基于光电经纬仪的高精度目标跟踪研究

光电经纬仪作为一种实时监测与自动跟踪的光电测量设备,主要作用是对飞行目标进行跟踪与捕获。随着飞行目标机动性与速度的提高,对光电经纬仪跟踪系统提出更高要求。因此对基于光电经纬仪的高精度目标跟踪进行研究,分析影响光电经纬仪跟踪精度的因素,针对上述原因提出基于光电经纬仪的高精度目标跟踪系统设计,帮助光电经纬仪的目标跟踪精度有效提高。     

基于幅频特性曲线的光电经纬仪跟踪性能评价

提出了一种测试光电经纬仪幅频特性曲线以及利用该特性曲线评价伺服控制系统跟踪性能的方法。论证了利用频率特性、传递函数、微分（或差分）方程描述同一个系统时所具有的等价关系,给出了利用光电经纬仪幅频特性曲线评价跟踪性能的意义和优势。描述了动态靶标连续调频运动模式下,光电经纬仪跟踪靶标目标时跟踪误差信号的WVD分布。通过分析跟踪误差的WVD分布可知跟踪误差信号为一系列谐波信号的叠加,因目前缺少准确分离该谐波信号的工具和算法,导致无法利用时频分析工具获取幅频特性曲线。因此提出采用间接方式利用线性调频信号测试光电经纬仪幅频特性曲线。最后给出了利用特性曲线评价光电经纬仪跟踪伺服系统性能的方法。     

基于长波红外成像系统的红外辐射特性测量方法

地基红外成像系统是靶场领域实现目标跟踪、实况记录成像的重要成像设备之一。配有高性能红外辐射定标系统的地基长波红外成像系统,可对低温以及常温目标实现高精度辐射特性测量。通过建立制冷型红外辐射特性测量系统的辐射测量模型,在7.7~9.3 μm长波波段利用某光学口径为600 mm的长波红外辐射测量系统实现了对目标的高精度测量。实验结果表明,辐射测量的精度为16.81%,能满足靶场对高精度辐射测量的要求。     

远程迎头探测飞机目标的红外辐射特性研究

研究了远程迎头探测飞机目标的红外辐射特性。分别介绍了飞机迎头的主要红外辐射源,飞机红外辐射特性的计算流程,以及红外光电系统入瞳接收到的蒙皮红外辐射能通量的计算模型,最后对远程探测水平路径大气透过率和飞机目标红外辐射强度进行仿真计算。     

科技进展

我国研制成功新一代大型光电经纬仪中科院光电所不久前研制成功用于卫星和洲际导弹跟踪测量的新一代大型光电经纬仪。它可同时采用激光、红外、电视三种自动跟踪系统,具有看得远、测得准、跟得稳、设计新颖、用途广泛等特色,能拍摄300km外只有电视机那样大小的目标,对100km外上空的目标测量定位误差在2.5m以内,对300km外目标进行测距的误差不大于1m。这种光电经纬仪不仅可用于飞行器轨道测量,还可以通过每秒200帧的同步摄影,对两个空间目标遭遇参数和事件过程,进行实况记录。     

基于短波变F数系统的红外辐射定标规律研究

在靶场辐射测量中,红外辐射特性数据被广泛应用于目标红外特性识别和隐身特性评估,在安防与军事领域发挥着不可替代的作用.目标红外辐射特性数据获取需基于系统的辐射定标.对于中、长波测量系统来说,红外辐射定标主要针对定焦系统,而对变焦系统的辐射标定较少.建立了连续变焦系统的红外辐射定标模型,并对1000 mm口径的短波连续变焦...     

