无人机地面操作站增强合成视景技术研究

发布时间：2017-10-26 17:12

  本文关键词：无人机地面操作站增强合成视景技术研究

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【摘要】：随着无人机应用的越发广泛,如何保障无人机的安全飞行与任务执行逐步成为无人机操控人员必须面对的一大挑战。特别是由雨、雪、雾、沙尘、夜视等天气条件引发的退化视觉环境,会严重降低无人机操控人员的态势感知能力,从而危及无人机的飞行安全和任务效率。合成视景系统与增强视景系统已经在载人飞机领域证实了能够为飞行员提供飞机座舱外部场景的有效显示,从而有力的“穿透”退化视觉环境,保障飞行安全。为了提升无人机在低空、超低空复杂环境下的飞行安全和任务效率,解决退化视觉环境问题对无人机操控的影响,增强无人机操控人员的态势感知能力,本文提出了面向无人机地面站的增强合成视景系统,开展了以下研究工作:首先,分析了本课题的国内外研究现状及研究意义,探讨了合成视景、增强视景及无人机地面站的概念、内涵、功能及结构组成。其次,设计了无人机地面操作站框架,并基于此提出了增强合成视景系统的设计,阐述了系统组成及各功能模块的含义与作用,明确了三大核心组件:传感器数据成像、仪表符号生成、增强感知处理。接着,分析了退化视觉环境的成因与解决方案,比较了几种图像传感器的成像效果与性能,研究了退化视觉环境与传感器图像的仿真方法。然后,设计了专门用于无人机的飞行仪表,包括主飞行显示仪、平视显示仪、发动机仪表、电子地图、雷达、导航显示仪等,提出并实现了能够凸显地面障碍物的三维保形符号,针对无人直升机着舰应用开发了着舰仪表集。最后,重点研究了增强感知技术,包括垂直剖面显示、空中高速通道、地形感知与威胁告警、威胁区域指示等元素,详细探讨了它们的原理和实现方法,分析了其在增强操控人员态势感知能力方面的重要作用。基于上述研究,本文利用计算机仿真的方法,结合无人直升机着舰和无人机低空侦查任务,实现了增强合成视景演示软件,以退化视觉环境仿真、传感器成像作为无人机座舱外部场景,以飞行仪表和三维保形符号展示飞行状态信息和飞行前方的地面障碍,以增强感知技术全方位辅助、提升无人机操控人员的空间认知。结果表明,增强合成视景系统可以有力的支持无人机飞行任务,能够降低场景信息的理解难度,提高障碍物的识别速度,减轻操控人员的工作量和精神压力,有效的提升无人机操控人员的态势感知能力。此外,本文开发的软件可以作为增强合成视景系统的模拟和训练平台,为后续的机载做试验准备。
【关键词】：退化视觉环境 态势感知 增强合成视景系统 三维保形符号 增强感知
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V351.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究背景和意义16-19
• 1.1.1 研究背景16-18
• 1.1.2 研究意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.3 本文内容与结构22-24
• 第二章 增强合成视景系统的分析与设计24-40
• 2.1 增强合成视景系统分析24-28
• 2.1.1 合成视景系统24-25
• 2.1.2 增强视景系统25-26
• 2.1.3 增强合成视景系统26-28
• 2.2 无人机地面操作站总体设计28-30
• 2.2.1 地面操作站结构设计28-29
• 2.2.2 系统各功能模块描述29-30
• 2.3 无人机外部场景成像30-38
• 2.3.1 座舱外部场景仿真30-32
• 2.3.2 退化视觉环境模拟32-35
• 2.3.3 传感器成像模拟35-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第三章 仪表和符号的设计与实现40-60
• 3.1 飞行状态仪表40-52
• 3.1.1 主飞行显示仪40-42
• 3.1.2 平视显示仪42-47
• 3.1.3 发动机仪表47-49
• 3.1.4 电子地图49-51
• 3.1.5 雷达51-52
• 3.1.6 导航显示仪52
• 3.2 三维保形符号设计52-56
• 3.2.1 着陆地标设计53-54
• 3.2.2 障碍物符号设计54-56
• 3.3 着舰仪表集56-57
• 3.4 仪表与符号的实现57-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 操作站显示处理的设计与实现60-70
• 4.1 垂直剖面显示60-62
• 4.2 空中高速通道62-64
• 4.3 地形感知与威胁告警64-67
• 4.4 威胁区域提示67-68
• 4.5 其它手段68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 地面操作站演示软件的设计与实现70-84
• 5.1 软件总体规划70-72
• 5.1.1 设计内容70
• 5.1.2 显示布局70-72
• 5.2 软件开发流程72-74
• 5.3 地面操作站演示软件的实现74-83
• 5.3.1 地形数据与模型的配置74
• 5.3.2 显示配置74-75
• 5.3.3 飞行路径设置75
• 5.3.4 仪表的添加与关联75
• 5.3.5 操作与运行75-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 参考文献86-92
• 致谢92-94
• 作者简介94-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 周焱;;无人机地面站发展综述[J];航空电子技术;2010年01期

2 程金陵;徐世宁;严林芳;;民用飞机驾驶舱综合显示系统的发展趋势[J];民用飞机设计与研究;2009年04期

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本文编号：1099634