无人机光电侦察设备控制系统设计研究

本文论述了某型无人机光电侦察设备控制系统设计和实现方法,通过对系统的主要技术指标进行分析,确定了技术方案,介绍及讨论了系统技术难点.同时介绍了系统的实现过程并对实现中遇到的问题进行了讨论.     

车载光电侦察系统目标定位及误差分析

车载光电侦察系统在目标定位过程中,由于光电平台、惯导系统的工作方式及安装位置差异,在建立光电平台坐标系、惯导系统坐标系、本地坐标系、地心坐标系、基于参考椭球的经纬度表示等一系列坐标系基础上,推导出目标定位模型,计算出目标的经纬度和高程,实现对目标的精确定位。通过模型对光电侦察系统的主要误差源进行分析和试验仿真,结果表明该模型能够保证对目标定位精度的要求。外场实验结果表明:系统目标定位精度优于15 m。     

无人机载多光谱侦察效能研究

光谱成像探测技术将成像技术和光谱技术结合在一起,能够提供丰富的目标场景信息。对多光谱成像探测技术进行了详细研究,针对迷彩伪装目标侦察设计了无人机载多光谱摄像机,重点分析了多光谱侦察探测、识别的计算方法。通过试验验证,多光谱侦察效能提高20%~50%。     

机载侦察设备目标定位数据处理方法

机载侦察设备对目标定位时受到的影响因素较多,目标定位数据中存在的系统误差和随机误差会影响定位结果。提出采用圆概率误差处理目标定位数据时,需分析判断圆概率误差的不同适用条件。根据圆概率误差的定义和圆概率误差方程式的一般形式,推导了6种不同适用条件情况下的圆概率误差简化计算公式。用两种圆概率误差简化计算公式对某目标定位数据进行了对比计算分析,在采用适用条件下计算公式的数据处理精度优于095,达到了CEP定义50％的数据概率要求,能够准确分析处理机载侦察设备的目标定位结果。     

机载侦察设备目标定位数据处理方法

机载侦察设备对目标定位时受到的影响因素较多,目标定位数据中存在的系统误差和随机误差会影响定位结果。提出采用圆概率误差处理目标定位数据时,需分析判断圆概率误差的不同适用条件。根据圆概率误差的定义和圆概率误差方程式的一般形式,推导了6种不同适用条件情况下的圆概率误差简化计算公式。用两种圆概率误差简化计算公式对某目标定位数据进行了对比计算分析,在采用适用条件下计算公式的数据处理精度优于0.95,达到了CEP定义50％的数据概率要求,能够准确分析处理机载侦察设备的目标定位结果。     

无人机视频运动目标实时检测及跟踪

对无人机拍摄视频中的地面运动目标提出一种实时检测跟踪算法。该算法利用特征点的对应关系将图像对配准,再对配准图像进行变化检测,根据变化和运动信息检测目标并消除虚警,将检测与跟踪相结合,对目标跟踪失效的情况,能重新正确定位目标,从而获取目标的完整运动轨迹。采用无人机拍摄的地面车辆图像的测试结果表明,算法能有效检测跟踪运动目标,并能达到25 f/s以上的实时处理速度。     

光电经纬仪多目标实时交会方法

为实现实时计算多个目标飞行轨迹,并引导设备跟踪目标,根据目标运动特性和光电经纬仪跟踪测量的固有特性,设计了一种多目标实时交会方法,解决了同名目标点的排序和假目标轨迹剔除问题,最终得到正确的目标轨迹.试验证明,对于跟踪目标N≤3,通信周期50ms的光电经纬仪测量系统,利用该多目标实时交会算法处理测量数据,可实时、精确、稳定引导测量设备进行跟踪工作.     