利用光电经纬仪修正地基红外搜索跟踪系统静态误差的方法

为了提高红外搜索跟踪系统对目标的定位精度,提出了一种利用光电经纬仪修正地基红外搜索跟踪系统的静态误差方法。首先根据地基红外搜索跟踪系统的跟踪机架的三轴结构,分析了系统静态误差的主要来源,并得出了系统静态误差的数学模型;再使用高精度的光电经纬仪与红外搜索跟踪系统同时测量多个相同的远处固定目标,得到两组测量数据并输入误差模型,采用最小二乘法拟合出误差模型系数。根据误差模型系数计算出红外搜索跟踪系统的系统静态误差,再在观测数据中将系统静态误差减去,最终完成系统静态误差的修正。最后给出了对某型号红外搜索跟踪系统进行静态误差测量修正的实验结果。     

多波段红外目标跟踪与辐射特性测量系统

介绍了一种对动态目标进行红外成像跟踪与辐射特性测量的系统。该系统采用大口径红外成像镜头,图像信号经放大、A／D转换和图像非均匀性校正,输出与目标辐射量成正比关系的数字图像信号。红外成像跟踪采用FPGA结合软件处理方法实现对目标的实时自动识别,进行形心、边缘与相关跟踪的计算。红外辐射特性测量采用基于PCI总线的高速图像采集板进行实时图像采集与显示。红外定标建立输出信号和标准黑体绝对辐射量的关系曲线,将原始的图像灰度数据换算为辐射通量密度。经外场试验证明该系统稳定可靠。     

远距离红外目标探测系统的研究与设计

文中分析了地面背景下目标和背景的红外辐射特性,给出了目标在理想状态和实际状态下的探测概率,指出在目标探测系统的设计中,应提高光学系统的设计,减少衍射、像差和色差带来的像斑弥散。同时本文设计了红外目标探测跟踪系统的硬件电路,对软件设计中的数字图像滤波算法进行理论分析和计算,实现了远距离红外地面目标的实时检测和跟踪。     

空间目标红外辐射谱测量系统

研究空间目标的红外辐射谱,对于识别空间目标、监视空间碎片、保障卫星运行等空间安全问题有重要意义。针对典型空间目标红外辐射特性,分析了最大可探测距离、系统温度分辨能力以及它们之间的关系,设计出一套中、长波相结合,实时监视并跟踪空间点源目标的红外辐射谱测量系统。在实验室条件下进行了模拟测量,结果表明系统效果良好。     

目标速度预测在光电跟踪控制系统中的应用

在光电跟踪设备的电视或红外自动跟踪系统中,引入目标的速度信息是提高跟踪精度的一种有效方法。为了得到目标的速度信息,设计了电视或红外脱靶量滞后时间的辨识方法以及目标速度预测的卡尔曼滤波方法,通过对电视或红外脱靶量信息同辨识出的脱靶量滞后时刻的仪器位置信息进行拟合,预测出被跟踪目标的速度信息,从而构成复合控制。仿真和实验结果表明,通过上述方法能够得出较为准确的目标速度信息,所构成的复合控制系统有效地提高了系统的跟踪精度。     

基于修正最小二乘法的测控设备同站引导算法

测控设备对飞行目标进行跟踪及测量时,高跟踪精度测控设备捕获目标较为困难,一般采用低跟踪精度设备引导天线接近目标,然后再转入自跟踪模式,因此同站测控设备互引导是目标捕获的一个重要手段。针对低跟踪精度测控设备引导高跟踪精度设备的技术需求,文中提出了一种在两套测控设备共视目标时,利用高精度设备跟踪信息来对低精度设备跟踪数据进行实时修正的算法。该算法实现了跟踪残差的实时估计和外推,提高了同站引导精度。最后采用遥测设备引导光电经纬仪进行实验,验证后发现修正后的遥测设备跟踪数据能够引导光电经纬仪有效的捕获目标。     

基于红外辐射信息的IRST系统机动目标跟踪算法

传统的IRST(红外搜索与跟踪)系统是一个仅有角测量的系统,对于目标距离是不可观测的。文中增加了红外探测器对目标红外辐射的响应信息这一测量项,使其成为一个距离可观测系统,并在此基础上,建立了目标的观测模型,推导出了机动目标跟踪的EKF跟踪算法。通过跟踪一个机动目标的仿真过程,对算法性能进行了检验,结果表明：本算法对机动目标能进行有效的跟踪,而且跟踪精度也是令人满意的。     

