CN114280978B - 一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法 - Google Patents

一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法 Download PDF

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本发明一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法，属于自动控制领域；在目标所在区域被污染，无法正常对目标施行稳态跟踪时，控制光电吊舱对目标位置附近特征明显、便于锁定的另一目标进行捕获跟踪，待稳定捕获后，将跟踪波门中心始终锁定在特征明显的目标上，移动瞄准线中心至预侦察打击目标中心，实现目标所在区域被污染情形下的稳态跟踪及精确打击。本发明可控制光电吊舱在目标所在区域被污染的情况下，实现精确锁定，引导精确打击。跟踪解耦合算法采用直接在主控计算机上实现的方式，不需要图像进行二次处理，具有运算量小、成本低、可移植性强和精确度高的优点。

Description

一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法
技术领域
本发明属于自动控制领域，具体涉及一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法。
背景技术
飞机挂载光电吊舱执行任务中，经常出现目标被掩体遮挡或者目标区域被污染的情形。该情形下，若采用常规图像跟踪(跟踪波门中心和瞄准线中心重合)直接对其进行锁定，由于掩体或者污染介质影响，图像处理器采集的图像模板较周边场景显著性不强、对比度不高，造成图像处理器误将周边场景作为跟踪对象，导致光电吊舱无法准确锁定目标。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法，在目标被掩体遮挡或者目标区域被污染、无法直接对其施行图像跟踪的情况下，实现对目标的精确锁定。本发明的光电吊舱的跟踪解耦合控制方法，将跟踪波门中心与瞄准线中心分离，让图像处理器能够采集特征明显(较周边场景显著性强和对比度高)的图像模板实现图像跟踪，让瞄准线中心能够瞄准目标实现精确锁定，保证上述场景下光电吊舱侦察打击任务的顺利执行。
本发明的技术方案是：一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法，所述光电吊舱搭载飞机上，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：飞机抵达任务区域后，通过操控台向光电吊舱发送装订目标TA的地理位置信息，光电吊舱的地理信息处理分系统实时解算出视轴指向目标TA的方位角和俯仰角，伺服机构驱动光电吊舱视轴指向目标TA，对TA进行地理跟踪；
步骤二：当目标TA被掩体遮挡或所在区域被污染，在目标TA附近搜寻特征明显易于图像跟踪的目标TB；
步骤三：控制光电吊舱的伺服机构对目标TB进行图像跟踪，使得跟踪波门中心与瞄准线中心重合；
步骤四：通过操控台从目标TB往目标TA的方向实时移动瞄准线，使得跟踪波门中心与瞄准线中心分离；跟踪波门中心始终图像跟踪目标TB，操控台每发送一条瞄准线移动指令，瞄准线中心往TA方向累积1个像素；瞄准线的方位向移动Nyaw次、俯仰向移动Npitch次后，将瞄准线中心瞄准目标TA中心，实现对目标TA精确锁定。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤三中，图像上跟踪波门中心与瞄准线中心重合时坐标为(960,540)。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤四中，将瞄准线中心瞄准目标TA中心时，图像上跟踪波门中心坐标为(960-Nyaw,540+Npitch)，瞄准线坐标(960,540)。
本发明的进一步技术方案是：所述光电吊舱输出的图像分辨率为1920x1080。
本发明的进一步技术方案是：所述特征明显的目标TB表示较周边场景显著性强和对比度高的目标。
一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制系统，其特征在于：包括中控系统和光电吊舱；所述中控系统位于地面操控台，用于发出控制命令；所述光电吊舱搭载于飞机上；
