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舰载直升机光电助降技术与声光扫描测量实验

作　者: 贾晓东
导　师: 朱大勇
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 摄影测量算法图像处理镜头畸变扫描激光
分类号: V249
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 165次
引　用: 1次
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内容摘要

本论文以十五科技项目为背景,针对直升机归航引导系统和助降系统中的一些关键技术进行了探讨和研究。为了确保舰载直升机在完成任务后安全返航和着舰,需要通过引导系统和助降系统实时监测直升机的位置并对其归航和着降过程进行控制。本文在提高系统的实时性与测量精度方面做了大量的研究工作。针对直升机着降过程中位置参数的测量,本文首先介绍了一种基于四特征点的几何算法,其特点是运算速度很快。为了提高计算精度,本文提出了一种基于多特征点的非线性算法,由于位置信息由多个特征点提供,信息冗余度高,并利用了最优化原理,因此具有测量精度高、稳定性好等优点。四特征点由信标灯组成,而多特征点由多边形的角点提供。对四信标点图像采用低通滤波、P 参数阈值分割和重心法获取亮斑中心坐标;对多边形图像采用了中值滤波、自适应阈值分割,再利用一种新的方法提取角点,该方法采用了隔行扫描、局部边缘检测和轮廓跟踪、利用直线分裂和合并。对于助降用摄像机镜头畸变严重的情况,提出了一种快速有效的校正方法,本方法利用摄影几何学中的交叉比不变性校正畸变中心并采用共线性原理标定畸变系数。实验表明,用该方法对镜头畸变标定后,测量结果的平均误差减小为标定前的1/5。编写了应用程序,实现对数字图像实时处理,并计算出位姿参数;并搭建了半实物实时助降实验系统。该系统的实时性可以达到每秒5 帧图像,在3m 范围内,测距误差不超过1cm。为了完成对归航过程的位置测量,本文利用声光扫描测量位置的技术及声光偏转器工作原理,设计了声光扫描实验系统,完成了微弱信号的放大、采样经单片机处理送入计算机的硬件电路设计,并进行了激光对角反射镜的扫描实验。本文设计的实验系统工作状况良好,实验结果具有一定的精度,证明了提出的技术方案和采用的原理是正确的,对研制实际的助降系统和归航引导系统具有重要的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章前言  9-16
  1.1 舰载直升机归航引导和助降技术研究背景  9-11
  1.2 光电归航引导和着舰助降技术发展现状及研究意义  11-13
  1.3 论文内容及工作安排  13-16
第二章助降系统中的摄影测量基础  16-24
  2.1 透视摄像机的几何基础  16-17
  2.2 四特征点几何算法  17-19
  2.3 多特征点线性-非线性优化算法  19-23
    2.3.1 线性优化求解  21-22
    2.3.2 非线性优化  22-23
  2.4 本章小节  23-24
第三章特征点的提取与图像处理  24-40
  3.1 序言  24-25
  3.2 四特征点图处理像  25-28
    3.2.1 图像滤波  25-26
    3.2.2 图像分割  26-27
    3.2.3 中心点的提取  27-28
  3.3 多特征点数值图像处理  28-37
    3.3.1 常用几种数值图象处理方法  28-32
    3.3.2 快速搜索边缘轮廓和角点提取  32-37
  3.5 图像处理实验  37-39
  3.6 本章小节  39-40
第四章 CCD 镜头畸变参数的标定  40-54
  4.1 理想摄像机镜头模型  40-41
  4.2 摄像机镜头几何畸变模型  41-44
    4.2.1 径向畸变  42-43
    4.2.2 偏心畸变  43-44
    4.2.3 薄棱镜畸变  44
    4.2.4 总畸变效应  44
  4.3 完整摄像机模型  44-46
  4.4 摄像机像差校正  46-53
    4.4.1 畸变中心  47-48
    4.4.3 畸变系数  48-49
    4.4.3 可靠性仿真  49-51
    4.4.4 实验  51-53
  4.5 本章小节  53-54
第五章 CCD 助降系统仿真实验  54-63
  5.1 助降系统简介  54
  5.2 系统硬件组成  54-56
  5.3 系统软件设计及调试  56-58
  5.4 实验及误差分析  58-62
  5.5 结论  62-63
第六章扫描激光测量姿态原理和声光偏转原理  63-72
  6.1 扫描激光工作原理  63-67
  6.2 声光晶体工作原理  67-71
  6.3 本章小节  71-72
第七章归航引导扫描激光实验  72-79
  7.1 归航引导扫描激光实验系统结构简介  72-73
  7.2 实验仪器的性能指标  73-74
  7.3 实验电路设计  74-76
  7.4 模拟测试数据  76-78
  7.5 本章小节  78-79
第八章结束语  79-80
参考文献  80-82
致谢  82-83
附录  83-86
个人简介  86

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