搜索区域和目标尺度自适应的无人艇海面目标跟踪

海面目标跟踪任务是实现水面无人艇自主化航行、智能化作业的重要基础。相比于普通场景的目标跟踪,海面目标跟踪需要面对目标抖动剧烈及目标尺度变化大等问题。针对海面目标在图像画面中抖动剧烈的问题,本文提出了搜索区域自适应算法,该方法通过对海面场景的分割完成了海天线位置的提取,然后通过海天线运动模型自适应地确定了每帧图像中目标搜索的区域;针对跟踪过程中海面目标尺度变化较大的问题,本文通过分割搜索区域的方法实现了目标尺度变化的自适应跟踪。基于相关滤波跟踪框架并结合上述两种改进策略,在真实的海面目标图像测试序列中,本文算法相比传统的相关滤波算法在跟踪精度上至少提升了26%,有效地解决了目标抖动剧烈和尺度自适应问题,提高了海面目标跟踪任务的精度。     

测控系统多机通信有源中继器的设计

分析采用差分平衡信号传输的主从式远程多机通信过程中扩大数据传送距离,增加节点数的实施方法,并提出了具体的设计方案。     

多目标温室测控系统模糊控制算法的实现

基于模糊控制算法,设计了一套可对温室中多个目标进行测控的系统。旨在通过软硬件联调,对影响作物生长的环境参数进行控制,使得作物的生长环境达到最佳状态。     

多目标重访细胞成像测量系统

对显微镜下大量的活细胞进行长时间地重复观测是一项细致而又需要耐心的工作,完全依赖于人工操作不仅难度大又易引入人为的误差和错误。为了使这项工作得以轻松准确的完成,开发能对大量细胞进行重复和长时间观测的工具实在必要。以ＣＣＤ技术和计算机自动控制技术为基础,研制了一套自动成像测量系统。该系统能够定时自动对多个目标进行重复摄像和分析。其对目标的重访精度小于４μｍ,完全可以满足精确地对大量细胞长时间重复观测     

基于数据融合技术的多传感器目标跟踪系统

数据融合技术是集多种学科于一体的前沿技术.多传感器目标跟踪是数据融合技术在目标跟踪领域的应用范例,它将多个传感器信息有机合成,估计目标的运动状态,产生比单一传感器更优越的跟踪性能,在此,阐述了数据融合技术及其在多传感器目标跟踪系统中的应用.     

红外搜索跟踪系统作用距离的分析

作用距离是红外搜索跟踪系统的主要技术指标之一,是系统本身性能、目标特性、大气环境等多项因素的函数,是一个非常复杂、难以精确计算的问题.由Hudson手册给出的传统红外系统作用距离方程具有一定的局限性.基于满足红外探测器的最低可探测信噪比,综合考虑目标成像弥散斑和背景辐射的影响,深入分析了扫描成像系统和凝视成像系统的作用距离方程.为系统的设计和应用以及综合性能的评价提供了理论依据.     

在线加权多示例学习实时目标跟踪

由于原始多示例学习（MIL）跟踪的分类效果和实时性较差,提出了一种加权在线多示例学习跟踪算法。首先,根据所选定目标位置分别采集目标和背景样本集,通过对所采集样本集特征的在线学习生成弱分类器集;然后,用计算样本集对数似然函数的最大值的方法从弱分类器集中选择K个最优的弱分类器,给每个弱分类器赋不同的权值,生成一个强分类器;最后,在新的一帧中抽取目标和背景样本,用生成的强分类器对待分类的目标和背景进行分类;分类结果映射成概率值,概率最大样本的位置就是所要跟踪目标的位置。对不同视频序列的测试结果表明,该跟踪算法的跟踪正确率达93%,目标大小为43 pixel×36 pixel时处理帧率约为25 frame/s。与原始多示例学习跟踪算法相比,本算法的实时性提高了67%。     

基于目标跟踪的IPMC测控系统设计

针对IPMC驱动和性能测试的需求,设计了一种IPMC测控系统。控制系统以STM32F103RET6为主控芯片,可输出双极性大电流的正弦波、方波和组合波形,并且输出信号的幅值、频率和占空比可调;位移检测系统基于Lab VIEW的MeanShift目标跟踪算法,可对IPMC末端进行目标跟踪,并实时显示其在两个方向上的位移。利用该测控系统进行IPMC性能测试实验,验证了其可行性。     