所述光电吊舱为四框架构型，包括伺服机构、陀螺仪、稳定平台、传感器和控制器，通过伺服机构隔离风阻对稳定平台的扰动，传感器安装于稳定平台上，通过陀螺仪保证稳定平台隔离机载的扰动，控制视轴相对惯性空间保持稳定，并且在控制命令的驱动下实现光电吊舱对目标的搜索、捕获、跟踪和定位；
所述中控系统向光电吊舱的控制器发送装订目标的地理位置信息，然后由控制器中地理信息处理分系统实时解算出光电吊舱视轴所指向目标的方位角和俯仰角，控制伺服机构驱动视轴指向目标，对目标进行地理跟踪；且中控系统能够控制跟踪波门中心与瞄准线中心分离，实现对被掩体遮挡或所在区域被污染的目标跟踪。
本发明的进一步技术方案是：所述传感器包括电视摄像机和红外热像仪。
本发明的进一步技术方案是：所述光电吊舱包括主控计算机STM32F407片，能够在程序上控制实现偏移量处理。
一种控制系统，包括处理器、存储器和应用程序，其中所述应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述应用程序配置用于执行用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法。
一种计算机可读取存储介质，其存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明在不增加硬件资源和系统复杂度的情况下，设计了一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法。通过将跟踪波门中心与瞄准线中心分离，解决了现有技术在目标被掩体遮挡或者目标区域被污染情况下无法对目标精确锁定的问题，保证了光电吊舱在上述情况下引导打击的精确度，提高了任务成功率，具有运算量小、成本低和可移植性强的优点。
附图说明
图1是本发明光电吊舱的跟踪解耦合控制示意图。
图2是本发明光电吊舱的跟踪解耦合控制流程图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
待飞机抵达任务区域后，通过操控台输入目标的位置信息，光电吊舱地理信息处理分系统实时计算出光电吊舱的方位角和俯仰角，实现对目标的地理跟踪。在目标被掩体遮挡或者目标区域被污染、无法对目标施行常规图像跟踪时，控制光电吊舱对目标位置附近特征明显易于图像跟踪的另一目标进行图像跟踪，将跟踪波门中心始终锁定在该易于图像跟踪的目标上，移动瞄准线中心至预侦察打击目标中心，实现对目标的精确锁定。
采用如下流程实现跟踪解耦合控制：
步骤一：飞机抵达任务区域后，通过操控台向光电吊舱发送装订目标TA的地理位置信息，光电吊舱的地理信息处理分系统实时解算出视轴指向目标TA的方位角和俯仰角，伺服机构驱动光电吊舱视轴指向目标TA，对TA进行地理跟踪；
步骤二：当目标TA被掩体遮挡或所在区域被污染，在目标TA附近搜寻特征明显易于图像跟踪的目标TB；
步骤三：控制光电吊舱的伺服机构对目标TB进行图像跟踪，使得跟踪波门中心与瞄准线中心重合；
步骤四：通过操控台从目标TB往目标TA的方向实时移动瞄准线，使得跟踪波门中心与瞄准线中心分离。跟踪波门中心始终图像跟踪目标TB，操控台每发送一条瞄准线移动指令，瞄准线中心往TA方向累积1个像素；瞄准线的方位向移动Nyaw次、俯仰向移动Npitch次后，将瞄准线中心瞄准目标TA中心，实现对目标TA精确锁定。
其中，图像上跟踪波门中心坐标为(960-Nyaw,540+Npitch)，瞄准线中心坐标为(960,540)。
本实施例中，用于实现上述控制方法的控制系统包括中控系统和光电吊舱；所述中控系统位于地面操控台，用于发出控制命令；所述光电吊舱搭载于飞机上；
所述光电吊舱为四框架构型，包括伺服机构、陀螺仪、稳定平台、传感器和控制器，通过伺服机构隔离风阻对稳定平台的扰动，传感器安装于稳定平台上，通过陀螺仪保证稳定平台隔离机载的扰动，控制视轴相对惯性空间保持稳定，并且在控制命令的驱动下实现光电吊舱对目标的搜索、捕获、跟踪和定位；
所述传感器包括电视摄像机和红外热像仪。所述光电吊舱包括主控计算机STM32F407片，能够在程序上控制实现偏移量处理。
所述中控系统向光电吊舱的控制器发送装订目标的地理位置信息，然后由控制器中地理信息处理分系统实时解算出光电吊舱视轴所指向目标的方位角和俯仰角，控制伺服机构驱动视轴指向目标，对目标进行地理跟踪；且中控系统能够控制跟踪波门中心与瞄准线中心分离，实现对被掩体遮挡或所在区域被污染的目标跟踪。
