全捷联导引头的惯性视线角速度解耦方法及精度分析

针对全捷联导引头固联于弹体且其测量信息不能直接构成制导指令的问题,提出了一种新型的惯性视线角速度直接解耦方法.与传统方法相比,该方法不需要测量弹体姿态角,而是通过引入体视线角的导数、弹体姿态角速度以及相对运动学关系来进行姿态解耦,直接重构出弹体坐标系下的惯性视线角速度,并给出惯性视线角速度在视线系及体视线系下投影的计算方法;通过推导映射函数的雅克比矩阵,给出了从体视线角的导数和弹体角速度到惯性视线角速率的误差传递函数;通过对误差传递函数的分析,讨论了影响惯性视线角速率解耦精度的因素.仿真结果表明该方法实用有效,具有一定应用参考价值.     

视线跟踪技术及其应用

本文介绍了研究、应用视线跟踪技术的必要性,回顾了视线跟踪技术的研究历程,概述了主要的视线跟踪技术及其原理,比较了各种视线跟踪技术的优缺点。重点探讨了当前常用的基于视频的瞳孔－角膜高光向量法的原理和技术,并介绍了视线跟踪技术的研究方向和发展趋势。最后对视线跟踪技术在人机交互、智能机器等领域的应用前景进行了介绍和展望。     

三轴直角结构光电导引平台的捷联控制

结合三轴直角框架结构的光电导引系统消除视线扰动的问题,给出了弹体扰动角速率和框架电机角速率转换到视线坐标系的转换公式,同时采用三轴直接补偿方式消除弹体扰动的影响,构成内回路角速率稳定控制器.进而导出了基于非线性逆动力学和PID控制器组合的外回路角速率跟踪控制器,使得光电导引系统在消除扰动的同时跟踪输入指令角速率信号.最后采用Matlab对稳定回路和跟踪回路进行了仿真,仿真结果表明,系统角速率稳定的解耦精度为1%,角速率跟踪的响应调节时间小于0.1s.     

基于双光源的实时视线追踪系统

介绍了一个非穿戴式的低成本视线追踪系统。采用双近红外光源照射,单CCD相机获取 信息的系统结构。并采用独特的双眼参数综合利用的方法来获取视线方向参数,使视线方 向追踪效果更加稳定,并且同时扩大了有效追踪范围。此外,在视线方向参数获取、分析的 过程中采用了一套快速算法使系统能满足实时性的要求。应用实例表明,该系统在人-机交 互领域的应用已有了初步成效。     

激光制导武器弹目视线仿真系统最优布局设计

为了提高激光制导武器弹目视线仿真精度,根据弹目视线仿真过程,对实验室弹目视线角误差来源进行了分析,基于误差合成理论,建立了视线角误差模型,给出了一种实验室视线角精度的整体评价标准,并根据该评价标准运用遗传算法对视线运动系统的布局进行了最优化设计,得到了视线角误差在漫反射屏上的分布图,为弹目视线仿真提供参考,从而提高视线角仿真精度.     

飞航导弹双平面纵向综合制导技术

根据飞航导弹对面攻击的需要, 针对可以获取的信息,设计了视线角信息 框架下的双平面导引规律,以实现指定入 射角的攻击,并从理论上进行了分析。以 此为基础,考虑到弹体和控制回路的特性, 完成了一种便于工程实施的综合制导律, 改善了制导性能。通过充分利用飞航导弹 中制导阶段的弹道特性,解决了计算弹道 倾角时光滑低延迟垂速获取的难题。数学 仿真结果显示了所设计方法的有效性。     

人机交互中的视线跟踪技术

介绍视线跟踪技术的基本原理及其在人仙交互技术中的应用,并结合所进行的多通道用户界面的研究工作,阐述视线跟踪技术在多通道用户界面中的应用与相应的多通道整合方法。     

网页可用性评价的视线追踪技术研究

为探讨视线追踪技术在网页可用性评价中的应用，采用美国ASL公司的504视线追踪系统记录了24名被试在浏览某电子商务网站两个候选版式时的行为绩效指标和视线运动特征。对不同版式设计下被试的视觉搜索特征和绩效进行了分析。结果表明：①版式设计方式对被试视觉搜索策略有明显影响；②视线追踪技术可以作为传统行为绩效指标评价方法的有益补充应用于网页可用性评价。     

基于视线追踪,产品设计概念可用性评价方法

本文对视线追踪技术引入UCD产品创新过程产品设计概念可用性测试评价的方法进行研究,将模型置入虚拟环境,方法进行人机交互可用性分析与评价,利用视线追踪技术,跟踪捕获用户信息认知加工过程,判断目标用户的认知反应.分析目标用户兴趣,提炼基于视线追踪技术的产品设计概念人机交互可用性评价方法.     

