地面转台精密跟踪系统的研究

论文摘要

利用电视图像实现自动测量、自动跟踪正越来越多地被采用,特别是海湾战争中电视图像跟踪与制导显示了直观、抗电子干扰、高精度的优越性,以致新出现的武器控制系统中几乎都加装了电视系统。APT技术(Acquisition, Pointing and Tracking)是整个电视跟踪的核心。本系统采用双轴、双视场的粗、精复合轴控制方案。粗跟踪系统完成扫描、搜索、捕获目标的任务。精跟踪对仪器视轴进行精确调整,以提高系统的跟踪精度。系统用靶标模拟飞机,即用转台跟踪靶标。通过CCD相机把信标光采进来,数据经DSP6416提取光标偏差量,也就是相对于光学中心的位移量。系统根据电视跟踪的协议解读这组数据,直流力矩电机根据这组数据对目标进行自动跟踪。另外,系统采用了跟踪精度高,抗干扰能力强的矩心算法和算法简单、鲁棒性好、可靠性高的PID跟踪控制算法。实验结果表明,该系统性能可靠,跟踪效果好,并有较高的实时性。可满足系统的自动跟踪要求及精度要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 图像处理概念
• 1.2 研究本课题的目的及意义
• 第二章 电视图像跟踪的基本原理及算法
• 2.1 图像对比度跟踪
• 2.1.1 对比度
• 2.1.2 边缘跟踪
• 2.1.3 形心跟踪
• 2.1.4 矩心跟踪
• 2.1.5 峰值跟踪
• 2.1.6 目标图像特征测量
• 2.2 相关跟踪概述
• 2.2.1 样板和相似度
• 2.2.2 图像坐标
• 2.2.3 图像的矩阵、矢量表示
• 2.2.4 相似度的距离度量
• 2.2.5 相似度的相关度量
• 2.3 图像模式识别的概念和矩矢量法
• 2.3.1 矩的定义及唯一性定理
• 2.3.2 中心矩及其平移不变性
• 2.3.3 图像比例伸缩的矩不变量
• 2.3.4 图像旋转的矩不变量
• 2.3.5 矩矢量法
• 2.4 对特殊目标跟踪的讨论
• 2.4.1 “抗目标施放干扰”时的跟踪
• 2.4.2 对目标或“目标转换”的跟踪
• 第三章 精密跟踪系统的设计
• 3.1 地面转台APT 系统特性描述
• 3.1.1 粗对准过程中运动特性分析
• 3.1.2 捕获阶段运动特性分析
• 3.1.3 精跟踪阶段运动特性分析
• 3.2 地面转台APT 系统组成及工作原理
• 3.2.1 粗瞄准机构
• 3.2.2 精瞄准机构
• 3.2.3 捕获及跟踪传感器
• 3.2.4 超前瞄准机构
• 3.2.5 控制系统
• 3.3 粗跟踪组件工作原理及设计考虑
• 3.4 精跟踪组件工作原理及设计考虑
• 3.5 粗/精跟踪环路的匹配问题
• 3.6 电视跟踪器的组成
• 3.6.1 近红外 CCD 摄像机
• 3.6.2 高速信号处理器
• 3.6.3 TMS320C6416 图像处理系统工作原理
• 3.7 信标光的捕获、跟踪方法和控制算法
• 3.8 系统总体指标设计分析
• 3.8.1 误差与稳定性
• 3.8.2 系统带宽比
• 第四章 在激光大气中精密跟踪算法的研究及精度分析
• 4.1 图像跟踪算法的选择
• 4.2 跟踪控制算法考虑
• 4.3 精密跟踪探测器的选择
• 4.3.1 采用面阵CCD 作为跟踪探测器对于信标激光功率要求
• 4.3.2 采用QAPD 作为跟踪探测器与CCD 作为跟踪探测器的不同
• 4.4 提高跟踪精度的关键技术及对策
• 4.4.1 提高跟踪传感器精度实现单片CCD 完成APT 全过程
• 4.4.2 采用滤波预测技术实现高精度宽带控制技术
• 4.4.3 采用电子学自适应控制提高系统跟踪精度
• 第五章 实验
• 5.1 跟踪测量脱靶量的提取
• 5.1 APT 跟踪控制的性能测试
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献