基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法研究

随着红外成像相关产业的兴起,红外成像技术具有的隐蔽性好、探测范围广、定位精度高、穿透距离远,以及轻质小巧、低耗可靠等优点备受青睐,已成为当前智能化光电探测发展的主流方向。然而,红外弱小目标的图像细节特征少、信噪比低等特点成为红外图像应用的瓶颈,如何提高红外弱小目标成像效果成为目前的研究热点。POCS算法是目前超分辨率复原中应用非常广泛的一种复原算法,但是该算法运算量大,处理时间较长,同时对图像的边缘细节保留能力较差。针对POCS超分辨率复原算法迭代时间较长,无法满足光电探测系统实时性的问题,提出了基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法(GPOCS)。该算法根据图像的梯度分布对图像中的像素点进行分类,采用不同的迭代系数进行计算。改进算法能够较好的保留边缘信息并抑制噪声,进而在保证超分辨率复原性能的基础上大大缩短了运算时间。实验结果表明:GPOCS算法复原结果在背景处噪声得到一定的抑制,整体复原能力优于传统的POCS复原方法。该算法能够有效地保留边缘细节,同时处理时间小于传统的POCS复原方法,减少了1个数量级已经是接近实时。GPOCS算法能够自适应的选取迭代步长,较好的保留边缘信息并抑制噪声,进而在保证超分辨率复原性能的基础上大大缩短了运算时间,虽然不能满足实时性的要求,但是也已经是接近实时。     

用于三轴转台的卫星跟踪策略

针对纬轴工作范围为±20°的三轴跟踪架结构不能跟踪半球空域内所有卫星的问题,本文研究了卫星跟踪原理,结合纬轴受限的三轴结构特点,推导出了三轴之间关系的公式,并由此仿真得出了STTA卫星跟踪策略算法。跟踪仰角70°以上的卫星时,采用方位轴定位式水平式跟踪,这种跟踪方式既利用了水平式结构保精度跟踪天顶附近目标的优势,又克服了地平式结构有天顶跟踪盲区问题;跟踪仰角70°以下的卫星时,采用方位轴随动式水平式跟踪,这种跟踪方式使地平式跟踪方式和水平式跟踪方式有机地结合起来,实现优势互补,达到了更为理想的跟踪效果。该跟踪策略不仅解决了三轴转台纬轴工作范围受限问题,而且能够捕获跟踪半球空域内所有卫星,并保证卫星全程在保精度跟踪范围内。最后设计了实验,证明了该跟踪策略算法的有效性和可行性。     

基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究

为减小压电陶瓷的迟滞非线性对系统跟踪精度的影响,该文采用经典的存在逆解析的PI迟滞模型对压电陶瓷的迟滞特性进行建模,将PI模型的逆模型用于压电陶瓷的前馈控制算法中,然后设计了神经元比例、积分、微分(PID)反馈控制算法,将前馈控制算法与神经元PID反馈控制算法结合得到了压电陶瓷的复合控制算法。将仅含前馈的控制算法和复合控制算法在压电陶瓷的控制器上执行,实验结果表明,仅含前馈的控制算法的跟踪误差为1.256μm,而复合控制算法的跟踪误差仅为0.092μm,该复合控制算法使跟踪精度提高了1.164μm。     

地平式跟踪系统过顶问题研究

地平式光电系统过顶跟踪时需要很大的方位角速度,在目标通过天顶瞬间方位角速度达到无穷大,导致地平式系统在天顶附近存在跟踪盲区。为此,对天顶跟踪盲区进行了分析,提出盲区范围计算公式,并分析了天顶附近目标图像旋转问题。从软硬件两种角度提出过天顶跟踪目标的方法,即倾斜方位轴方法和程序引导方法,通过比较二者的优缺点给出具体应用范围。     

航空相机稳定平台控制算法设计及其像移补偿

飞行过程中飞机姿态角速度变化会对摆扫式航空相机产生干扰,另外相机在拍摄时飞行方向上的景物与感光介质之间存在相对运动。为消除姿态角速度的干扰和前向像移,设计了一种基于F28335的机载相机两轴稳定平台系统。探讨了伺服控制系统的算法选择,介绍了硬件结构和软件流程。通过摇摆台试验证明,该两轴稳定平台动态精度高、运行可靠,满足相机拍摄时序和精度的要求。     

