王建东[1]2002年在《成像制导实时处理算法评估系统设计》文中指出本文结合红外成像制导的实时处理算法和硬件处理单元研究的需要，对红外成像制导评估系统进行了设计和实现的研究。其主要内容包括：评估系统设计的需求分析、评估系统的硬件设计和C6000的优化编程。 设计评估系统的目的是为了对红外成像制导的实时处理算法和硬件处理单元进行前期的开发和评估。本文分析了红外成像制导算法的运算和控制结构，归纳总结了评估系统在图象获取、显示、专用硬件算法开发及DSP处理方面的需求。 在评估系统硬件平台的设计部分，在基于DSP+FPGA的混合体系结构的解决方案基础上，对各种DSPs以及FPGA进行了比较与分析，选定了TI公司的C6000系列DSPs和Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列FPGA平台。并以这两大器件为核心设计了一个具有丰富资源和良好可扩展性的评估系统硬件平台，评估系统硬件平台的设计包括了设计方案、主要模块功能设计以及评估系统的PCB板级设计。 在C6000的优化编程方面，从C6000的超长指令字(VLIW)和并行处理角度出发，研究了如何对C6000的源程序代码进行优化，最大限度地利用C6000的八个功能单元，开发出高性能的程序代码。论文的最后指出了下一步要做的工作。
高庆嘉[2]2017年在《新型巡飞弹用红外成像制导系统关键技术研究》文中研究说明面对现代高技术精确制导武器装备的快速发展及应用需求,本文针对一种新型巡飞弹用红外成像制导系统的关键技术开展研究。目的是通过对该系统的性能指标设计方法、弹体姿态运动对红外图像的影响规律、瞬态指向误差建模与分析以及红外成像系统的小型化设计等关键技术的研究,为设计开发具有低成本、小型化、高可靠性和高跟踪精度的红外成像制导系统及其巡飞弹奠定基础。论文的研究工作主要包括以下几方面内容:一、概述了国内外巡飞弹和红外成像制导系统的发展现状,指出现有巡飞弹存在需弹射起飞且无法凝视目标的问题;为解决上述问题,提出了一种新型红外成像制导的巡飞弹结构,通过独特的多旋翼配置使其既能够自主起降与悬停,又克服了现有多旋翼飞行机器人存在的偏航能力弱的共性问题;然后,对红外成像制导系统的指标设计、红外成像系统的小型化以及指向精度的研究现状开展了详细的论述。二、研究了红外成像制导系统主要性能指标的设计方法。结合比例导引法分析了红外成像制导系统的工作原理和功能需求,提出了以光学系统和惯性稳定平台为核心的两大类九项主要技术指标的分类方法;结合大气衰减特性和远距离目标的红外辐射特性给出了焦距、通光孔径以及视场的指标设计方法;以搜索盲区、像移变化、最大视线角速度和跟踪算法的实时性等为约束条件,获得了搜索速度、稳定精度、最大跟踪速度和角跟踪精度指标的具体设计方法。叁、研究弹体姿态运动对红外成像系统的影响。基于几何光学原理建立了弹体姿态运动与探测器像移变化的关系表达式;确定了弹体姿态运动对像移的影响规律;然后以空间分辨率、温度分辨率、调制传递函数(MTF)和美国国家图像质量分级标准(NIIRS)为评价体系,给出满足成像制导系统的稳定精度的约束条件。四、研究了瞬态指向精度的理论模型及原始误差问题。从系统结构入手提出了视线角速率误差的理论分析模型。根据伺服回路特征阐述了视线角速率提取策略,采用坐标变换法推导了视线角速率测量方程,采用微分法获得误差表达式。指出影响视线角速度精度的主要因素是陀螺误差、坐标变换中引入的测角误差和机械加工和装配误差;根据控制系统传递函数关系,确定各影响因素的误差计算方法。针对一台样机进行了误差分析与测试,结果表明,建立的理论模型能够较准确预测视线角速率误差,可有效指导关键器件选型和精度分配。