视线跟踪技术研究

利用跟踪角膜反射-瞳孔中心的技术,构建了头部静止和头部自由运动两套视线跟踪系统,实时获取用户注视点的信息,通过电磁式位置跟踪器和共面彩色四点位置跟踪算法较好地解决了用户头部小范围运动问题,并且对系统的误差进行了详细分析.实验验证结果表明,头部静止视线跟踪系统实时跟踪误差小于1°,头部自由运动视线跟踪系统实时跟踪误差小于1cm,达到了良好的视线跟踪效果,为视线跟踪技术与人机交互设备的集成和广泛应用奠定了良好的基础.     

非线性无序测量无迹滤波在地面跟踪目标指示器的应用

对于多传感器融合系统,在处理中心往往由于通信数据链的失误,出现滞后数据(即无序量测),这对数据不利于融合的正常进行.本文对此提出一种最优和次优的无序量测无迹卡尔曼(UKF)滤波器,基于UT变换,把多步滞后量测转化为等价一步滞后量测,用无序量测直接滤波更新.通过最优、次优UKF滤波器和扩展KF滤波器在不同情况下对地面跟踪目标指示器(GMTI)组合跟踪的无序量测处理作比较,可看出本文所述滤波器提高了非线性条件下的无序量测滤波精度.     

A New UKF Based Fault Detection Method in Non-linear Systems

To detect the bias fault in stochastic non-linear dynamic systems, a new Unscented Kalman Filtering（UKF） based real-time recursion detection method is brought forward with the consideration of the flaws of traditional Extended Kalman Filtering（ EKF）. It uses the UKF as the residual generation method and the Weighted-Sum Squared Residual （WSSR） as the fault detection strategy. The simulation results are provided which demonstrate better effectiveness and a higher detection ratio of the developed methods.     

Sigma-delta receive beamformer based on cascaded reconstruction for ultrasound imaging application

A pre-delay reconstruction sigma-delta beamformer (SDBF) was recently proposed to achieve a higher level of integration in ultrasound imaging systems. Nevertheless, the high-order reconstruction filter used in each channel of SDBF makes the beamformer highly complex. The beamformer can be simplified by reconstructing the signal after the delay-andsum process with only one filter. However, this post-delay reconstruction-based design degrades image quality when dynamic focusing is performed. This paper shows that employing a simple pre-delay filter is sufficient to achieve similar performance as conventional pre-delay reconstruction SDBF, as long as the pre-delay filter provides the required pre-delay signalto- quantization noise ratio (SQNR). Based on this finding, we proposed a cascaded reconstruction beamformer that uses a boxcar filter as the pre-delay filter in each channel. Simulations using real phantom data demonstrate that the proposed beamforming method can achieve a contrast resolution comparable to that of the pre-delay reconstruction beamforming method. In addition, the hardware can be greatly simplified compared with the pre-delay reconstruction beamformers.     

一种弹目视线角的计算方法

为了能够通过弹目视线角计算目标的有效反射面积,提出了一种弹目视线角的计算方法。首先定义两个弹目视线角,并对两视线角的含义进行了深入的描述;然后通过分析影响弹目视线角的多种因素,利用坐标转换提出一弹目视线角的计算方法;最后,通过针对导弹坐标、目标坐标及目标三姿态角对两视线角的影响进行仿真,仿真结果验证了算法的有效性。同时,对研究目标的有效反射面积开展,进而实现对目标的有效跟踪具有一定的参考价值。     

基于鲁棒H~∞滤波的光电跟踪机动目标状态预测估计

针对光电跟踪系统中目标机动的特点和电视图像跟踪器信号处理、传输造成的测量时滞以及目标信号测量中存在的不确定干扰和噪声,选取机动目标"当前"统计模型对加速度进行建模,在所建立的光电跟踪目标加速度非零均值相关模型的基础上,采用鲁棒H∞滤波算法对光电成像识别目标运动状态进行预测估计.其预测精度比Kalman滤波提高近1倍.实验结果表明,该方法能有效地克服目标模型变化及随机噪声和干扰不确定性的影响,具有较高的预测精度和良好的鲁棒性.     

