景象匹配制导地面半实物仿真验证系统研究

【摘要】：半实物仿真又称硬件在回路的仿真,它填补了全数字/混合仿真与实际外场试验之间的空档,具有真实性、实时性、可控性、可重复性、隐蔽性和经济性等优点,可以直接有效地检验和测试参试系统部件的性能,减少实弹射击次数,降低研制与试验成本,节省人力物力,缩短研制与试验周期。本文针对军队实际工程项目的需要,研究和开发了景象匹配制导地面半实物仿真验证系统,并开展了相应的半实物仿真实验。 本文进行了直线运动条件下飞行器自主测速半实物仿真实验。利用图像拼接技术制作沙盘基准图像,利用生物视觉景象匹配算法实现实时序列图与基准图的定位匹配,分别用直线拟合测速算法和卡尔曼滤波测速算法进行数据处理,将结果与六自由度运动平台的标定速度进行分析比较,结果显示卡尔曼滤波测速算法和直线拟合测速算法的相对误差均在3%左右,表明该测速算法有较高的测速精度和良好的可靠性,为飞行器导航和导弹制导提供了一套经济、有效、实用的自主测速半实物仿真系统。 本文还开展了多基准图景象匹配制导半实物仿真实验。针对像机高度下降过程中实时图分辨率变化给图像匹配带来困难的实际问题,本文提出了基于高度变化量以及基于跟踪两个点的实时图放大倍数计算方法。基于跟踪两个点的实时图放大倍数计算方法原理简单,不需要增加额外的硬件设备,实时性好,易于工程实现,在实验中取得了很好的效果,大大提高了目标捕获成功率。 最后本文研究了通过景象匹配解算像机位姿参数的方法。在基准图信息和像机内参已知的情况下,在单幅实时图上匹配5个(或更多的)点,求解非线性共线方程组,即可得到像机位置与姿态等全部外参;若像机姿态角已知,则只需2个匹配点,求解线性共线方程组就可得到像机位置参数。半实物仿真实验验证了该方法正确行。