通过合理设计,视线角速度小于6°/s和1.5°/s时,精度能够达到0.28°/s和0.1°/s。五、为满足制导系统轻量化、小型化的应用需求,开展了大相对口径、紧凑型红外成像系统的设计方法研究。在对比分析现有光学系统的结构及特点基础上,仅使用两片式摄远结构,采用普通铝合金作为镜筒材料,通过光学材料热光特性与光机材料膨胀系数的匹配,实现了焦距90mm,F数为1.2的长波红外红外成像制导系统的光学系统无热化设计;镜头的光学总长仅为74mm,重量234g。完成了光机热集成分析,开展了温度适应性试验。结果表明,镜头在-40℃~60℃温度范围内保持清晰成像,有利于红外成像制导系统的轻量化和小型化设计。六、制作了红外成像制导系统样机,开展实验。
王松[3]2014年在《基于CUDA的人在回路红外成像制导仿真系统及技术研究》文中进行了进一步梳理人在回路的红外成像制导方式将人加入到制导过程中,其对目标的识别准确性和抗干扰能力都有显着增强,成为精确制导弹药发展的重要方向。人在回路红外成像制导仿真系统的研制在节省试验经费、降低试验风险、训练操作人员、提高制导命中率等方面都有着重要的意义。CUDA(计算机统一设备架构)提供了一套利用GPU进行通用计算的解决方案,已经在很多领域中取得了良好的加速效果。对人在回路的红外成像制导仿真系统进行设计与分析,并对仿真系统中计算密集环节利用CUDA技术进行加速,关系到系统能否实现人在回路,是满足仿真系统实时性要求的重要方面,具有十分重要的意义。本文对人在回路红外成像制导仿真系统进行了总体设计,根据人在回路的红外成像制导流程,将数学仿真系统划分为导弹运动计算子系统、红外场景生成子系统以及导引头控制子系统。为加快系统仿真速度,满足人在回路的实时性要求,对其中计算量较大的红外场景生成子系统与导引头控制子系统进行了分析研究。在红外辐射理论的基础上,对红外场景生成子系统各模块以及导引头控制子系统从利用CUDA加速的角度上进行了分析,得出了一些结论。在掌握CUDA编程和执行方式的基础上,对利用CUDA加速导引头控制子系统中自动目标识别(ATR)过程进行了研究,利用CUDA技术分别对自动目标识别中的灰度图像模板匹配算法和基于协方差矩阵的图像匹配算法进行了研究与加速,取得了良好的效果。
吕梅柏[4]2006年在《双波段成像跟踪系统设计》文中研究说明成像制导技术是当前精确制导技术发展的一支主流。开展视觉系统仿生技术在成像制导中的应用研究,对于成像制导导弹中的导引头结构、目标图像信息的获取和处理、目标识别等将有可能获得比较满意的效果。研究成果不仅可用于成像智能导弹的精确制导,而且可用于各种成像探测设备及机器人视觉系统,具有较好的应用价值和前景。本文从以下几个方面进行了研究: 1.概要总结了红外图像处理、红外制导、生物视觉及仿生、多传感器图像融合的国内外研究现状。从视觉生理心理学的角度,详细阐述了视觉的形成过程和人视觉的一些独特生理机制。 2.探索了人视觉仿生在智能化成像制导导弹设计中的应用,给出了多种智能化成像制导方案。给出了一种基于侧抑制网络图像处理的智能化红外成像制导方案;具有选择注意机制的初级视觉的基本模型框架和详细模型,建立了基于中央一周边通道非均匀采样的智能成像系统:便于实现的双波段智能成像制导原理框图;一种基于双目视觉的智能成像方案。 3.参考双波段智能成像制导原理及基于双目视觉的智能成像方案设计搭建了双波段(可见光、红外)仿生试验平台。 4.与可见光对比分析了红外成像制导的特点,研究了成像制导的方法。并重点对CAMSHIFT跟踪算法进行了研究和改进。 5.在个人工作站上编写程序实现CAMSHIFT跟踪算法,并对试验结果进行分析。 6.对本文的工作进行了总结,并探讨了在理论研究上和工程实践中,视觉仿生的下一步研究方向。
