无人机地面操作站增强合成视景技术研究

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1、图禹麥毛謂ｉＭ專硕±学位论文胃錐圓无人机地面操作站增强合成视景技术研究巧者姓名张佳明Ｓｌ指导教师姓名、职称姗香教授申请学位类别工綱壬西安电子科技大学学位论文独创性（或创新检）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢中所罗列的内容Ｗ外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同事

2、对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。备仅／：之本人签名：日期Ｗ叫？半西安电子学关于论文使用授权的说明目Ｐ：研究生在本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许采用影，允许查阅、借阅论文；学校可公布论文的全部或部分内容印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果。，署名单位

3、为西安电子科技大学。保密的学位论文在用本授权书＿年解密后适：：論份导师签嗦名，本人签名Ｉ旅Ｉ）乂反Ｉ口日：如反：期日期学校代码10701学号1304122071分类号TP39密级公开西安电子科技大学硕士学位论文无人机地面操作站增强合成视景技术研究作者姓名：张佳明一级学科：控制科学与工程二级学科：控制理论与控制工程学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：刘贵喜教授学院：机电工程学院提交日期：2015年11月StudyonEnhancedSyntheticVisionTechnologyforUAVGroundO

4、perationStationAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinControlTheoryandControlEngineeringByZhangJiamingSupervisor:LiuGuixiProfessorNovember2015摘要摘要随着无人机应用的越发广泛，如何保障无人机的安全飞行与任务执行逐步成为无人机操控人员必须面对的一大挑战。特别是由雨、雪、雾、沙尘、夜视等天气条

5、件引发的退化视觉环境，会严重降低无人机操控人员的态势感知能力，从而危及无人机的飞行安全和任务效率。合成视景系统与增强视景系统已经在载人飞机领域证实了能够为飞行员提供飞机座舱外部场景的有效显示，从而有力的“穿透”退化视觉环境，保障飞行安全。为了提升无人机在低空、超低空复杂环境下的飞行安全和任务效率，解决退化视觉环境问题对无人机操控的影响，增强无人机操控人员的态势感知能力，本文提出了面向无人机地面站的增强合成视景系统，开展了以下研究工作：首先，分析了本课题的国内外研究现状及研究意义，探讨了合成视景、增强视景及无人机地面站的概念、内涵、功能

6、及结构组成。其次，设计了无人机地面操作站框架，并基于此提出了增强合成视景系统的设计，阐述了系统组成及各功能模块的含义与作用，明确了三大核心组件：传感器数据成像、仪表符号生成、增强感知处理。接着，分析了退化视觉环境的成因与解决方案，比较了几种图像传感器的成像效果与性能，研究了退化视觉环境与传感器图像的仿真方法。然后，设计了专门用于无人机的飞行仪表，包括主飞行显示仪、平视显示仪、发动机仪表、电子地图、雷达、导航显示仪等，提出并实现了能够凸显地面障碍物的三维保形符号，针对无人直升机着舰应用开发了着舰仪表集。最后，重点研究了增强感知技术，包括

7、垂直剖面显示、空中高速通道、地形感知与威胁告警、威胁区域指示等元素，详细探讨了它们的原理和实现方法，分析了其在增强操控人员态势感知能力方面的重要作用。基于上述研究，本文利用计算机仿真的方法，结合无人直升机着舰和无人机低空侦查任务，实现了增强合成视景演示软件，以退化视觉环境仿真、传感器成像作为无人机座舱外部场景，以飞行仪表和三维保形符号展示飞行状态信息和飞行前方的地面障碍，以增强感知技术全方位辅助、提升无人机操控人员的空间认知。结果表明，增强合成视景系统可以有力的支持无人机飞行任务，能够降低场景信息的理解难度，提高障碍物的识别速度，减轻

8、操控人员的工作量和精神压力，有效的提升无人机操控人员的态势感知能力。此外，本文开发的软件可以作为增强合成视景系统的模拟和训练平台，为后续的机载做试验准备。关键词：退化视觉环境，态势感知，增强合成视景系统，三维保形符号，增