机载光电平台稳定跟踪系统关键技术研究

发布时间：2017-12-22 05:14

  本文关键词：机载光电平台稳定跟踪系统关键技术研究　出处：《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 局部敏感直方图 粒子群优化 地理坐标跟踪 机载光电平台

【摘要】：机载光电平台作为无人机的有效载荷,在军用、警用、民用等领域发挥着重要作用。在机载光电平台稳定跟踪系统的实际应用中,暴露出一些亟待解决的问题:长时间跟踪目标时,出现目标漂移的问题;目标被云、树木等遮挡,造成目标丢失的问题;大雾、雨雪等恶劣天气或目标采取伪装措施,导致无法依靠图像特征跟踪目标的问题。本文针对这些实际问题进行了研究。针对长时间跟踪目标时,由于误差累积,产生目标漂移的问题,在图像跟踪器中采用基于域均值粒子群优化的均值漂移目标跟踪算法。针对目标容易被云、树木等遮挡的问题,在图像跟踪器中采用基于局部敏感直方图的目标跟踪算法,进行抗遮挡跟踪。机载光电平台的伺服系统与图像跟踪器形成闭环,伺服系统驱动光电平台,使其视轴始终对准目标。针对大雾、雨雪等恶劣天气或目标采取了伪装措施,导致图像跟踪器无法依靠图像特征跟踪目标时,本文采用地理坐标跟踪的方法。该方法分为目标定位和目标引导两个步骤,首先根据光电平台的姿态信息、激光测距值和无人机的姿态信息,实时解算并存储目标的经纬度。当无人机位置、姿态变化后,目标地理坐标跟踪系统实时解算出光电平台应指向的方位角和俯仰角,机载光电平台的伺服系统与地理坐标跟踪系统形成闭环,利用伺服系统驱动光电平台,使其视轴始终对准目标。针对地理坐标跟踪模式下,增加焦距,只能对主目标(视场中心目标)进行详查,造成对次目标(非视场中心目标)跑出视场的问题,本文采用多目标实时定位的方法,对可见光摄像机视场中的多个目标同时进行定位,并在线存储多个目标的地理坐标值,操作手对一个目标观察完毕后,光电平台可自动将下一个目标通过地理坐标跟踪的方法引导入视场。本文建立了多目标定位模型与变焦距镜头畸变实时校正方法,提高了目标的定位精度。本文的主要研究成果如下:(1)传统Mean-shift目标跟踪算法,在长时间跟踪后,容易出现目标漂移。本文提出了一种基于域均值粒子群优化的均值漂移目标跟踪算法模型,该模型包含了目标颜色的空间分布信息,在跟踪过程中,如出现较复杂背景的干扰,该模型可以通过核密度估计继续跟踪未被干扰的部分。与传统的Mean-shift跟踪算法相比,在长时间目标跟踪过程中,基于域均值粒子群优化的均值漂移目标跟踪模型具有更好的跟踪稳定性,不易出现目标漂移。(2)传统局部敏感直方图目标跟踪算法,在目标被遮挡后,易发生目标丢失。本文提出了顶层区域、子区域的概念,建立了分层局部敏感直方图跟踪算法模型。根据顶层模板被遮挡的情况,通过扩大或缩小模板并调整特征更新速度,有效解决了目标在长时间被遮挡后,目标模板被错误更新的问题。(3)建立了地理坐标跟踪误差模型,并对影响主目标(视场中心目标)定位精度的因素进行了分析,地理坐标跟踪方法解决了单纯依靠图像跟踪器不能在目标特征不明显、恶劣天气下跟踪目标的问题。推导了变焦距镜头畸变对定位精度的影响,提出了变焦距镜头实时畸变校正方法,有效提高了多目标的定位精度。通过同时存储多个次目标(非视场中心目标)的地理坐标值,光电平台依次将各个目标引导入视场,有效解决了单纯依靠图像跟踪器不能持续跟踪可见光镜头视场外多个目标的问题,提高了光电平台的侦察效率,满足机载光电平台的实际需求。通过外场实验,验证了在短焦距情况下,运用地理坐标跟踪方法对目标进行稳定跟踪是可行的。
【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V279;TP391.41

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘家燕;;机载光电平台风阻分析[J];长春理工大学学报(自然科学版);2011年02期

2 孙辉;;机载光电平台目标定位与误差分析[J];中国光学;2013年06期

3 扈宏杰;王元哲;;机载光电平台的复合补偿控制方法[J];光学精密工程;2012年06期

4 安源;许晖;金光;史磊;王军;宋志远;;动载体光电平台角振动隔振设计[J];半导体光电;2006年05期

5 王玉明;周兴义;;机载光电平台安装误差分析[J];计算机仿真;2008年11期

6 戴少华;;基于模糊综合评判的无人机载光电平台控制盒故障诊断[J];舰船电子工程;2012年07期

7 黄猛;张葆;丁亚林;;国外机载光电平台的发展[J];航空制造技术;2008年09期

8 韩松伟;项阳;刘洵;孟中;毛大鹏;吴志勇;王国华;丁金伟;李永刚;;机载光电平台球罩的视轴指向误差[J];光学精密工程;2009年10期

9 鲍文亮;黄显林;尹航;卢鸿谦;;光电平台惯性稳定系统的自适应动态摩擦补偿[J];电光与控制;2012年04期

10 鲍文亮;黄显林;卢鸿谦;;多框架光电平台动力学建模及耦合分析[J];哈尔滨工程大学学报;2009年08期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 周兴义;;机载光电平台基准变换模型的建立[A];第十三届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 王宣;机载光电平台稳定跟踪系统关键技术研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2017年

2 毕永利;多框架光电平台控制系统研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2004年

3 王连明;机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2002年

4 刘磊;光电平台中的LQ控制方法研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2013年

5 高紫俊;机载光电平台振动特性测量技术研究[D];大连海事大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 朱可;机载光电平台的有限元分析及其关键零件的改进设计[D];吉林大学;2011年

2 徐贤玉;船载光电平台伺服稳像方法设计及实现[D];南京理工大学;2014年

，

本文编号：1318557