张留洋[5]2005年在《评估用数字图像处理系统设计与Kanade-Lucas算法研究》文中研究指明为了能对不同的数字图像处理算法进行评估,本文采用了USB2.0 总线技术传送数字图像数据到数字图像处理系统,并在硬件设计上采用DSP+FPGA 来完成图像处理任务。对整个系统做了如下工作:系统引入了USB2.0 接口并完成了电路制版改版和调试工作;对电源设计进行了改进,重新选择了电源芯片和电源监控芯片,由LDO电源芯片改用开关电源芯片,原电源热模块设计得到了极大的改善。同时对采用FPGA实现图像预处理算法进行了探讨,实现了卷积、中值滤波、数学形态学滤波、图像分割等常见图像预处理算法,并针对图像二维的特点,分析了采用流水线技术来实现图像处理算法时其结构上的特点和如何去构造新的图像处理算法流水线。硬件系统设计充分考虑了设计需求,计算能力强,冗余的资源使系统具备很强的升级能力,支持算法改进和在线系统编程技术,具有热插拔能力和脱机工作能力,能满足数据量大,实时性要求的图像处理任务模拟、仿真和评估应用的需要。最后对KANADE-LUCAS 跟踪算法进行了一定的研究工作,采用VISAUL C++6.0 实现了KANADE-LUCAS 跟踪算法,编写了演示程序,并对其不足进行了一定的探讨。
张旗[6]2015年在《红外成像制导技术的应用研究》文中研究表明在各种精确制导体制中,红外制导因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、费效比高等优点,在现代武器装备发展中占据着重要地位~([20])。文章综述了红外制导系统的发展历程、现状特点、参考国外红外成像制导领域的发展趋势,预测了未来红外成像制导技术的发展方向。首先,搜集、调研和分析国内外红外成像制导技术应用现状和大量案例。通过对红外成像制导技术的应用分析,进而对红外导引头成像方式、红外工作波段等进行了系统研究,总结了红外成像制导技术的特点。同时,围绕红外探测器技术、导引头光学系统技术、图像和信号处理技术、制冷技术等对实现红外成像制导技术特点的关键技术分别研究。从探测器件,信息处理,结构设计等方面分析了未来红外制导系统发展中所面临的问题,总结了红外光学系统,国内红外焦平面探测器以及图像处理等红外成像发展现状。其次,通过对红外制导系统组成和工作原理分析,重点研究“实时红外成像器”和“视频信号处理器”的功能和基本工作原理,对制约和影响其发展的相关原材料,元器件,组件的物理结构和性能进行分析,判断未来的发展方向和趋势。最后,通过对上述技术的现状和应用阐述,对红外成像器设计进行构想,对行业和公司今后产品和技术发展策略提出建议。
张路[7]2010年在《捷联平台成像末制导关键技术研究》文中提出随着现代红外成像探测技术和制导控制技术的发展,红外成像末制导技术在动能拦截武器和精确制导武器中越来越多地得到应用。利用捷联安装的惯性设备获取成像平台实时姿态信息,并与成像器采集的图像信息复合,以提取目标在惯性空间中的运动信息,并据此进行检测、跟踪等制导信息处理的做法,是一种新的思路,可能成为未来成像末制导信息处理的重要发展方向。本文以捷联平台红外成像末制导信息处理系统为主要研究对象,围绕系统设计中的“凝视成像惯性解耦技术”、“杂波背景中运动平台成像小目标检测技术”、“近距离成像复合跟踪技术”、“实时信息处理系统设计技术”四大内容展开研究。成像平台自身运动常使目标成像偏离理论位置,形成不规律的运动轨迹,使后续信息处理系统无法有效分析和利用目标运动信息。