基于激光雷达与机载光电成像融合的高速轨道形变检测系统设计

高速轨道形变是指高速铁路轨道在运营过程中由于列车荷载、温度变化、地基沉降等因素而发生的变形现象,极大影响了高速铁路车辆的行驶安全性,为此,设计了基于激光雷达与机载光电成像融合的高速轨道形变检测系统;通过激光发射器、激光信号接收器的结构设计与组装,实现激光雷达成像模块的设计,从无人机、光电摄像机、云台等方面,完成对机载光电成像模块的设计,实现图像数据的融合处理;在硬件优化系统的支持下,生成高速轨道的激光雷达与机载光电图像,经过去噪、畸变校正、去雾等操作,完成对初始图像的预处理;采用加权融合的方式,得到激光雷达与机载光电融合图像,并提取融合图像的边缘特征,计算高速轨道位置坐标,通过坐标计算结果与轨道初始结构数据的比对,输出高速轨道形变的检测结果;实验结果表明:所设计系统的平均状态误检率为2.3%,形变量检测误差平均值为0.15 mm,具有良好的检测能力。

基于激光测距的机载光电成像系统目标定位

针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题,设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性,对同一目标多次测量,采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性,利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响,目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响,结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性,在飞行高度8 000m时,目标定位精度优于8m。相比于传统定位算法,该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署,可操作性强,具有较大的应用价值。

机载光电成像系统电磁兼容性设计

为了提高机载光电成像系统抗电磁干扰能力,使其能适应复杂的战场电磁环境,对机载光电成像系统进行了电磁兼容性设计。采用屏蔽、滤波、接地等技术措施对系统中易产生或引起干扰的部位进行了电磁兼容性设计,并对电源线传导发射和电场辐射发射两项最容易超标的项目进行了测试试验。实验结果表明,机载光电成像系统经过电磁兼容性设计后,其电源线传导发射值降低了35 d BμV以上,电场辐射发射的辐射值降低了约27 d BμV/m,并且有较大的裕量。满足机载光电成像系统在复杂战场电磁环境下使用的要求。

自动调焦方法在机载光电成像设备中的应用

自动调焦技术是一种可提升测量精度的方法。文中介绍了基于图像处理的自动调焦方式在机载光电成像设备中的应用。提出了Mix算子和Bevel算子两种调焦评价算子方式。应用局部全局搜索法、交变长爬山搜索法以及综合搜索法3种调焦控制策略。通过实验表明,采用图像处理自动调焦方式能满足机载光电成像设备调焦精确性要求。

利用复合控制提高机载光电成像跟踪系统的跟踪精度

跟踪精度是机载光电成像跟踪系统的重要性能。为了提高系统的跟踪精度,采用复合控制对跟踪回路进行设计。首先,对跟踪系统中速度回路进行设计,然后分别对跟踪回路未加前馈和加前馈的控制方法进行设计。通过对两种设计方法仿真表明:复合控制将跟踪系统的跟踪精度由3′提高到0.03′。该方法已成功应用于某型机载光电侦察设备,提高了系统的跟踪精度,具有较好的使用效果。

基于图像处理的机载光电平台自动调焦方法

研究了图像处理的自动调焦方法在机载光电成像设备中的应用。提出了基于图像斜边、水平和垂直边缘检测的调焦评价算子——Bevel算子和Mix算子。选取边缘检测算子和卷积算子分别作为调焦粗搜索和精搜索阶段的清晰度评价算子,设计了适合自动调焦的隔行隔列调焦区域选择方法。采用了变步长爬山搜索法、局部全局搜索法和综合搜索法3种调焦控制策略,使用调焦行程为131步,焦深为2步的变焦镜头,其调焦时间分别从全局搜索法的37s缩短至3～4s、4～6s和3～5s。实验结果表明,该方法能够满足机载光电成像设备的调焦实时性和精确性要求。

基于正交小波变换的海面目标快速检测

为实现机载光电成像系统海面目标的自动检测,提出一种基于正交小波变换的快速检测算法.首先进行RGB到YUV的颜色空间变换,将原始RGB彩色图像变换到亮度和色差图像,利用正交小波基在小波域对亮度图像进行分解,生成低分辨率的子带图像,然后采用Sobel边缘检测算子对低频子带图像进行处理,建立目标边缘图像.通过图像二值化和图像形态学处理,在边缘图像中分离目标和背景,完成可靠的目标区域检测.实验结果表明,此方法能够较好地消除海空背景对目标检测的干扰,准确实现海面目标的自动检测,本文方法有效可行,对机载光电平台海面目标检测具有实用价值.