CN113658340B - 一种高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于飞行器导航和控制仿真技术领域,公开了一种高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统,云服务模块通过通信模块与控制模块连接,控制模块与半实物仿真系统连接,半实物仿真系统与数据采集模块与控制模块连接;半实物仿真系统设置有VR虚拟场景生成系统、动压‑静压仿真系统、负压力仿真系统和三自由度飞行仿真系统;VR虚拟场景生成系统设置有实景图像获取模块、实景图像处理模块、图像三维模型建立模块、图像储存模块。本发明提高了数据的准确度;同时本发明通过设置有半实物仿真系统,使场景更具有现场感;本发明可以提高图像数据处理的质量,并建立更加真实的三维模型。
Description
技术领域
本发明属于飞行器导航和控制仿真技术领域,尤其涉及一种高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统。
背景技术
目前,高超声速飞行器是指飞行速度超过5倍音速的飞机、导弹、炮弹之类的有翼或无翼飞行器,具有突防成功率高的特点,有着巨大的军事价值和潜在的经济价值。半实物仿真将控制器(实物)与在计算机上实现的控制对象的仿真模型(见数学仿真)联接在一起进行试验的技术。在这种试验中,控制器的动态特性、静态特性和非线性因素等都能真实地反映出来,因此它是一种更接近实际的仿真试验技术。这种仿真技术可用于修改控制器设计(即在控制器尚未安装到真实系统中之前,通过半实物仿真来验证控制器的设计性能,若系统性能指标不满足设计要求,则可调整控制器的参数,或修改控制器的设计),同时也广泛用于产品的修改定型、产品改型和出厂检验等方面。半实物仿真的特点是:只能是实时仿真,即仿真模型的时间标尺和自然时间标尺相同。需要解决控制器与仿真计算机之间的接口问题。例如,在进行飞行器控制系统的半实物仿真时,在仿真计算机上解算得出的飞机姿态角、飞行高度、飞行速度等飞行动力学参数会被飞行控制器的传感器所感受,因而必须有信号接口或变换装置。这些装置是三自由度飞行仿真转台、动压-静压仿真器、负载力仿真器等。半实物仿真的实验结果比数学仿真更接近实际。
半实物仿真体系结构由操作者、实时光电场景生成、测试单元及场景生成与测试单元接口4部分组成。控制计算机,进行非实时数据库和场景建立,实时紫外场景生成;向受试传感器投影紫外线辐射,或向紫外信号处理器直接注入处理后的场景数据。但是现有技术中高超声速飞行器导航和控制系统仿真时,不能精度快速的对数据进行处理,降低了数据处理的精度。
通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:现有技术中高超声速飞行器导航和控制系统仿真时,不能精度快速的对数据进行处理,降低了数据处理的精度。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统。
本发明是这样实现的,一种高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统,所述高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统设置有:
云服务模块;
云服务模块通过通信模块与控制模块连接,控制模块与半实物仿真系统连接,半实物仿真系统与数据采集模块与控制模块连接;
半实物仿真系统设置有VR虚拟场景生成系统、动压-静压仿真系统、负压力仿真系统和三自由度飞行仿真系统;
VR虚拟场景生成系统设置有实景图像获取模块、实景图像处理模块、图像三维模型建立模块、图像储存模块;
实景图像处理模块设置有实景图像归一化模块、实景图像平滑模块、实景图像增强复原模块、实景图像数字化模块,实景图像特征抽取模块、实景图像分割模块、实景匹配和识别模块;
图像三维模型建立模块设置有数据采集模块、数据分类模块、数据分析模块、数据拼接模块。
进一步,所述数据采集模块包括:飞行姿态角、飞行高度、飞行速度和定位数据。
进一步,所述实景图像平滑模块对实景图像进行平滑处理的具体过程为:
根据实景图像获取模块获取的实景图像,在图像上建立对应的模板;
确定模板上的像素,对像素进行求平均值,将像素的平均值代替原来的像素值。
进一步,所述数据分类模块中数据分类的具体过程为:
将飞行姿态角、飞行高度、飞行速度和定位数据建立对应的类组,并对数据中的中心点进行初始化;
确定每个待分类的点到每个中心点之间的距离,并将距离最近的点划归到相应的类组中;
不断对中心点进行初始化,重复上述过程。
进一步,所述实景图像分割模块对实景图像进行分割的具体过程为:
根据实景图像,确定一个阈值,并求出图像的平均灰度值;
根据确定的阈值对图像分割成两类图像,确定两类图像的灰度均值;
更新相应的阈值,求两类图像灰度均值的和,重复上述过程,直至图像灰度均值的和变换差值在一定的范围内,利用这个阈值对实景图像进行分割。
进一步,所述数据拼接模块中对图像进行拼接的具体过程为:
提取待拼接图像的特征点,并进行匹配,
通过匹配点对图像进行配准,构建图像序列之间的变换矩阵,完成全景图像的拼接;
拼接完成后,对图像进行融合。
进一步,所述通过匹配点对图像进行配准的具体过程为:
检测每幅图像中特征点,确定特征点之间的匹配;
计算图像间变换矩阵的初始值,迭代精炼变换矩阵;
用估计的变换矩阵去定义对极线附近的搜索区域,进一步确定特征点的对应,重复上述过程,直到对应点的数目稳定为止。
进一步,所述提取待拼接图像的特征点,并进行匹配的具体过程为:
检测尺度空间极值,确定特征点位置;
计算特征点的描述信息,生成描述特征点的特征向量。
本发明另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品,包括计算机可读程序,供于电子装置上执行时,提供用户输入接口以实施所述的高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统。
本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质,储存有指令,当所述指令在计算机上运行时,使得计算机执行所述的高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统。
结合上述的所有技术方案,本发明所具备的优点及积极效果为:本发明通过通信模块将云服务模块和控制模块连接,利用大数据处理技术对半实物仿真数据进行处理,提高了数据的准确度;同时本发明通过设置有半实物仿真系统,使场景更具有现场感;本发明VR虚拟场景生成系统设置有实景图像获取模块、实景图像处理模块、图像三维模型建立模块、图像储存模块,可以提高图像数据处理的质量,并建立更加真实的三维模型。在本发明图像三维模型建立过程中,通过数据采集模块可以获取更加全面的数据,提高相应的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统结构示意图。
图2是本发明实施例提供的VR虚拟场景生成系统结构示意图。
图3是本发明实施例提供的实景图像平滑模块对实景图像进行平滑处理方法流程图。
图4是本发明实施例提供的数据分类模块中数据分类方法流程图。
图5是本发明实施例提供的实景图像分割模块对实景图像进行分割方法流程图。
图中:1、云服务模块;2、通信模块;3、控制模块;4、半实物仿真系统;5、数据采集模块;6、VR虚拟场景生成系统;7、动压-静压仿真系统;8、负压力仿真系统;9、三自由度飞行仿真系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统,下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示,本发明实施例提供的高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统包括:云服务模块1、通信模块2、控制模块3、半实物仿真系统4、数据采集模块5;
云服务模块1通过通信模块2与控制模块3连接,控制模块3与半实物仿真系统4连接,半实物仿真系统4与数据采集模块5与控制模块3连接。
如图2所示,本发明实施提供的半实物仿真系统4设置有VR虚拟场景生成系统6、动压-静压仿真系统7、负压力仿真系统8和三自由度飞行仿真系统9;
VR虚拟场景生成系统6设置有实景图像获取模块、实景图像处理模块、图像三维模型建立模块、图像储存模块;
实景图像处理模块设置有实景图像归一化模块、实景图像平滑模块、实景图像增强复原模块、实景图像数字化模块;实景图像特征抽取模块、实景图像分割模块、实景匹配和识别模块;
图像三维模型建立模块设置有数据采集模块、数据分类模块、数据分析模块、数据拼接模块;
数据采集模块包括:飞行姿态角、飞行高度、飞行速度和定位数据等飞行动力学参数。
如图3所示,本发明实施例提供的实景图像平滑模块对实景图像进行平滑处理的具体过程为:
S101:根据实景图像获取模块获取的实景图像,在图像上建立对应的模板;
S102:确定模板上的像素,对像素进行求平均值;
S103:将像素的平均值代替原来的像素值。
如图4所示,本发明实施例提供的数据分类模块中数据分类的具体过程为:
S201:将飞行姿态角、飞行高度、飞行速度和定位数据建立对应的类组,并对数据中的中心点进行初始化;