红外高炮弹点目标序列图像自动提取

针对光电经纬仪跟踪测量过程的红外高炮序列图像的弹点目标,进行了相关研究。结合目标弹道轨迹规律,动态预测下一弹点位置,以预测点为中心的小范围图像区域内,使用最大类间差OSTU阈值法分割图像,对分割后的二值化图像进行连通性分析,提取出目标的脱靶量。以分辨率640×512的1000帧红外序列图像为实验数据,能够在2min内自动处理完成,且目标提取准确度99%以上。     

雷达与双波段红外探测器融合跟踪系统

利用双波段红外探测系统测到的目标双波段红外辐射信息,推导出目标的伪距离量测信息,使得单站红外探测系统变为可观测系统;在此基础上,采用带反馈的分布式估计融合算法,将雷达与双波段红外探测系统得到的局部航迹进行融合,并将每次融合估计的结果反馈给局部传感器,使得融合中心达到最优性能的同时,减小了雷达和红外局部估计的误差.仿真结果表明:①单站红外探测系统利用目标的双波段红外辐射信息能够对目标进行有效地跟踪,跟踪精度较高;②带反馈的布式估计融合算法具有良好的跟踪性能,而且能够明显改善局部传感器的跟踪精度.     

提高CCD激光自准直测量系统精度的一种方法

为了提高经纬仪的测量和跟踪精度,采用了一种CCD激光自准直系统对光电经纬仪车载平台变形进行实时测量;对测量系统的精度进行了分析,其精度很大程度上取决于CCD图像传感器输出信号的精度;研究了影响CCD精度的各种因素,并对CCD图像进行消噪处理,结果表明CCD图像的质量明显提高,从而提高了CCD激光自准直系统的测量精度。     

移动式雷达/红外辐射控制的调度方法

针对降低移动式雷达/红外协同跟踪时的辐射风险问题,提出了一种移动式雷达/红外辐射控制的调度方法。首先,结合平台和目标的运动状态建立了目标跟踪模型,利用容积卡尔曼滤波预测跟踪精度;并引入辐射度影响建立了雷达辐射模型,给出了雷达辐射状态和系统辐射代价的预测方法;然后,以跟踪精度满足任务要求为约束条件,以长期辐射代价最小化为优化目标,构建了长期调度的目标函数;最后,针对求解时计算复杂度高的难题,设计了一种决策树搜索算法。仿真结果表明,文中所提调度方法与短期调度相比,具有更好的辐射控制效果,在决策步长为3时,其辐射代价下降了26.5%;且与固定位置调度比,文中方法能在改善跟踪性能的同时,降低辐射代价,在跟踪低速目标时,其跟踪误差和辐射代价分别下降了29.9%和30.5%。     

光电跟踪测量系统多传感器融合跟踪设计与实现

本文从多传感器结构设计、融合跟踪算法两方面,进行了光电跟踪测量系统多传感器融合跟踪的设计与实现方法研究。设计了一套集可见光测量、红外测量和激光测量为一体的光电跟踪测量系统,实现了适应不同环境背景下的单站定位测量功能。     

嵌入式红外目标识别跟踪系统的研究

本文研究的嵌入式红外目标处理系统基于ATR技术,它可以用来实现对动态红外目标的自动识别与跟踪。根据功能的要求,设计了一个包括红外信号采集处理模块、自动目标识别跟踪模块和嵌入式主控模块三部分的嵌入式处理系统。该系统可高速实时地处理动态目标,具有友好的人机交互界面;对提高目标识别的速度,实现系统的小型化有着积极的意义。文章重点介绍了系统各功能模块软硬件的具体实现。