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捷联成像寻的系统制导信息处理方法研究

林喆  
【摘要】: 捷联成像寻的器具有结构简单、可靠性和性价比高等优点,且其体积小、重量轻、对视线跟踪能力不再受到万向支架机电控制性能的约束,更有利于提高飞控系统的性能,已成为导弹导引系统的重要发展趋势之一。然而,由于捷联成像寻的器的光学探测系统固联于弹体上,探测基准和工作方式的改变致使传统制导信息处理方法难以直接适用。针对捷联成像寻的器的工作特点,研究适合其应用的制导信息处理方法,具有重要的理论意义和实际工程价值。对此,本文针对捷联成像寻的系统的制导信息处理问题,进行了以下几方面的研究: 1.通过与传统常平架式寻的器的比较,深入分析了捷联式寻的器的工作机理和特点,建立了捷联成像寻的器的图像运动模型和弹体姿态运动的像移补偿模型,为开展捷联成像寻的制导系统的论文研究奠定了基础; 2.针对捷联成像寻的系统的运动目标检测问题,基于图像序列三维时空频域运动能量的提取机理,提出一种基于分解频域的运动目标检测算法。该算法继承了时空频域运动检测算法对背景配准误差和图像噪声等因素所形成的伪运动信息所具备的良好鲁棒性,同时通过降低信号处理维数,简化了时空频域滤波器的设计难度,为解决捷联成像寻的系统的运动目标检测问题,提供了一种新颖有效的处理途径; 3.对捷联成像寻的系统的相关跟踪问题进行了深入研究,在建立目标帧间运动模型的基础上,给出了基于Sigma点卡尔曼滤波(SPKF)的相关跟踪算法。SPKF是一种新颖的非线性滤波技术,具有估计精度高,收敛速度快,无需求导等特点。SPKF相关跟踪算法结合捷联成像寻的器的工作特点,充分利用SPKF在处理非线性估计问题上的优势,有效解决了捷联成像寻的器相关跟踪中的自适应波门设置与目标位置估计问题; 4.为了进一步提高捷联成像寻的系统相关跟踪中的目标定位精度,深入研究了相关跟踪中的模板更新问题,给出了改进变尺寸模板更新策略。该策略通过基于最佳匹配原则的两次寻优过程,在克服目标图像形变对相关匹配精度影响的同时,校正模板更新中的匹配误差,从而保证模板更新过程中跟踪点的一致性,有效克服了目标图像形变和模板漂移对跟踪精度的影响; 5.针对捷联成像寻的系统的惯性视线重构问题,详细分析了弹体姿态的解耦方法,并在此基础上提出基于自适应SPKF的惯性视线重构方法。捷联成像寻的器惯性视线重构的关键在于精确实现对弹体姿态运动的解耦及对各噪声成分的有效滤除。论文结合时变噪声统计估值方法和SPKF非线性滤波理论,给出了弹体姿态与惯性视线信息的联合估计方法,为捷联成像寻的器惯性视线及惯性视线转率的精确重构,开辟了一条新的处理途径; 6.分析了捷联成像寻的系统中存在的主要误差源,及其在制导信息处理过程中的传递特性,并针对捷联成像寻的系统体视线和弹体姿态到惯性视线的非线性映射关系,建立了惯性视线重构的误差传递模型,通过对误差传递增益的范数分析,讨论了弹目相对位置和弹体姿态对惯性视线重构精度的影响。 综上所述,全文紧密围绕捷联成像寻的系统的制导信息处理问题,对其运动目标检测、相关跟踪、惯性视线信息重构以及制导信息处理中的误差传递问题进行了较为深入的研究,并通过计算机仿真验证了文中所提方法的有效性。


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