通过分析目标图像与成像平台运动的耦合关系,提出了对成像平台姿态运动的精确解耦算法;针对精确解耦算法计算量较大的问题,在小姿态转角的前提下,提出了一种简化解耦算法,并对解耦算法的误差构成和传播特性进行了分析。惯性解耦算法具有精度高,可靠性强的特点,其简化算法还具有结构简单、易于硬件加速的优点。背景杂波抑制和对弱小目标的积累关联是末制导系统小目标检测的关键问题。针对传统空域自适应滤波算法仅利用单方向背景相关性进行背景预测的不足,从多个方向对图像背景进行自适应预测和加权融合,得到了一种基于二维自适应最小均方滤波器(TDLMS)的邻域滤波融合背景预测算法,改善了传统空域滤波算法在杂波边缘虚警率较高的问题。针对成像平台运动导致的无法对目标进行有效关联积累的问题,提出了一种基于递推解耦和最小二乘(LS)预测轨迹关联的小目标检测算法,算法利用两帧图像之间的姿态转角解耦,在保持目标图像运动相关性的同时避免了进行大角度解耦,保证了关联检测算法的精度和实时性。当目标与成像器距离较近时,目标像的轨迹呈现出较强的非线性特性。针对线性跟踪算法在近距离跟踪时失效的问题,论文提出了一种纯角度跟踪的系统模型,并分别采用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和无味卡尔曼滤波(UKF)算法进行了滤波跟踪,能有效地跟踪近距离成像的目标视线角;目标距离较近时,图像特征信息是一种有效的跟踪信息,针对红外图像特征单一、易受干扰的问题,通过对目标区域图像的非线性再量化和多核级联、核窗尺度自适应更新技术,得到了一种改进的均值位移跟踪算法;结合两种算法的优势,在惯性空间将目标观测角滤波结果和二维图像跟踪结果相结合,得到了一种“纯角度滤波预测”+“特征匹配跟踪”的复合跟踪方案。结合某重大项目中“XX红外导引头信息处理机”的研制,讨论了成像末制导信息处理系统的软硬件结构划分,设计了核心任务的调度方法以及关键算法的硬件加速逻辑。实验结果表明,系统具有精度高、响应快的特点。
陈尚锋[8]2009年在《成像末制导目标检测与跟踪技术研究》文中认为红外成像末制导信息处理系统是拦截器的核心组成部分,而成像弱小运动目标的检测与识别、成像斑状目标实时稳定跟踪又是该系统中的关键技术,本文分四方面对上述问题展开了研究。提高低信噪比条件下点目标检测能力是增大拦截器深空探测目标距离的关键。根据深空背景红外成像图像的特点,提出一种分两级的低信噪比点目标实时检测算法,第一级为基于指数衰减和方向加权动态规划的目标能量积累检测算法,第二级为基于轨迹关联和滑动置信度检验的目标轨迹检测算法。整个算法的目标检测能力强,计算结构简单、易于软硬件分割实现,实时性强。提高云杂波背景下成像弱小目标检测能力是增大拦截器低空探测目标距离的关键。空气阻力引起探测器颤动和视线角非规则变化,即使经过稳像也不可能完全消除图像平移、旋转效果,使得目标时域信号随机起伏,从时域难以有效检测和识别目标。提出一种采用快速交互多模粒子滤波器从时域积累增强目标信号,然后利用目标和云杂波经过像元的不同时域特性以及云杂波空间相关性的时域——空域自适应滤波弱小目标检测算法。理论分析和实验结果表明,在探测器颤动条件下该算法能有效检测出云背景前的中、低速运动弱小目标。在拦截器接近目标的最后阶段,斑状目标的高精度稳定跟踪是目标拦截成功的关键。因跟踪过程中可能有诱饵和碎片等目标干扰,为确保对攻击目标的稳定跟踪,本文提出了一种在全视场快速检测、跟踪所有目标,联合利用所有目标、多帧图像信息可靠识别与跟踪目标的算法。该方法针对硬件加速进行了专门设计,是一种实时算法。实验结果表明,该方法目标跟踪稳定性高于仅对单个目标开窗跟踪的方法。结合国家“863”项目——“红外末制导信息处理系统”的研制,为实现系统高速、快响应的目标,讨论了信息处理系统的结构,设计了基于多任务实时操作系统的处理机软件系统和上述目标检测、跟踪算法的硬件加速电路。试验结果表明,系统具有稳定可靠、响应快的优点。