高精度动载体激光发射系统光束控制反射镜

设计了一种适于车载等运动环境下的快速控制反射镜, 用于在具有振动和冲击的工作环境下控制激光发射系统的激光光束稳定及其精确校准。根据某光学系统的性能指标要求,阐述了用于高能激光的平面反射镜的物理性能以及控制反射镜负载应有的机械特性。采用大行程的音圈电机作为控制反射镜的驱动器,并设计了精度高、抗干扰能力强的角位移测量装置作为控制反射镜的位置传感器。对所采用的4个音圈电机和4个角位移测量装置进行了合理布局,既降低了系统的转动惯量又提高了系统的可靠性和环境适应性。实验结果表明：该快速控制反射镜的定位精度优于1.4″,满足高能激光发射系统对控制反射镜的精度要求。     

水平式经纬仪静态指向修正模型的比较与改进

为了对跟踪高轨目标无跟踪盲区的水平式经纬仪的指向进行修正,对经纬仪指向修正模型进行了理论分析和实验研究。介绍了球谐函数、支架、水平式3种指向修正模型,并对水平式模型做了修改。利用实测恒星数据进行matlab回归对比分析,最后采用内符合和外符合两种方法对3种模型的回归精度进行符合对比,得出了适合水平式经纬仪指向修正的模型。应用该水平式修正模型对某型水平式经纬仪的实际指向进行了修正,实验结果表明,其经轴L修正精度为0.4672″,纬轴B修正精度为0.4227″。对3种模型回归精度的对比分析显示,用支架和水平式模型修正水平式光电经纬仪指向精度时,效果均远优于球谐函数模型,支架模型略优于水平式模型,从而得出球谐函数模型不适合修正水平式经纬仪指向的结论。     

中低轨卫星高仰角时刻的轨道预测

使用改进的拉普拉斯算法对人造卫星进行轨道预测时,在卫星仰角过高及卫星过顶点时刻其外推精度都较低,无法满足轨道预测的精度要求。本文基于对外推数据和实测数据的分析,提出了基于时间校正的轨道预测方法。该方法首先对外推数据和实测数据进行坐标旋转,然后用实测数据对外推数据进行时间校正,从而获得高精度的卫星轨道预测数据。利用水平式光电设备对卫星进行了跟踪实验。实验中使用了大于60s时长的高精度自动跟踪数据,先进行运动方程的拟合,然后进行时间校正,外推出了超过20s时长的高精度预测数据,且在卫星过顶点时刻,预测偏差可以保持在3″左右。实验结果表明,该方法有效地提高了卫星在高仰角时刻的轨道预测精度和保精度跟踪时间。     

三轴转台角速度偏差最小跟踪方法

目前在三轴转台跟踪中缺乏对运动目标进行有效解算的实时方法,而普遍应用的锁定横滚轴的地平式跟踪方法和锁定方位轴的水平式跟踪方法存在跟踪盲区问题,为此提出了一种三轴角速度偏差最小方法。对三轴转台建立运动模型,以各轴速度偏差平方和最小作为指标,利用转台轴角位置、轴角速度和跟踪目标位移等参数,建立运动模型的广义逆矩阵,求解出唯一确定的三轴转角偏差,将目标的空间指向变化平均分配到三个轴系,实现对三轴转台的实时伺服控制。相比于地平式方法和水平式方法,在跟踪越过盲区的目标时,MDTV方法可以大幅降低跟踪过程中转台的角速度和角加速度,保证跟踪转台平稳运行。在跟踪旋转靶标时,MDTV方法的跟踪偏差最大值只有地平式方法的15.4%。试验证明该方法可以解决跟踪盲区问题,能够提高设备的跟踪精度。     

基于CPLD的单极模式PWM波形产生电路的实现及其应用

本文根据PWM波形的产生原理,设计和实现了一种由CPLD实现的单极模式PWM脉宽调制电路。它的各功能模块均由VHDL语言实现,具有灵活、实用、开关频率可调、现场可编程等优点。现已应用于我所的PWM直流伺服系统中,实践表明,该电路控制精度高,能方便地与数字控制器和模拟控制器连接,直接用于直流电机控制,具有较高的性价比。