交叉运动多目标电视跟踪算法

本文提出了一个对交叉运动多目标的电视跟踪算法。包括跟踪策略,多目标相互重合和离分时刻判定、以最小二乘法为基础,对目标运动方向的计算、实际目标与视场中所见目标的对应关系的确认。     

运用多个光学成像探测器估算目标距离

将昆虫复眼的大视野优势和人眼的高分辨率优势结合起来，提出了一种大视野多目光学探测装置的实现方法一重点对多个光学成像探测器目标测距问题开展研究，由于跟踪窗口在中央探测器中，可以运用5个探测器的数据推导出简单的距离计算公式，并对多种成像情况展开讨论?由于计算公式中的参数都是数值很小的量，计算所得的值只是估算结果，因此这种测距方法的实用性如何，有待在实际工作中进一步验证。     

A novel multitarget tracking algorithm for Myosin VI protein molecules on actin filaments in TIRFM sequences

We propose a novel multitarget tracking framework for Myosin VI protein molecules in total internal reflection fluorescence microscopy sequences which integrates an extended Hungarian algorithm with an interacting multiple model filter. The extended Hungarian algorithm, which is a linear assignment problem based method, helps to solve measurement assignment and spot association problems commonly encountered when dealing with multiple targets, although a two‐motion model interacting multiple model filter increases the tracking accuracy by modelling the nonlinear dynamics of Myosin VI protein molecules on actin filaments. The evaluation of our tracking framework is conducted on both real and synthetic total internal reflection fluorescence microscopy sequences. The results show that the framework achieves higher tracking accuracies compared to the state‐of‐the‐art tracking methods, especially for sequences with high spot density.     

基于射频技术和无线通信的钢包跟踪系统

为了解决某炼钢厂目前人工调度过程中钢包跟踪和管理的困难问题,采用了非接触识别的射频位置检测和基于数传电台的串行无线通信技术,提出了一种动态、及时地跟踪钢包状态的方案,并分析了钢包状态跟踪的方法及操作的分类管理,为设备生产管理和调度提供了必要的生产现场数据。研究结果表明,该系统为炼钢生产MES奠定了基础。     

16KM空间光通信的跟踪实验研究

跟踪伺服系统设计是APT核心技术,决定了通信链路能否建立以及通信系统的性能.针对精跟踪伺服系统设计中光斑抖动时变不确定性和PZT驱动中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,采用RBF神经网络自学习方法,控制PZT驱动精瞄偏转镜偏转,最终达到精跟踪伺服系统优化控制.通过16km链路的空间光通信实验表明:抑制到达角起伏后,最大起伏幅度抑制了80%和起伏均方差减少4倍,光纤耦合效率提高了6倍,光功率相对波动幅度明显减小;RBF神经网络控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性.     

空间激光通信组网单光束跟踪子系统

介绍了用于一对多激光通信组网控制系统的光斑跟踪闭环系统。在伺服转台位置闭环的基础上,讨论以CCD相机为敏感器,以二维伺服转台为执行器的光闭环系统。介绍了跟踪系统的数学原理,研究了光闭环各环节的静态动态误差及开环闭环响应。在理论计算和数学仿真后,编写了闭环跟踪程序。采用经典PID控制与前馈相结合的控制算法,进一步提高了伺服带宽,保证了系统的稳定性。对星间激光通信的光斑位置进行了跟踪试验,结果显示跟踪误差为3σ≈136μrad,基本符合空间激光通信组网系统激光束的指向要求。得到的结果验证了控制策略的可行性,为多光束伺服打下了基础。     

卫星激光通信粗跟踪系统复合控制策略

针对卫星激光通信粗跟踪系统的跟踪稳定精度指标要求高的特点,建立了基于永磁同步电机直接驱动的粗跟踪系统模型并进行了跟踪稳定误差分析。在采用传统PID控制策略存在跟踪误差较大、动态性能较差等不足的基础上,提出了一种基于粗跟踪系统的改进型前馈复合控制策略。从理论上分析了前馈复合控制策略提高了粗跟踪系统的动态性能,为降低跟踪稳定误差提供了改善方案。地面实验验证结果表明,与传统控制策略相比,改进型复合控制策略极大地降低了系统的动态跟踪误差,动态跟踪误差由606μrad降低至13μrad(1δ)。进一步的在轨实验也验证了改进型复合控制策略的合理性和先进性,总体指标满足了卫星激光通信终端的极高精度要求。本文所提出的控制策略对其他高性能跟踪伺服系统设计也具有较大的借鉴意义。     

