一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法技术

本发明专利技术涉及旋转弹体的导航控制技术领域，具体是一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法，包括在现有的新型红外焦平面阵列各面元模型基础上，对红外焦平面阵列进行数据预处理后，拆分各面元时域信号并进行融合，合并为一张红外图像；将低像素的红外图像利用双线性插值方法进行扩展，弥补红外焦平面阵列像素数低的缺点，提高解算精度；采用线性变换，将插值后的红外焦平面阵列数据映射为灰度图像。本发明专利技术针对新型的红外焦平面阵列姿态测量理论模型，采用单轴红外焦平面阵列传感器布阵方式，从阵列红外图像的角度进行弹体姿态解算，只需单轴传感器布阵，方法简单且具有较高的测量精度。高的测量精度。高的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法


[0001]本专利技术涉及旋转弹体的导航控制
，具体是一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法。

技术介绍

[0002]精确制导武器作为实现现代战场目标打击的主要装备备受关注。其中，制导是实现智能弹药精确打击的核心技术，而弹丸飞行姿态这一关键参数的准确测量是实现精确制导的前提。弹载无源自主姿态测试方法主要包括惯性导航姿态测试技术、地磁导航姿态测试技术、太阳方位角姿态测试技术以及红外姿态测试技术，红外姿态测试技术则因为其无累计误差、抗干扰能力相对较好、姿态解算精度与实时性较高飞速发展。
[0003]基于红外的弹丸姿态测量方法研究很多，如中国专利申请号为201711214682.6中公开的一种基于新息正交性的复合姿态解算方法，融合红外与地磁姿态测试技术。何子路等人发表在《中国惯性技术学报》上的“利用地磁与红外辐射融合的姿态估计方法”建立了基于三轴单元红外传感器的姿态测量数学模型，并采用自适应扩展卡尔曼滤波切换姿态估计算法实现红外与地磁的融合姿态估计。基于红外的弹体姿态参数测试方法研究也很多，如中国专利申请号为201711216092.7中公开的一种基于红外与地磁复合的旋转弹体姿态测试装置，将红外姿态测试技术与地磁姿态测试技术进行结合，装置简单可靠。
[0004]然而，目前红外姿态测试方法的研究仍集中于三轴单点红外传感器布阵的基础上，单元红外传感器极易受红外辐射干扰，且三轴红外传感器的布阵容易存在较大安装误差，系统姿态角检测误差仍有待提高。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、红外焦平面阵列传感器数据预处理：在新型红外焦平面阵列各面元理论模型基础上，根据红外焦平面阵列传感器各敏感面元的衰减系数进行预处理；并将红外焦平面阵列时域信号进行拆分，重组成红外图像序列，采用双线性插值算法将红外图像进行扩展，最终利用线性变换将插值后的红外焦平面阵列数据映射为灰度图像；
[0008]步骤2、基于扩展红外图像的俯仰角解算：设计自适应双阈值对灰度图像进行二值化，突出纹理直线，采用Hough变换算法实现纹理直线的检测与斜率计算，解算出弹丸俯仰角信息；
[0009]步骤3、基于扩展红外图像序列的相对横滚角解算：设计自适应双阈值对相邻序列灰度图像进行二值化后，分别采用Hough变换算法检测高亮直线并获取边缘坐标集，建立相邻序列灰度图像同一阈值的边缘坐标关系，最终解算出弹体相对横滚角，通过积分求和便
可计算出弹丸的绝对横滚角。
[0010]优选的，所述步骤1红外焦平面阵列数据预处理具体包括以下步骤：
[0011]步骤1.1、单轴红外焦平面阵列各面元的理论模型可表示为：
[0012][0013]其中，θ为弹体俯仰角，γ为弹体横滚角，传感器内含有a
×
b个红外热电堆阵列，T
sij
(θ,γ)为红外焦平面阵列第i行第j列面元输出，理论模型如下式所示：
[0014][0015]其中，单元红外传感器视场角为α，α
c
为红外焦平面阵列传感器横向视场角，α
r
为纵向视场角。A为振幅系数，B为偏置，A与B通过实验标定得到。e
ij
可通过下式计算：
[0016][0017]Δγ
ij
可通过下式计算:
[0018][0019]将弹体俯仰角及横滚角拆分重组成红外图像进行姿态解算；
[0020]步骤1.2、在新型红外焦平面阵列各面元理论模型基础上，根据红外焦平面阵列传感器各敏感面元的衰减系数进行预处理，建立红外焦平面阵列系数矩阵：
[0021][0022]其中，
[0023][0024]经红外焦平面阵列系数矩阵预处理后的低像素红外焦平面阵列数据：
[0025][0026]其中，
[0027]T