S202:确定每个待分类的点到每个中心点之间的距离,并将距离最近的点划归到相应的类组中;
S203:不断对中心点进行初始化,重复上述过程。
如图5所示,本发明实施例提供的实景图像分割模块对实景图像进行分割的具体过程为:
S301:根据实景图像,确定一个阈值,并求出图像的平均灰度值;
S302:根据确定的阈值对图像分割成两类图像,确定两类图像的灰度均值;
S303:更新相应的阈值,求两类图像灰度均值的和,重复上述过程,直至图像灰度均值的和变换差值在一定的范围内,利用这个阈值对实景图像进行分割。
本发明实施例提供的数据拼接模块中对图像进行拼接的具体过程为:
提取待拼接图像的特征点,并进行匹配,
通过匹配点对图像进行配准,构建图像序列之间的变换矩阵,完成全景图像的拼接;
拼接完成后,对图像进行融合。
本发明实施例提供的通过匹配点对图像进行配准的具体过程为:
检测每幅图像中特征点,确定特征点之间的匹配;
计算图像间变换矩阵的初始值,迭代精炼变换矩阵;
用估计的变换矩阵去定义对极线附近的搜索区域,进一步确定特征点的对应,重复上述过程,直到对应点的数目稳定为止。
本发明实施例提供的提取待拼接图像的特征点,并进行匹配的具体过程为:
检测尺度空间极值,确定特征点位置;
计算特征点的描述信息,生成描述特征点的特征向量。
以上所述,仅为本发明较优的具体的实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统,其特征在于,所述高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统设置有:
云服务模块;
云服务模块通过通信模块与控制模块连接,控制模块与半实物仿真系统连接,半实物仿真系统与数据采集模块与控制模块连接;
半实物仿真系统设置有VR虚拟场景生成系统、动压-静压仿真系统、负压力仿真系统和三自由度飞行仿真系统;
VR虚拟场景生成系统设置有实景图像获取模块、实景图像处理模块、图像三维模型建立模块、图像储存模块;
实景图像处理模块设置有实景图像归一化模块、实景图像平滑模块、实景图像增强复原模块、实景图像数字化模块,实景图像特征抽取模块、实景图像分割模块、实景匹配和识别模块;
图像三维模型建立模块设置有数据采集模块、数据分类模块、数据分析模块、数据拼接模块;
所述数据采集模块包括:飞行姿态角、飞行高度、飞行速度和定位数据;
所述实景图像平滑模块对实景图像进行平滑处理的具体过程为:
根据实景图像获取模块获取的实景图像,在图像上建立对应的模板;
确定模板上的像素,对像素进行求平均值,将像素的平均值代替原来的像素值;
所述数据分类模块中数据分类的具体过程为:
将飞行姿态角、飞行高度、飞行速度和定位数据建立对应的类组,并对数据中的中心点进行初始化;
确定每个待分类的点到每个中心点之间的距离,并将距离最近的点划归到相应的类组中;
不断对中心点进行初始化,重复上述过程;
所述实景图像分割模块对实景图像进行分割的具体过程为:
根据实景图像,确定一个阈值,并求出图像的平均灰度值;
根据确定的阈值对图像分割成两类图像,确定两类图像的灰度均值;
更新相应的阈值,求两类图像灰度均值的和,重复上述过程,直至图像灰度均值的和变换差值在一定的范围内,利用这个阈值对实景图像进行分割;
所述数据拼接模块中对图像进行拼接的具体过程为:
提取待拼接图像的特征点,并进行匹配,
通过匹配点对图像进行配准,构建图像序列之间的变换矩阵,完成全景图像的拼接;
拼接完成后,对图像进行融合。
2.如权利要求1所述高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统,其特征在于,所述通过匹配点对图像进行配准的具体过程为:
检测每幅图像中特征点,确定特征点之间的匹配;
计算图像间变换矩阵的初始值,迭代精炼变换矩阵;
用估计的变换矩阵去定义对极线附近的搜索区域,进一步确定特征点的对应,重复上述过程,直到对应点的数目稳定为止。
3.如权利要求1所述高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统,其特征在于,所述提取待拼接图像的特征点,并进行匹配的具体过程为:
检测尺度空间极值,确定特征点位置;
计算特征点的描述信息,生成描述特征点的特征向量。
4.一种计算机可读存储介质,储存有指令,当所述指令在计算机上运行时,使得计算机执行如权利要求1~3任意一项所述的高超声速飞行器导航和控制系统半实物仿真系统。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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