UUV平台OFDM水声通信时变多普勒跟踪与补偿算法

针对传统多普勒估计和补偿算法在基于无人水下航行器(UUV)的正交频分复用(OFDM)水声移动通信中难以准确跟踪时变多普勒因子并对其进行快速实时补偿的缺陷,提出了一种基于时频联合搜索的新的多普勒跟踪与快速补偿算法。利用梳状导频结合频域变采样技术搜索OFDM符号在不同多普勒因子下的信道频域响应,借助匹配追踪技术对信道估计结果进行稀疏度评估,选择稀疏度最佳的信道响应对应的多普勒估计对信号进行快速补偿。经蒙特卡洛仿真及海试试验证明,该方法能够有效实现对基于UUV平台的时变多普勒实时追踪和快速补偿,保证稳健的OFDM水声移动通信。     

基于星载光电成像跟踪测距的空间目标定轨

以获得空间未知目标的轨迹运动信息为目的,研究了一种基于星载光电成像跟踪测距方式的空间目标定轨技术。该技术从测量学角度出发,利用星载光学测量系统获得目标的相对运动信息,利用角度传感测量系统获得卫星的姿态角变化和跟踪架的角随动信息,最后通过坐标变换解算出目标在地球惯性坐标系中的绝对运动信息。文中依次从物理模型、坐标体系、基本原理等方面对该项技术进行了描述和推导,获得了目标在地球坐标系下的状态方程和观测方程。最后,在对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、目标特性及光学成像测距模型进行分析后,建立了具体的数学模型,并对计算结果进行了分析讨论。得到的结果显示理想模型的目标轨迹测量精度优于0.5km。     

高帧频CMOS相机对光通信精跟踪系统影响分析

分析了互补金属氧化物半导体(CMOS)相机作为机载光通信精跟踪系统的位置传感器的优势,采用基于CMOS相机与FPGA研制的精跟踪系统,可实现帧频8 800 Hz的图像采集、数据传输、实时图像处理、光斑质心计算以及伺服控制等功能,分析了CMOS相机的噪声、帧频以及光斑质心算法对精跟踪系统跟踪精度的影响,给出了对应的数值分析与实验结果。实验结果表明:CMOS相机噪声对光斑坐标x轴、y轴引起坐标的标准差分别为0.291 9像素,0.120 2像素;当相机帧频从2 200 Hz提高到8 800 Hz时跟踪标准差从1.8降低到0.5个像素;外场光斑质心算法偏差比理想高斯光斑计算结果大8.34-0.71像素。光斑中心算法对跟踪精度影响明显,设计更具针对性的自适应光斑中心算法可以大大改善精跟踪的效果。     

空间成像与激光通信共口径光学系统设计

针对空间成像系统与激光通信天线同时需要大口径光学系统而使卫星载荷质量增大的问题,提出了一种成像光学系统与收发合一激光通信天线共口径工作的新型光学系统。从像差理论出发,给出了以主次反射镜为共用部分、成像和通信工作在不同视场的共口径光学系统初始结构设计方法。实际设计了共口径光学系统,该系统口径为600mm,次镜遮拦比为0.225,成像系统的传递函数在50lp/mm时大于0.47,接近衍射极限;发射分系统波像差远小于λ/20,发射激光的最小束散角可达4μrad,出射光斑质量良好;接收系统达到衍射极限,光斑远小于探测端面,满足探测要求。最后,进行了公差分析,给出了光学系统的装调方法。该设计通过共用主次镜减少了系统总质量和总体积,同时满足空间成像和激光通信系统的性能要求。     

自由空间激光通信系统APT粗跟踪单元光斑检测优化设计

复合轴APT(Acquisition Pointing Tracking)控制子系统是自由空间激光通信系统中重要组成部分和关键技术,其中粗跟踪伺服单元主要完成高概率、快速捕获和高稳定、高精度跟踪。在简要介绍自由空间激光通信粗跟踪光斑检测的基础上,优化设计了APT粗跟踪光斑检测单元。以XILINX公司的Spartan-3E系列XC3S1200E型FPGA芯片为平台,完成了对光斑检测单元CCD相机图像进行模拟高斯分布的自适应滤波的实时处理,并对相机进行自适应光强控制,提高了粗跟踪光斑信号的检测精度。最后经过APT复合轴的实验系统测试得出:粗跟踪精度120μrad,可靠进入精跟踪视场。