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基于线阵CCD的飞行目标章动角测试技术研究

王小力  
【摘要】:飞行体的姿态是飞行体理论研究的重要课题,而章动角是飞行体姿态的主要内容之一。章动角的变化是否正常是判断飞行体是否稳定的直接因素,因此,章动角的测试具有重要意义。本文主要解决基于线阵CCD采集图像的章动角测试系统中,图像分析与工程化数据处理中的关键技术问题。 针对飞行体速度高的特点,采用两台高速线阵CCD相机交汇的方法,分别测试两个正交方向的章动角数据,进而获得飞行目标的空间章动角。研究了从图像数据和测试系统参数中获得章动角数据的方法,确定了章动角计算的技术步骤:图像采集、目标分割、飞行目标中心坐标序列提取、飞行目标轴线拟合、尺度对应。分析了线阵CCD采集图像的原理及图像特性,采用差影法分割目标和背景,利用OSTU法计算阈值并分割图像,逐行读取像素值提取目标所在行的坐标值,进而利用平均数法计算目标在各行的中心坐标,采用最小二乘法将这些中心点拟合成轴线,经过尺度对应后,计算章动角的值。 通过对测试原理的研究和深入分析,推导了章动角计算公式,解决了基于CCD图像分析的章动角测试方法工程化中,飞行方向与章动方向的尺度对应问题,从而获得可靠的章动角数据。进一步对章动角计算公式中关键参数的获取方法进行了研究,并详细分析了各参数对测试精度的影响。 用MATLAB7.1软件验证了图像分析与处理算法,借助OPENCV1.0函数库在VC++6.0开发平台下实现了章动角的测试。同时,创建了动态链接库,利用VC++6.0中的MFC将章动角的测试开发成具有可视化界面的软件。 使用帧频为68000f/s的Dalsa-P2-04k40型线阵CCD相机在实验室对气枪弹实际章动角进行测量,经过理论分析,测试精度可达4%。实验表明,本文采用的章动角测试方法可行,测试数据可靠。


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