红外成像测量系统稳定跟踪设计

为实现对快速飞行目标的稳定跟踪,必须提高红外测量系统的实时信号处理速度和伺服系统闭环控制跟踪精度.因此,在新型红外成像测量系统设计中,提出了采用了DSP高速图像处理,双边缘跟踪等方法,提高系统成像跟踪处理器快速性和系统带宽等性能.提出伺服系统采用速度滞后和加速度滞后补偿,构成等效复合控制的方法,解决了红外跟踪器图像传输的滞后时延对系统跟踪精度的影响.实际应用表明,红外成像测量系统稳定跟踪能力大大提高.     

光电跟瞄平台的波门跟踪技术

波门跟踪是提高基于图像等信息实现跟踪的光电平台跟踪精度的有效方法.探讨了脱靶量预测、图像传感器滞后和伺服系统动态精度对波门跟踪的影响.针对一类匀速运动目标,建立了基于图像处理信息和伺服系统反馈信息的目标空间角运动模型,利用最小二乘法获得目标角运动参数的估计,同时推导了目标图像脱靶量的预测公式,结合目标运动预测,完成了自适应波门的设计.最后给出了常规波门和自适应波门的工程跟踪实验,结果表明,文中所提方法创新定性地定量分析了波门跟踪技术在工程实践中的问题,解决方案完整且在工程实验中得到了检验,提高了跟踪的稳定性和系统的实时性.     

结合目标角运动参数估计的自适应波门设计

为了提高机电跟瞄平台的图像跟踪精度,针对波门跟踪方法,从脱靶量的预测、图像信息的滞后和伺服系统的动态精度3个方面入手,定性分析了它们对波门设计的影响.以此为基础,建立了目标空间角运动的Kalman运动模型,获得目标角运动参数的估计,并综合考虑图像传感器的滞后,推导了预测脱靶量的公式,完成了自适应波门的设计.最后以汽车为目标对常规波门和自适应波门进行了跟踪实验.     

红外跟踪测量系统的脱靶量误差分析与修正

为了能在外场对红外跟踪测量系统的脱靶量误差进行快速的检测修正,分析了脱靶量误差的主要来源,并建立了脱靶量误差的数学模型;根据这一模型,提出了一种基于场景的脱靶量误差系数的计算方法;该计算方法引入了SIFT特征点的提取算法和基于多假设跟踪的航迹管理算法,通过目标函数的最优化得到误差系数的最优估计,最终对脱靶量误差进行了修正。实验结果表明,该方法能有效地修正红外跟踪测量系统脱靶量的系统误差。     

红外捕获跟踪设备闭环注入式仿真试验的理论研究

提出了一种采用数字图像注入式方法进行红外捕获跟踪设备闭环仿真和性能测试。在仿真测试时,红外捕获跟踪设备的传感器被图像仿真机和图像注入设备取代,图像生成及脱靶量计算环节的延迟和误差使跟踪伺服系统的性能与实际工作情况不一致,影响了仿真试验结果精度和置信度。从设备的实际情况和注入式仿真试验下伺服控制系统的等效性考虑,利用某型实际设备的伺服控制系统模型,仿真分析了在不同脱靶量延时和脱靶量误差下,系统跟踪迎头飞行目标时的稳定性和动态跟踪精度的变化,获得了设备允许的脱靶量大小和图像仿真最大延时。结果表明:脱靶量输出延迟不大于2帧时设备能稳定跟踪目标,为保持两种情况下伺服系统性能的一致,注入式试验时脱靶量随机误差最大为25″,图像仿真的最大延迟时间为19 ms。研究成果为红外捕获跟踪设备的闭环注入式仿真试验的可行性提供了理论支撑。     

红外电视跟踪器的数据处理系统设计

针对红外电视跟踪器对导弹等高速运动目标跟踪实时性的要求和数据流量大、处理速度高的特点,设计了基于DSP+FPGA架构的电视跟踪器数据处理系统.该系统采用高速数字信号处理器TMS32ODM642作为核心处理器完成目标的识别与跟踪,计算脱靶量信息;FPGA作为协处理器完成图像的采集和预处理.该系统能够完成对海面舰船目标和空...     

光电经纬仪的高精度电视自动跟踪

为了精密跟踪速度快、加速度大的被测目标,采用双闭环控制策略,及速度滞后补偿和加速度滞后补偿技术,设计了光电经纬仪电视自动跟踪系统。在跟踪以最大速度50(°)/s、最大加速度30(°)/s2运动的目标时,达到了最大跟踪误差小于80″的精度。并从原理、仿真及实验上证明了速度滞后补偿和加速度滞后补偿技术能够显著提高跟踪精度。     

舰载光电伺服设备的设计

舰载光电伺服设备由于受到横摇、纵摇、艏摇的扰动,从而对系统的稳态和动态精度会有很大的影响。为解决在海面上远距离跟踪目标精度不高的问题,提出通过CA模型最小二乘法以及船地坐标转换滤波原理,将速度前馈到双闭环伺服控制的速度环中。其位置环、速度环采用一阶、二阶滞后超前串联校正调节器,根据不同的跟踪状态在程序中切换一阶、二阶调节器以达到良好的跟踪效果,最后再加上19位高精度的旋转变压器构成完整的双闭环伺服控制系统,提高了跟踪精度。试验表明:某舰载光电伺服设备使用中波红外跟踪方式远距离跟踪目标,脱靶量最大为35″,旋变反馈角度位置合成值与雷达测得目标实际角度值一致,最大跟踪误差仅为100″,远小于工程中要求4'的跟踪精度。     