基于卡尔曼滤波和粒子滤波融合的UWB室内定位算法

基于超宽带(ultra-wideband, UWB)室内定位技术得到了广泛的发展,然而,在LOS(line-of-sight)和NLOS(non-line-of-sight)环境下的UWB的测距信息均存在不同程度的误差,因此,提出了一种改进的卡尔曼滤波算法对UWB原始数据进行平滑处理;之后提出卡尔曼滤波(Kalman filters and particle filters, KPF)和粒子滤波融合的算法。通过卡尔曼滤波得到的状态量和误差协方差进行粒子采样,克服了传统粒子滤波进行粒子采样时的运动学模型与实际运动不相符的缺点,大幅减少了粒子退化的现象。经过实验,该算法在LOS和NLOS环境中的定位精度分别提升了20.6%和15.6%。     

基于BELLHOP模型的水下多目标跟踪算法研究

针对高频主动声呐的深海多目标跟踪问题,提出了基于BELLHOP模型的无迹卡尔曼滤波-高斯混合概率假设密度(Unscentesd Kalman Filter-Gaussian Mixture-Probability Hypothesis Density, UKF-GM-PHD)水下多目标跟踪算法。该算法首先利用BELLHOP射线声学模型,计算出本征声线、目标信号的幅度、相位及时延信息,以此构造目标回波信号并叠加高斯白噪声。然后,由回波信号计算得到目标相对于观测站的距离、方位角和俯仰角信息,作为目标跟踪系统中的量测信息。最后利用提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法,实现高频主动声呐非线性系统的多目标跟踪。仿真结果表明,在深海高频主动声呐条件下,文章提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法较传统高斯混合概率假设密度(Gaussian Mixture Probability Hypothesis Density, GM-PHD)方法,明显降低了目标丢失率,并且最优子模式指派统计量(Optimal Sub-Patter Assignment, OSPA)距离也更小,跟踪效果更好。     

A New Optimized Algorithm with Nonlinear Filter for Ultra-Tightly Coupled Integrated Navigation System of Land Vehicle

The extended particle filter (EPF) assisted by the Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy logic adaptive system (FLAS) is used to design the ultra-tightly coupled GPS/INS (inertial navigation system) integrated navigation, which can maneuver the vehicle environment and the GPS outages scenario. The traditional integrated navigation designs adopt a loosely or tightly coupled architecture, for which the GPS receiver may lose the lock due to the interference/jamming scenarios, high dynamic environments, and the periods of partial GPS shading. An ultra-tight GPS/INS architecture involves the integration of I (in-phase) and Q (quadrature) components from the correlator of a GPS receiver with the INS data. The EPF is a particle filter (PF) which uses the extended Kalman filter (EKF) to generate the proposal distribution. The PF depends mostly on the number of particles in order to achieve a better performance during the high dynamic environments and GPS outages. The T-S FLAS is one of these approaches that can prevent the divergence problem of the filter when the precise knowledge on the system models is not available. The results show that the proposed fuzzy adaptive EPF (FAEPF) can effectively improve the navigation estimation accuracy and reduce the computational load as compared with the EPF and the unscented Kalman filter (UKF).     

精密光电跟踪转台的设计与伺服控制

以某型号电视制导导引头为背景,针对载体上光电跟踪系统的特点,设计研制了一种新型四轴精密光电跟踪转台。在介绍转台主要性能指标的基础上,从系统机械谐振、结构建模、元部件选型计算方面进行了详细分析和设计,给出了基于高速DSP控制器和数字滤波的复合闭环伺服控制策略和实现方案。实验测试结果达到预先制定的设计指标和精度要求,表明了系统设计方案的实用性和有效性。所设计转台能够在实验室条件下模拟弹、箭制导导引头和机载光电成像跟踪系统等的动力学特性和各种运动姿态,为实际系统的研制和改进提供重要参考依据和实验数据。