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靶场序列图像中火箭三维姿态测量及尾焰跟踪修正方法研究

向丽  
【摘要】:各靶场基地在发射各类导弹、炮弹,特别是大型运载火箭时,大多有测量目标三维姿态的需求。获得目标运动轨迹以及三维飞行姿态参数,对目标飞行状态分析、故障分析、飞行器设计研制、提高靶场试验能力和水平都有着重要的实际意义和价值。本文主要围绕靶场序列图像中火箭的三维姿态测量和尾焰跟踪修正方法进行了讨论和研究。介绍了利用光学的手段测量火箭三维姿态参数的方法,对用单相机序列图像测量火箭滚转角的螺旋线法进行了深入研究,并对测量精度进行了分析;研究了利用火箭尾部喷焰图像进行目标点跟踪的问题,对火箭运行的不同阶段尾焰的流动结构进行了讨论,从理论上提出了保持尾焰跟踪点位置一致性的修正准则;对国外目标跟踪研究的新方向——基于序列图像的模拟生物视觉进行目标跟踪的模型分析法进行了初步探索,推导出该模型分析法中仿射变换Lie微分算子的具体表达式。论文的主要工作包括: 1、介绍了靶场测量中火箭三维姿态的光学测量方法及其理论基础,着重对单相机测量滚转角的四区域轮廓螺旋线法进行了深入探讨和研究,对该算法进行了编程实现,利用仿真图和靶场某型火箭的数字图像对该算法进行了检测,对测量结果进行了精度分析。 2、分析了测量火箭俯仰角、偏航角的中轴线法的误差和测量滚转角的螺旋线法的误差。 3、对火箭尾焰的产生过程、尾喷焰的流场物理结构以及流场中各阶段结构及参数计算进行了研究,从理论上对火箭尾焰跟踪问题进行了分析和探讨,结合靶场高速摄像机实际所拍摄火箭尾焰的可见光图像和红外图像,提出了跟踪火箭尾喷焰的相关修正准则。 4、在计算机视觉的基础上,对基于序列图像模拟生物视觉进行目标跟踪的模型分析法进行了初步探索和研究。对生物视觉信息提取的过程及特点进行了介绍,其中主要研究了广义Gabor函数作为感受野函数提取初级视觉信息的可行性;对仿射变换作为外界图像信息在视觉成像系统上的投影模型的原理进行了初步讨论;对Lie变换群微分算子用于提取仿射变换不变量的分析方法作了剖析,并推导了该方法中关键部分——仿射变换Lie微分算子的具体表达式,也就是几何变形无限小微分算子(Lie变换群无限小量)的计算表达式,使下一步编程实现该方法成为可能。


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