电视跟踪系统脱靶量动态滞后误差的修正

解决了电视跟踪系统脱靶量动态滞后误差修正中传统方法精度低、无法有效抑制随机误差的问题。分析指出目标在摄像机靶面上的成像点运动为机动,且认为机动加速度服从修正瑞利分布,采用了基于机动目标当前统计模型的自适应卡尔曼滤波算法进行误差修正。仿真结果表明,该算法较传统方法不但补偿精度高且极大抑制了随机误差。     

雷达伺服系统的频域辨识与控制方法研究

为解决雷达在目标跟踪中的滞后误差问题,根据现代控制方法,提出了一种实用的伺服设计方法.采用质数倍多正弦信号作为辨识输入激励伺服系统,以频域辨识方法获得伺服系统模型;为提高跟踪精度,将跟踪误差的积分增广为系统状态,进行积分增广状态反馈控制.仿真和雷达跟踪实验表明,频域辨识获取的模型准确度高,同时,所用控制方法能大幅减小目标跟踪中的动态滞后误差,有效提高跟踪精度.     

适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。     

光电经纬仪中激光测距发射系统设计

论述了在光电经纬仪上应用激光测距装置的重要性,即可实现单台经纬仪确定目标位置.介绍了激光测距的原理及测距方程,针对光电经纬仪中激光测距系统的结构特点,对测距分系统发射系统进行了设计,实现了各种复杂条件下的激光测距.     

红外系统辐射特性探测功能设计

红外可以获得可见光难以获取的目标景物信息,红外辐射特性作为一种重要的光学表征方式,目前广泛应用于目标的跟踪和识别。某光电经纬仪具备中波红外跟踪功能,针对目标红外特性探测的需求,需要对其红外系统继续设计改造。本文结合设备实际情况,分析了红外辐射特性测量系统的组成及工作方式,从红外辐射温度漂移补偿、红外辐射标定方程获取、相机动态范围计算几个方面对该光电经纬仪进行改造设计,通过试验对改造后的指标进行测试验证,结果表明设计方案合理,能够达到预期目标。     

电视跟踪箱跟踪性能检测仪设计

最小跟踪目标对比度、最小跟踪目标尺寸、最大跟踪目标速度、跟踪精度、目标捕获概率和目标捕获时间等六个指标是衡量电视跟踪箱跟踪性能的重要指标。本文介绍了电视跟踪箱跟踪性能检测仪设计方案、工作原理和组成,包括针对电视跟踪箱的性能检测设计的、基于PC总线的模拟目标产生卡,该卡可以利用软件编程产生目标大小、对比度、运动轨迹、速度和方向等参数都可以精确调整的运动或静止模拟目标。该检测仪已应用于多种电视跟踪箱的性能测试和评价中,与传统的室内标志法相比,具有可编程性好、精度高、通用性强和运动状态可控性好等特点。     

光电经纬仪中激光测距装置光学系统的设计

阐述了在光电经纬仪上应用激光测距装置的重要性,即可实现单台经纬仪确定目标位置.分析了激光测距的原理及测距方程,最后针对光电经纬仪的结构特点,对测距装置的光学系统进行了设计.     

光电探测技术在火控系统中的应用及发展

针对新型光电火控系统的应用和发展,结合光电探测技术在火控系统中的具体应用,对配备了光电传感器(激光测距、电视跟踪、红外跟踪)的新型光电火控系统的特点进行了分析。并以洛克希德.马丁公司为美国海军陆战队的AH-1Z"眼镜蛇"直升机研制的光电火控目标瞄准系统(TSS)为例,对目前世界上先进的多传感器火控系统的主要性能参数和功能特性进行了分析,并初步探讨了新型光电火控系统的发展趋势,即光电火控系统正朝着各光电系统光轴合一、功能多样化、多目标跟踪的方向发展。新型光电火控系统将进一步提高目标识别、定位距离和装备平台的存活能力。     

基于模糊相似度的地面目标跟踪算法研究

研究了基于Dempster-Shafer证据理论和模糊相似度的地面运动目标识别与跟踪问题。应用Dempster-Shafer证据理论对地面运动目标进行身份识别,用目标的类型、速度和数量等属性构造目标的模糊相似度,利用模糊相似度作为目标跟踪的主要依据。详细地分析了地理信息,提出了基于证据推理的地面运动目标识别与跟踪算法,并且用α-β滤波器更新目标位置和速度。经过实际外场试验运行表明,该算法是有效的。     

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。     

基于光电伺服系统的复合控制仿真分析

针对光电系统跟踪目标时，伺服分系统采用传统的反馈控制跟踪精度不足的问题， 从控制原理、建模及仿真等方面进行分析，提出采用复合控制的方式提高系统的跟踪精度。实际系统采用滤波预测技术，对合成后的目标位置进行滤波预测并预计出目标的角速度和角加速度。 本次仿真利用目标模型直接推导出目标角速度和角加速度，简化了仿真模型。通过仿真结果证明复合控制可以大幅度提高光电跟踪系统的跟踪精度。