无人机对地目标自动检测与跟踪技术

针对无人机图像帧序列具有平台高速运动,视角旋转强烈,需要实时处理等特点,提出一种基于双级旋转不变特征空间检测（粗匹配-精细匹配）与并行特征提取跟踪的无人机对地目标图像帧序列自动快速目标检测与跟踪算法。采用图像子块的平均灰度值、灰度值方差、灰度值梯度构建特征空间。通过构造图像特征空间的方法来快速筛选待匹配图像的可疑区域,删除大量的背景区域,检测算法使用全局初步匹配加局部精细匹配的方法来规避算法复杂度的缺陷。理论及实验分析表明:该算法实时性强,对图像的旋转畸变具有抵消作用,对异常情况可以恰当处理,且全局初步匹配流程具有可移植性,可以在其他图像匹配跟踪算法中充当预处理器。实验结果表明:该算法在无人机对地的情况下可以保证对地面目标的稳定跟踪,配套检测算法具有较好的实时性,满足无人机图像目标检测跟踪实时处理的需要。     

影响光电侦察系统目标定位精度因素分析

以机载平台作为研究对象,通过分析光电侦察系统实现目标地理定位的原理,得出影响光电侦察系统目标地理定位精度的主要因素,即系统的位置误差、姿态误差、航向误差及侦察系统距被测目标的距离等,推导出了光电侦察系统对目标地理定位的误差模型。对目标定位精度与光电侦察系统的航向误差、姿态误差关系的分析和仿真结果表明,光电侦察系统的航向和俯仰角精度是最关键的因素,惯导系统的航向误差控制在0.02°~0.5°,姿态误差控制在0.01°~0.25°之间较为合理,最后提出了提高目标地理定位途径的建议。     

实时多运动目标提取与跟踪研究

介绍一种静止背景条件下实时多运动日标提取与跟踪的方法。使用了单模态背景模型,用连通检测的方法分割出目标,取得目标信息,采用特征参数匹配的方法跟踪目标。对实际中出现的目标停止移动、被背景遮掩和相交运动等情况做了分析。通过采集的图像序列证实采用所提出的运动日标提取与跟踪算法可获得良好效果。     

光电侦察系统目标定位精度评价指标研究

鉴于光电侦察定位系统的设计、验收、订购阶段均涉及对系统精度的评价,指出影响光电侦察系统目标定位精度的评价指标。研究了均方根误差、平均误差及置信概率区间方法的计算原则及使用条件,给出光电侦察系统目标定位精度的评价指标,并提出设计阶段的精度预估方法、验收阶段的精度评定方法以及设备采购阶段的性能优选方法。规范了光电侦察系统的定位精度预估、验收以及订购。     

Probability evolution method for exit location distribution

The exit problem in the framework of the large deviation theory has been a hot topic in the past few decades. The most probable escape path in the weak-noise limit has been clarified by the Freidlin–Wentzell action functional. However, noise in real physical systems cannot be arbitrarily small while noise with finite strength may induce nontrivial phenomena, such as noise-induced shift and noise-induced saddle-point avoidance. Traditional Monte Carlo simulation of noise-induced escape will take exponentially large time as noise approaches zero. The majority of the time is wasted on the uninteresting wandering around the attractors. In this paper, a new method is proposed to decrease the escape simulation time by an exponentially large factor by introducing a series of interfaces and by applying the reinjection on them. This method can be used to calculate the exit location distribution. It is verified by examining two classical examples and is compared with theoretical predictions. The results show that the method performs well for weak noise while may induce certain deviations for large noise. Finally, some possible ways to improve our method are discussed.     

载机平台光电转塔目标定位的仿真算法

目标定位是光电转塔典型功能和任务之一,对其定位精度的考量也是转塔作战技术指标之一,针对该问题,从理论和仿真角度进行了分析。分析目标定位中用到的坐标系及其相互转换关系,给出光电转塔视轴反演、有源目标定位、无源目标定位的算法流程,通过仿真实验加以验证,考虑了定位过程中可能的随机误差来源,并分析是否采用均值滤波及其对定位结果的影响,最后通过Monte-Carlo分析计算了定位精度。分析结果表明:1）有源定位比无源定位的精度高,在仿真假设条件下,精度约提高1倍;2）均值滤波后,定位精度有较大提升（约提高15倍）;3）18 km距离时典型无源定位精度在80%置信度条件下约为39.4 m;4）统计直方图反映出80%置信度CEP半径及最大误差距离随载机位置、姿态、转塔视轴等（体现在目标载机距离上）不同参数的变化结果。     

