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稳定平台跟踪瞄准系统设计与研究

王黛后  
【摘要】: 随着现代武器技术的发展,战斗机作战高度越来越高,如何在高空对地面目标进行准确识别,而后实施精确打击成了亟待解决的问题。机载跟踪瞄准系统根据实时视频信号对空中飞行目标和地面目标进行快速捕获、锁定、自动跟踪,从而协助战机对地面目标进行捕获和跟踪。本文以机载光电吊舱跟踪瞄准视觉子系统设计为背景,针对系统的核心算法进行了研究,设计并实现了平台的电视跟踪测量系统。 论文首先针对目标跟踪方法进行了研究,针对经典Mean Shift目标跟踪方法目标模型描述能力不足和核窗宽固定两方面不足进行了改进。模型描述方面通过颜色空间自适应划分,以及LBP纹理模型的引入,弥补了均匀划分颜色直方图对目标描述能力的不足,增强了目标模型对于复杂环境的适应能力。核窗宽调整方面,通过尺度选择理论确定被跟踪目标团块的特征尺度,并根据特征尺度在跟踪过程中自适应调整核窗宽,保证目标尺度发生较大变化时对目标的稳定跟踪。 相对姿态估计方面,提出了基于2维特征点匹配的相对姿态估计算法。算法根据SIFT特征完成相邻帧图像特征点匹配,为降低误匹配特征点对姿态估计的影响,引入RANSAC算法对匹配的特征点对进行优化,从而得到最优的特征点集及相对姿态估计结果。数值仿真结果表明估计算法在观测点信噪比SNR为20dB,运动角度位于( 1±5 ,±1 5 ,±15 )区间时,欧拉角平均绝对估计误差为(±1 .5 ,±3 .5 ,±0.5 )。 针对电视跟踪测量环节延时对位置回路跟踪精度及稳定性的影响,引入延时补偿环节,分别考察了Kalman预测算法和最小均方自适应预测算法对环节延时的补偿性能。而后采用最小均方自适应预测算法对系统延时进行补偿,补偿前后位置回路跟踪误差表明,最小均方自适应预测算法有效的补偿了跟踪测量环节的延时,从而提高了控制系统的跟踪精度。 最后,设计实现了电视跟踪测量系统。根据功能,设计了由视频采集模块、图像处理模块和串行通信模块构成的电视跟踪测量系统,并给出了各模块的具体实现。实际系统测试结果表明,电视跟踪测量系统可以完成目标引导、跟踪、相对姿态测量各项功能。


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