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景象匹配制导地面半实物仿真验证系统研究

作　者: 汤念
导　师: 雷志辉
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 半实物仿真 视觉导航 多基准图制导 位姿测量
分类号: V216.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 94次
引　用: 1次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 研究背景及意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-18
    1.2.1 半实物仿真的关键技术  13-15
    1.2.2 国内外半实物仿真研究现状  15-18
  1.3 论文的主要结构  18-20
第二章 地面半实物仿真验证系统设计  20-27
  2.1 引言  20
  2.2 地面半实物仿真验证系统组成  20-23
    2.2.1 包含多种典型地面目标的比例仿真沙盘  20-21
    2.2.2 CCD摄像机  21
    2.2.3 六自由度运动平台及数控计算机  21-22
    2.2.4 计算机或DSP  22-23
    2.2.5 其他辅助设备  23
  2.3 地面半实物仿真验证系统功用  23-26
    2.3.1 空对地精确制导实验  24
    2.3.2 飞行器测速实验  24
    2.3.3 舰载机着舰助降实验  24-25
    2.3.4 空间交会对接视觉导航实验  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 飞行器自主测速半实物仿真验证实验  27-46
  3.1 引言  27
  3.2 飞行器自主测速原理  27-29
    3.2.1 基于序列图和测高数据的自测速方法原理  27-28
    3.2.2 基于序列图与基准图匹配的飞行器定位测速方法原理  28-29
  3.3 基准图生成关键技术  29-35
    3.3.1 基准图生成关键技术——图像拼接技术  30-32
    3.3.2 图像自动拼接方案  32-35
  3.4 直线运动条件下的测速验证实验  35-44
    3.4.1 实验方案  35-36
    3.4.2 六自由度运动平台速度的标定  36-37
    3.4.3 测速算法简述  37-41
    3.4.4 测速结果及分析  41-44
  3.5 机动条件下的测速验证实验探讨  44-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章 多基准图景象匹配制导半实物仿真验证实验  46-60
  4.1 引言  46-47
  4.2 多基准图景象匹配制导原理  47
  4.3 正下视多基准图景象匹配制导半实物仿真实验  47-51
    4.3.1 实验方案  47-49
    4.3.2 实验结果及分析  49-51
  4.4 前下视多基准图景象匹配制导半实物仿真实验  51-58
    4.4.1 实时图放大倍数的计算方法  52-54
    4.4.2 实验方案  54-56
    4.4.3 实验结果及分析  56-58
  4.5 实验结论  58-59
  4.6 本章小结  59-60
第五章 通过景象匹配解算像机位姿参数的方法研究  60-67
  5.1 引言  60
  5.2 通过景象匹配解算像机位姿参数的方法  60-62
  5.3 半实物仿真实验验证  62-66
    5.3.1 实验方案  62-63
    5.3.2 实验结果及分析  63-66
  5.4 本章小结  66-67
第六章 结束语  67-69
  6.1 本文工作总结  67-68
  6.2 本文工作展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
作者在学期间取得的学术成果  74

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 基础理论及试验 > 航空器地面试验 > 各种试验设备和仪器
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