整体考虑靶和均整器的设计来提高医用加速器剂量率的方法

通常低能医用加速器靶的设计遵从厚靶原则, 即采用厚度等于或大于电子射程的靶, 使靶后无电子污染. 本文提出了新的靶设计概念：设计靶时, 将靶与相关系统(初级准直锥、均整器)作为一个整体考虑, 通过减小靶厚来提高光子剂量率, 利用初级准直锥、均整器来减少电子污染. 采用这种设计概念, 用蒙特卡罗方法对BJ-6—6MV单光子医用电子直线加速器的靶进行优化设计. 模拟计算10cm×10cm野, 30cm×30cm野的深度剂量曲线, 结果表明：较之现有的厚靶, 治疗剂量提高了10%, 同时表面剂量、X射线的品质仍满足国标的要求. 通过薄靶、厚靶的加速器整机对比实验, 已验证了此结论的正确性.     

基于能量密度分布的辐射源粒子空间抽样方法研究

利用隐式蒙特卡罗方法模拟热辐射光子在物质中的输运过程时,物质辐射源粒子是需要细致处理的物理量.传统的物质辐射源粒子抽样方法是体平均抽样方法,对于大多数问题,这样处理不会带来大的偏差.但是对于一些辐射吸收截面大、单一网格内温差显著的问题,体平均抽样方法的计算结果偏差较大.分析了产生偏差原因,提出一种基于辐射能量密度分布的辐射源粒子空间位置抽样方法,并推导了相应的抽样公式以解决此类问题.数值实验表明,新方法计算结果明显优于原方法且与解析结果基本一致.     

Simulated minimum detectable activity concentration (MDAC) for a real-time UAV airborne radioactivity monitoring system with HPGe and LaBr3 detectors

An automatic real-time UAV airborne radioactivity monitoring system with high-purity germanium (HPGe) and lanthanum bromide (LaBr₃) detectors (NH-UAV) was developed to precisely obtain small-scope nuclide information in major nuclear accidents. The specific minimum detectable activity concentration (MDAC) calculation method for NH-UAV in the atmospheric environment was deduced in this study for a priori evaluation and quantification of the suitability of NH-UAV in the Fukushima nuclear accident, where the MDAC values of this new equipment were calculated based on Monte Carlo simulation. The effects of radioactive source term size and activity concentration on the MDAC values were analyzed to assess the detection performance of NH-UAV in more realistic environments. Finally, the MDAC values were calculated at different shielding thicknesses of the HPGe detector to improve the detection capabilities of the HPGe detector, and the relationship between the MDAC and the acquisition time of the system was deduced. The MDAC calculation method and data results in this study may be used as a reference for in-situ radioactivity measurement of NH-UAV.     

Self-adaptive model of texture-based target location for intelligent transportation system applications

In this paper, three shortages: full-enhancement mechanism, invariable texture extraction mechanism, and lack of robust enhancement methods, that are always neglected in some tasks based on texture-based target location for Intelligent Transportation System applications (ITS) are introduced. To cover these shortages, a self-adaptive model for texture-based target location is established. It is mainly composed of self-adaptive enhancement mechanism, self-adaptive texture extraction mechanism, and graying enhancement. Also, feedback evaluation strategy for design of texture extraction modes, needed by self-adaptive texture extraction mechanism, is provided. And then, an algorithm of license plate location is designed to evaluate effectiveness of this model. 338 license plate images from natural scenes were applied to test graying enhancement and self-adaptive location. Results of enhancement experiment indicate that graying enhancement is robust in purposiveness, real-time performance, and empirical parameter independence, simultaneously. Further, Results of location experiment demonstrate that not only a sound algorithm of license plate location with high success rate (96.1%) and low average execution time (52 ms) is given but also the effectiveness of the two self-adaptive mechanisms in the proposed model are validated.     

氚钛薄膜靶中氚深度分布的反演

金属氚化物中体相氚的总量和深度分布测定是体相中氚行为研究的难点,利用氚衰变诱发X射线谱的氚分析技术分析了金属薄膜靶中体相氚的深度分布情况,建立了薄膜靶中氚深度分布计算模型,利用Tikhonov正则化方法反演了薄膜靶中体相氚的深度分布。反演结果表明,正则化数值算法能够有效提高对薄膜靶法向非均匀性的分辨。