′
sij
(θ,γ)＝Acosθsin(γ+Δγ
ij
)+B
[0028]上式中幅值A与偏置B可通过实验标定得出；
[0029]步骤1.3、将预处理后的红外焦平面阵列时域信号进行拆分，重组成红外图像序
列，采用双线性插值算法将红外图像进行扩展；
[0030]步骤1.4、根据实验标定的幅值和偏差，采用线性变换将插值后的红外焦平面阵列数据映射为灰度图像，最终可得到a
′×
b
′
的灰度图像I
g
：
[0031][0032]其中，a
′
、b
′
需分别为红外焦平面阵列横向与纵向半视场角正切值的相同倍。
[0033]优选的，所述步骤2基于扩展红外图像的俯仰角解算具体包括以下步骤：
[0034]步骤2.1、首先根据灰度图像选择俯仰角解算自适应双阈值Th1、Th2：
[0035][0036]分别采用Th1、Th2进行图像二值化得到I
g1
、I
g2
，通过异或运算突出纹理直线：
[0037][0038]步骤2.2、采用Hough变换算法实现纹理直线的检测，同时计算出纹理直线斜率k，利用下式便可直接解算弹体俯仰角：
[0039][0040]优选的，所述步骤3基于扩展红外图像序列的相对横滚角解算具体包括以下步骤：
[0041]步骤3.1、相邻序列图像之间的相对滚动角可由相邻序列灰度图像中载体横滚角中心线上灰度值相同的像素的坐标计算得到，对相邻序列扩展灰度图像I
g1
、I
g2
进行处理，得到重叠灰度范围的上下限：
[0042][0043]根据灰度范围上下限设置相对横滚角解算自适应双阈值Th3、Th4：
[0044][0045]步骤3.2、利用双阈值分别对灰度图像I
g1
、I
g2
进行二值化及异或运算后，采用Hough变换算法检测高亮直线并获取像素坐标集{(x1,y1)}、{(x2,y2)}；
[0046]步骤3.3、建立相邻序列灰度图像同一阈值的边缘坐标关系，提取边缘关键坐标点x
ROLLmin
、x
ROLLmax
，弹丸相对横滚角的绝对值可通过下式进行计算：
[0047][0048]可通过积分求和的方式获得绝对横滚角，如下式所示：
[0049]γ＝∑γ
i
。
[0050]本专利技术通过改进在此提供一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
[0051]其一：本专利技术在现有的新型红外焦平面阵列各面元理论模型基础上，针对红外焦平面阵列多面元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、红外焦平面阵列传感器数据预处理：在新型红外焦平面阵列各面元理论模型基础上，根据红外焦平面阵列传感器各敏感面元的衰减系数进行预处理；并将红外焦平面阵列时域信号进行拆分，重组成红外图像序列，采用双线性插值算法将红外图像进行扩展，最终利用线性变换将插值后的红外焦平面阵列数据映射为灰度图像；步骤2、基于扩展红外图像的俯仰角解算：设计自适应双阈值对灰度图像进行二值化，突出纹理直线，采用Hough变换算法实现纹理直线的检测与斜率计算，解算出弹丸俯仰角信息；步骤3、基于扩展红外图像序列的相对横滚角解算：设计自适应双阈值对相邻序列灰度图像进行二值化后，分别采用Hough变换算法检测高亮直线并获取边缘坐标集，建立相邻序列灰度图像同一阈值的边缘坐标关系，最终解算出弹体相对横滚角，通过积分求和便可计算出弹丸的绝对横滚角。2.根据权利要求1所述的一种基于单轴红外焦平面阵列的旋转弹丸姿态测量方法，其特征在于：所述步骤1红外焦平面阵列数据预处理具体包括以下步骤：步骤1.1、单轴红外焦平面阵列各面元的理论模型可表示为：其中，θ为弹体俯仰角，γ为弹体横滚角，传感器内含有a
×
b个红外热电堆阵列，T
sij
(θ,γ)为红外焦平面阵列第i行第j列面元输出，理论模型如下式所示：其中，单元红外传感器视场角为α，α
c
为红外焦平面阵列传感器横向视场角，α
r
为纵向视场角。A为振幅系数，B为偏置，A与B通过实验标定得到。e
ij
可通过下式计算：Δγ
ij
可通过下式计算:将弹体俯仰角及横滚角拆分重组成红外图像进行姿态解算；步骤1.2、在新型红外焦平面阵列各面元理论模型基础上，根据红外焦平面阵列传感器各敏感面元的衰减系数进行预处理，建立红外焦平面阵列系数矩阵：其中，
经红外焦平面阵列系数矩阵预处理后的低像素红外焦平面阵列数据：其中，T
′
sij
(θ,γ)＝Acosθsin(γ+Δγ
ij
)+B上式中幅值A与偏置B可通过实验...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹一涵，陈浩宇，田入运，余彬，黄喧林，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：