赵猷肄[9]2017年在《基于BOM的红外成像导引算法评估系统设计》文中提出以红外成像空空导弹为仿真对象,采用BOM(基本对象模型)开发标准设计红外成像导引的层次化结构模型,介绍了系统组成,阐述了基于最大距离法的图像分割算法和综合评价目标的识别算法,研究了形心和相关跟踪算法的应用条件和工作过程,依据给定的评估准则建立了基于BOM的红外成像导引算法仿真评估系统,为抗干扰导引算法评估提供了平台。
王鹏[10]2013年在《基于DSP+FPGA的图像融合处理机电路设计技术》文中提出在成像制导军事应用中,多波段复合成像制导技术成为当前研究热点。多波段复合成像制导能够利用不同波段图像互为补充的信息,提高目标探测能力,克服单一波段成像系统目标探测的局限性。因此,多波段实时信息处理系统设计是其中的关键技术之一。本文针对可见光红外成像制导信息处理的应用需求,开展了基于DSP+FPGA的可见光红外融合信息处理机设计研究。本文首先分析了可见光成像与红外成像的基本特点,研究了可见光和红外图像融合处理的原理、数据处理流程。在此基础上,针对复合成像制导应用需求,提出了基于DSP+FPGA的可见光红外图像融合信息处理系统的设计方案,对系统软硬件功能进行了分配,并对信号处理关键器件和开发环境进行了研究和选型。根据上述方案设计和分析,开展了信号处理机硬件系统设计实现研究。通过分解系统各功能模块,综合功耗、处理速度和数据量大小对性能的影响,有针对性地开展了可见光红外图像融合信息处理系统电源模块、EMIF接口、程序引导ROM和大容量数据交换存储器DDR2接口的详细设计和实现研究,提出基于数据和命令驱动的动态功耗优化管理模式,完成了原理图及PCB板的设计验证及处理机的研制和调试。信息处理机的自举及软件系统的引导是实现可见光红外融合信息处理机硬件平台应用的重要组成部分。论文最后研究了实时信息处理机的复位引导过程,提出了程序自举和二次加载的技术方案,并进行了实验验证。实验结果表明信息处理机能够正确上电引导,并正确加载应用软件,具有小体积、低功耗和高性能等特点。目前该系统已经应用于可见光红外成像制导导引头中。
参考文献：
[1]. 成像制导实时处理算法评估系统设计[D]. 王建东. 中国人民解放军国防科学技术大学. 2002
[2]. 新型巡飞弹用红外成像制导系统关键技术研究[D]. 高庆嘉. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2017
[3]. 基于CUDA的人在回路红外成像制导仿真系统及技术研究[D]. 王松. 国防科学技术大学. 2014
[4]. 双波段成像跟踪系统设计[D]. 吕梅柏. 西北工业大学. 2006
[5]. 评估用数字图像处理系统设计与Kanade-Lucas算法研究[D]. 张留洋. 华中科技大学. 2005
[6]. 红外成像制导技术的应用研究[D]. 张旗. 北京理工大学. 2015
[7]. 捷联平台成像末制导关键技术研究[D]. 张路. 国防科学技术大学. 2010
[8]. 成像末制导目标检测与跟踪技术研究[D]. 陈尚锋. 国防科学技术大学. 2009
[9]. 基于BOM的红外成像导引算法评估系统设计[J]. 赵猷肄. 光电技术应用. 2017
[10]. 基于DSP+FPGA的图像融合处理机电路设计技术[D]. 王鹏. 国防科学技术大学. 2013
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