型,确定初始跟踪窗口尺度;在跟踪过程中依据距离信息来动态更新跟踪窗口尺度,保证在跟踪系统逐渐接近目标的过程中跟踪窗口能够完全包括或者绝大部分包含目标;在每一帧跟踪收敛后利用Bhattacharyya相关系数对目标模板进行非线性更新。以Vega产生的模拟飞行视频数据进行了算法仿真,结果表明：该算法能够适应目标不断膨胀的情况,在很大程度上降低跟踪漂移。     

空气升力对被动式半捷联平台稳定性影响分析

安装在高速滚转的常规炮弹上的被动式半捷联平台是基于重力作用下的复摆运动原理工作的装置。由于弹体在飞行时受到空气升力的作用,所以空气升力的变化会导致弹体在竖直方向上的加速度变化,而弹体在竖直方向的加速度变化会导致被动式半捷联平台的等效复摆回复力矩发生变化并影响平台的稳定性。为了研究空气升力对被动式半捷联平台稳定性的影响,对弹体和弹体内的被动式半捷联平台内筒进行了力学分析,建立了空气升力作用下的平台内筒的运动微分方程。通过对运动微分方程进行计算仿真,得到了不同空气升力作用时被动式半捷联平台内筒的滚转角度曲线和角速率曲线,并得到了平台保持稳定时空气升力所需满足的范围。仿真结果表明,弹体受到的空气升力越大,被动式半捷联平台的稳定性越高。当空气升力小于0.005 75 m_pg(m_p为弹体质量,g为重力加速度)时,被动式半捷联平台将失去稳定作用。在三轴高速转台上进行空气升力和重力相等时的被动式半捷联平台内筒运动状态的地面实验,实验结果验证了仿真结果的正确性。     

Investigation of the Guidance Law for an Image Homing Guidance System

This paper aims at a type of image homing guided missile. The guided trajectory characteristics and the initial condition of the homing guidance are analyzed by calculating the miss distance of the image guided missile. Several modified proportional navigation laws which are easy for engineering implementation are introduced.     

基于鲁棒主成分分析的红外图像小目标检测

鲁棒的小目标检测是红外目标搜索与跟踪的关键技术,提出一种改进的单帧红外图像小目标检测算法。该方法将原始红外图像通过预处理变换到新的红外块图像模式,在红外块图像上,将红外图像小目标检测问题转换为低秩矩阵和稀疏矩阵分离的鲁棒主成分分析(RPCA)问题。考虑到红外图像中噪声和杂波的存在,用交替方向方法求解带噪声的RPCA问题,获得稀疏目标图像,并对获得的稀疏目标图像采用简单的图像分割算法进行目标检测。对空天、海天、天云、海面4种不 同场景的红外图像小目标检测,进行仿真实验,结果验证了所提出算法的有效性。     

制导弹药末段目标截获概率研究

针对末制导弹药对地面目标攻击时是否加入中制导环节,研究其末段飞行过程中与目标的几何位置关系,采用快速计算与解析方法分析其打击地面固定目标时导引头对目标的角度截获。通过空中散布椭球和地面散布椭圆的近似计算得到视场角计算公式,进而建立一般的数学模型,并从统计概率角度,得到末制导目标截获概率,根据3σ原则判断是否加入中制导环节。同时研究了零控脱靶量与末制导修正距离,结果表明末制导修正能力满足零控脱靶量。仿真发现导引头开机位置距离目标逐渐变小时,视场角的置信区间先减小、后增大。计算了不同干扰因素对视场角置信区间的影响,结果表明水平风对视场角分布的影响比侧风的影响要大。     

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。     

火控跟瞄动态性能测试技术研究

火控系统是现代武器的核心,主要完成目标搜索、瞄准、跟踪、测距,自动提供弹道修正量,解算射击诸元、装定射角,并控制射击。火控动态系统性能的准确测试和动态校正十分重要。提出了光电法测试火控动态性能的思想,重点论述了光学动态跟瞄的原理与方法,并简述了研制成果的应用效果。     

低检测概率条件下的多传感器机动多目标跟踪方法研究

为解决低检测概率条件下的多传感器非线性、机动、多目标检测、数据关联及滤波问题,首先对目标数量进行随机过程建模,其次应用模型参数以及目标数量对目标状态进行了增广,最后应用多模型粒子滤波器（MMPF）对多传感器在低检测概率条件下的机动多目标跟踪进行了仿真。仿真结果表明：基于MMPF的低检测概率目标跟踪方法能够有效检测目标数量,同时对机动多目标具有良好的跟踪性能。     

采用捷联寻的和直接力控制的制导技术研究

以超低空拦截导弹为背景,提出了一种捷联寻的直接力控制的制导控制系统设计方法。根据直接力控制的导弹动力学特征,给出了导弹弹道倾角的实时估算方法,实现了捷联寻的拦截导弹的积分式比例导引。为达到精确控制的目的,基于冲量相等原则,提出了脉冲发动机的点火个数及点火角度的计算方法。仿真结果表明：提出的捷联寻的直接力控制的超低空拦截导弹的制导控制系统设计方法是正确可行的,系统控制精度较高,满足了武器系统反应快、成本低、精度高的要求。     

捷联成像导引头隔离度寄生回路及其内部动力学影响研究

针对捷联成像导引头实际工程应用中的隔离度寄生回路问题,分析了隔离度寄生回路产生的原因,建立了可反映不同内部动力学结构的制导回路及其隔离度寄生回路模型。通过无量纲化法,研究了无量纲剩余制导时间、不同内部动力学和导引头延时对隔离度寄生回路稳定域的影响。利用无量纲伴随函数法,研究了隔离度及其不同内部动力学对比例导引制导系统的影响。研究表明,刻度尺系数误差引起隔离度寄生回路正反馈稳定域受制导剩余时间的影响,隔离度负反馈的稳定域受到制导系统内部动力学影响;相位滞后引起的隔离度寄生回路稳定性主要受导引头延时的影响。隔离度正反馈对比例导引制导系统影响大于负反馈,脱靶量随着隔离度水平的增大而加大。制导系统内部动力学结构影响制导系统精度。