一种控制系统，包括处理器、存储器和应用程序，其中所述应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述应用程序配置用于执行用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法。
一种计算机可读取存储介质，其存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法，所述光电吊舱搭载飞机上，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：飞机抵达任务区域后，通过操控台向光电吊舱发送装订目标TA的地理位置信息，光电吊舱的地理信息处理分系统实时解算出视轴指向目标TA的方位角和俯仰角，伺服机构驱动光电吊舱视轴指向目标TA，对TA进行地理跟踪；
步骤二：当目标TA被掩体遮挡或所在区域被污染，在目标TA附近搜寻特征明显易于图像跟踪的目标TB；
步骤三：控制光电吊舱的伺服机构对目标TB进行图像跟踪，使得跟踪波门中心与瞄准线中心重合；
步骤四：通过操控台从目标TB往目标TA的方向实时移动瞄准线，使得跟踪波门中心与瞄准线中心分离；跟踪波门中心始终图像跟踪目标TB，操控台每发送一条瞄准线移动指令，瞄准线中心往TA方向累积1个像素；瞄准线的方位向移动Nyaw次、俯仰向移动Npitch次后，将瞄准线中心瞄准目标TA中心，实现对目标TA精确锁定；
所述特征明显的目标TB表示较周边场景显著性强和对比度高的目标。
2.根据权利要求1所述用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法，其特征在于：所述步骤三中，图像上跟踪波门中心与瞄准线中心重合时坐标为(960,540)。
3.根据权利要求1所述用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法，其特征在于：所述步骤四中，将瞄准线中心瞄准目标TA中心时，图像上跟踪波门中心坐标为(960-Nyaw,540+Npitch)，瞄准线坐标(960,540)。
4.根据权利要求1所述用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法，其特征在于：所述光电吊舱输出的图像分辨率为1920x 1080。
5.一种权利要求1-4任一项所述用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法的控制系统，其特征在于：包括中控系统和光电吊舱；所述中控系统位于地面操控台，用于发出控制命令；所述光电吊舱搭载于飞机上；
所述光电吊舱为四框架构型，包括伺服机构、陀螺仪、稳定平台、传感器和控制器，通过伺服机构隔离风阻对稳定平台的扰动，传感器安装于稳定平台上，通过陀螺仪保证稳定平台隔离机载的扰动，控制视轴相对惯性空间保持稳定，并且在控制命令的驱动下实现光电吊舱对目标的搜索、捕获、跟踪和定位；
所述中控系统向光电吊舱的控制器发送装订目标的地理位置信息，然后由控制器中地理信息处理分系统实时解算出光电吊舱视轴所指向目标的方位角和俯仰角，控制伺服机构驱动视轴指向目标，对目标进行地理跟踪；且中控系统能够控制跟踪波门中心与瞄准线中心分离，实现对被掩体遮挡或所在区域被污染的目标跟踪。
6.根据权利要求5所述控制系统，其特征在于：所述传感器包括电视摄像机和红外热像仪。
7.根据权利要求5所述控制系统，其特征在于：所述光电吊舱包括主控计算机STM32F407片，能够在程序上控制实现偏移量处理。
8.一种控制系统，其特征在于，包括：处理器、存储器和应用程序，其中所述应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述应用程序配置用于执行权利要求1-4任一项所述用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法。
9.一种计算机可读取存储介质，其特征在于，所述计算机可读取存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行权利要求1-4任一项所述用于光电吊舱的跟踪解耦合控制方法。
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