基于矢量流的制导弹箭对地运动目标检测与跟踪方法研究

摘要

现代化、信息化局部战争对精确制导武器的要求越来越高，制导武器要对战场非合作移动目标具有精确的打击能力。传统通过“人在回路”选定目标或装订模板进行匹配的跟踪方式在作用距离、自主性和精确性上都具有很大的局限性，已经不能满足现代战场的需要。同时，常规弹箭进行制导化改造要求导引头能够抗高过载、自主性高、体积小、成本低，因此，研究制导弹箭基于捷联式图像导引头的对地目标自主检测及跟踪技术，对提高制导武器精确打击能力具有重要意义。针对这一研究目标，文章主要做了以下工作: 以低速旋转的制导弹箭对地运动目标精确打击为背景，研究了弹载捷联式图像导引头的相关理论知识和关键技术，详细分析了捷联式导引头的工作原理，针对捷联式图像导引头与弹体姿态耦合导致图像不稳定的问题，设计了一种有效的电子稳像算法并进行了仿真分析，给出了稳像性能评价指标。 在视频稳像的基础上，针对导引头对地运动目标自主检测问题，设计了一种基于改进矢量流法的运动目标检测算法。分析了矢量流法对运动目标的检测过程，针对多种场景下的移动目标进行了检测算法仿真，对比分析了所设计的算法与现有方法的优势。 针对复杂地面背景下运动目标的实时跟踪问题，梳理了运动目标跟踪过程中的关键问题，对现有的基于模板匹配的跟踪算法进行了改进，在此基础上，设计了一种基于核相关滤波器的跟踪算法，并针对不同场景下的运动目标进行跟踪算法仿真，对比分析了所设计的基于核相关滤波器的跟踪算法与改进的模板匹配跟踪方法的优势，验证了该算法对复杂地面背景下运动目标连续跟踪的有效性。 根据本文所设计的运动目标检测和跟踪算法，开展了外场挂飞试验。设计了仿真试验方案，并对软硬件平台进行了介绍，飞行仿真实验结果证明了所设计的弹载捷联导引头运动目标自主检测与跟踪算法的准确性和实时性。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1运动目标检测技术研究现状

1．2．2运动目标跟踪技术研究现状

1．3主要内容与章节安排

2捷联式导引头相关理论介绍

2．1捷联式导引头工作原理

2．1．1坐标系定义及坐标系转换关系

2．1．2视线角速率提取方法

2．2捷联式导引头电子稳像基本原理

2．2．1电子稳像基本原理

2．2．2导引头成像模型和运动状态分析

2．2．3图像运动变换模型

2．3电子稳像实验及性能评价方法

2．3．1稳像方法设计及实验分析

2．3．2稳像算法评价方法

2．4本章小结

3基于矢量流的运动目标自主检测方法设计

3．1运动目标检测算法研究

3．1．1背景减除法

3．1．2帧间差分法

3．1．3光流法

3．2算法设计与仿真

3．2．1导引头视频图像预处理方法设计

3．2．2角点检测

3．2．3卡尔曼滤波

3．2．4图像形态学处理

3．2．5仿真平台介绍

3．3实验结果及分析

3．4本章小结

4复杂背景下运动目标连续跟踪方法设计

4．1运动目标跟踪的关键问题

4．2自适应相关跟踪算法设计及仿真分析

4．2．1相似性度量过程

4．2．2模板更新问题

4．2．3跟踪误差分析

4．2．4仿真实验结果及分析

4．3核相关滤波跟踪算法设计及仿真分析

4．3．1循环矩阵

4．3．2正则化最小二乘分类器

4．3．3目标快速检测与跟踪

4．3．4实验结果及分析

4．4本章小结

5动态背景下运动目标检测与跟踪方法嵌入式仿真试验

5．1硬件平台设计

5．2软件平台设计

5．2．1运动目标检测及跟踪地面测试软件设计

5．2．2运动目标检测及跟踪嵌入式图像处理软件设计

5．3实验及结果分析

5．3．1仿真实时性分析

5．3．2捷联式图像导引头挂飞试验

5．4本章小结

6总结与展望

6．1总结

6．2展望

致谢

参考文献

附录