防区外空面导弹制导系统关键技术研究

论文摘要

由于防区外空面导弹具有防区外发射、巡航飞行和精确打击等诸多优点，因此在战争中发挥着越来越重要的作用。提高防区外空面导弹作战效能的最有效手段是提高其制导精度。本文针对防区外空面导弹所采用的精确制导技术及智能化技术，研究了惯导误差补偿、组合导航和红外成像木制导的相关问题。本文的主要工作与取得的成果如下： 1、研究了基于小波变换的惯导信号滤波方法。利用小波变换这一数学工具，对惯导系统的随机漂移和重力异常信号进行去噪研究。提出了基于平稳小波变换的光纤陀螺信号滤波方法和重力异常信号滤波方法。由于平稳小波变换具有冗余性和平移不变性，因此平稳小波的滤波效果明显优于传统的正交小波。 2、研究了基于粒子滤波的惯性／地形匹配算法。对基于贝叶斯估计的粒子滤波算法进行了研究，通过采用无迹卡尔曼滤波确定粒子滤波的重要性函数来克服粒子滤波的退化现象。将粒子滤波应用到地形辅助导航系统中，提出了一种基于无迹粒子滤波的地形匹配算法，对该算法的仿真实验表明，粒子滤波可以很好的解决非线性估计问题，且具有较高的滤波精度。 3、研究了红外图像目标及背景的红外特性，对传统的红外图像预处理方法进行了研究。对于图像增强主要分析了灰度级调整和直方图均衡化两种方法。对于图像去噪，首先讨论了不同类型的噪声分布，并对传统的线性滤波和非线性滤波方法进行了分析；然后总结了基于多重分形的图像去噪方法；最后，提出了一个基于方向金字塔系数统计模型的图像滤波方法，采用高斯混合尺度模型对方向金字塔每层分解系数的邻域进行建模，该模型可以很好地解释金字塔多尺度分解系数的边缘分布和两两混合分布。试验结果表明该方法不仅可以去除高斯噪声，并且对于斑点噪声也具有很好的抑制能力。 4、研究了数学形态学在地面目标检测中的应用。在详细研究了数学形态学图像处理的方法后，提出了一种红外目标图像的自动分割方法，试验结果证明融合形态滤波技术和连接相对熵阈值方法可以有效的分离目标和背景，且不需要先验知识，因此具有一定的鲁棒性和自适应性。 5、研究了基于形态重构滤波的目标识别技术，形态重构滤波器是一种非常高效的非线性滤波器，它能够在简化图像的同时，很好地保持图像的轮廓。从机场图像的跑道目标识别出发，提出了一种基于形态重构的机场跑道识别方法，该方法能够有效的识别出多条平行不等长的主跑道和交叉跑道。仿真结果表明该方法用于识别机场等直线类图像目标具有较好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 发展防区外空面导弹的意义
• 1.1.2 防区外空面导弹的特点及发展概况
• 1.2 导航系统中的非线性滤波方法
• 1.2.1 信号的非线性滤波方法
• 1.2.2 状态的非线性滤波方法
• 1.3 成像末制导图像处理技术的研究
• 1.3.1 红外图像预处理方法研究
• 1.3.2 自动目标识别技术的研究
• 1.4 本文主要工作与结构安排
• 1.4.1 本文的主要研究内容
• 1.4.2 论文的章节安排
• 第二章 惯导系统误差处理技术的研究
• 2.1 引言
• 2.2 小波变换的数学基础
• 2.2.1 小波变换及其性质
• 2.2.2 多分辨率分析
• 2.2.3 正交小波变换的分解与重构
• 2.2.4 平稳小波变换
• 2.3 基于小波变换的陀螺漂移信号滤波
• 2.3.1 陀螺漂移的数学模型
• 2.3.2 陀螺漂移信号的小波去噪
• 2.3.3 试验结果与分析
• 2.4 基于小波变换的重力仪信号滤波
• 2.4.1 重力异常状态方程
• 2.4.2 重力仪信号的小波去噪
• 2.4.3 试验结果与分析
• 2.5 小结
• 第三章 粒子滤波及其在地形辅助导航系统中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 贝叶斯估计与无迹卡尔曼滤波
• 3.2.1 贝叶斯估计
• 3.2.2 无迹卡尔曼滤波
• 3.3 粒子滤波算法
• 3.3.1 蒙特卡罗近似方法
• 3.3.2 重要性采样及退化现象
• 3.3.3 粒子滤波及无迹粒子滤波
• 3.3.4 粒子滤波仿真
• 3.4 粒子滤波在地形辅助导航系统的应用
• 3.4.1 地形辅助导航系统
• 3.4.2 基于粒子滤波的地形匹配算法
• 3.4.3 试验结果与分析
• 3.5 小结
• 第四章 末制导红外图像预处理方法的研究
• 4.1 引言
• 4.2 红外图像特点分析
• 4.3 常用的红外图像预处理方法
• 4.3.1 图像增强
• 4.3.2 图像复原
• 4.3.3 噪声滤波算法
• 4.4 基于多重分形去噪方法的研究
• 4.4.1 多重分形理论
• 4.4.2 基于多重分形的图像去噪
• 4.4.3 试验结果与分析
• 4.5 基于高斯混合尺度模型的图像去噪
• 4.5.1 方向金子塔
• 4.5.2 金字塔分解系数的GSM模型
• 4.5.3 试验结果与分析
• 4.6 小结
• 第五章 基于数学形态学的地面目标检测
• 5.1 数学形态学的基本运算
• 5.1.1 二值形态学基本运算
• 5.1.2 灰度形态学基本运算
• 5.2 形态滤波方法
• 5.2.1 形态学滤波
• 5.2.2 灰值形态学梯度
• 5.2.3 Top-Hat变换
• 5.3 基于形态学和连接相对熵的目标检测
• 5.3.1 自适应阈值分割
• 5.3.2 连接相对熵阈值的选取
• 5.3.3 基于形态学增强的连接相对熵的目标检测
• 5.3.4 实验结果与分析
• 5.4 基于重构滤波的目标检测
• 5.4.1 形态重构理论
• 5.4.2 重构滤波器的结构及分类
• 5.4.3 试验结果与分析
• 5.5 小结
• 第六章 末制导目标识别技术的研究
• 6.1 引言
• 6.2 自动目标识别技术
• 6.2.1 ATR技术的发展状况
• 6.2.2 目标特征提取
• 6.3 机场跑道目标识别方法
• 6.3.1 机场目标特点
• 6.3.2 基于重构滤波的跑道检测
• 6.3.3 实验结果与分析
• 6.4 基于非均匀映射变换的目标识别技术
• 6.4.1 非均匀映射变换技术
• 6.4.2 奇异值分解及性质
• 6.4.3 映射变换图的目标识别方法
• 6.4.4 试验结果与分析
• 6.5 小结
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 博士期间发表的论文和获得的奖励