空中位姿测量中光电合作靶标作用机理研究

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1、空中位姿测量中光电合作靶标作用机理研究ResearchonMechanismofOptoelectronicCooperativeTargetforAerialPoseMeasurement学科专业：仪器科学与技术研究生：吕博指导教师：王向军教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的

2、说明并表示了谢意。学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）摘要测量两飞行器间的相对位置和姿态可以采用的技术有INS技术、GPS技术、微波雷达技术、激光雷达技术以及光电位姿测量技术等，其中光电位姿测量技术以其高测量精度和测量速度，在近距测量阶段有着重要的应用。光电位姿测量系统一般由摄像机、信号处理子系统以及目标组成，目标可分

3、为合作目标与非合作目标两种，其中合作目标相对于非合作目标具有提取难度低和提取精度高的优点，是目前光电位姿测量系统的主要形式。获得包含目标的高信噪比图像是进行位姿解算的前提，但是对于空中位姿测量系统而言，有以下影响成像质量的因素必须要考虑。一是以阳光为主的杂光干扰，二是复杂天气条件下大气对光辐射的衰减。目前对空间位姿测量系统抗干扰方法的研究较多，一般为通过黑体辐射定律和普朗克公式分析阳光效应，选择红外发光器件和滤光片来抑制杂光干扰。但是对于大气层内的空中位姿测量系统，首先由于大气的影响，太阳光强的分布规律已经与普朗克公式的结果有一定的差距，阳光光强并不严格随着波长的增加而减弱。其

4、次天空背景成为成像的背景，天空背景亮度的空间分布比较复杂，与太阳位置、观察视线的方向以及大气清洁度均有很大关系，在不同的测量条件下，目标背景的对比度可能相差巨大。再者大气对光辐射的衰减作用导致大气透过率的降低，且大气透过率与波长、传输距离和大气情况均有关系。故对于空中位姿测量系统，必须对以上因素进行分析。本文分析了影响大气透过率和天空背景亮度分布的因素，并使用大气辐射传输计算软件MODTRAN计算了多种条件下的大气透过率和天空背景亮度。在此基础上，确定选择波长为740nm的大功率LED作为光电合作靶标的发光标志器件，结合窄带滤光片和抗杂光干扰算法，使靶标具有很好的抗杂光干扰能力

5、和环境适应能力。关键词：位姿测量合作靶标杂光透过率LEDMODTRANABSTRACTThemethodsthatcanbetakentomeasuretherelativeposeoftwoaircraftsincludeINStechnology,GPStechnology,microwaveradartechnology,laserradartechnologyandoptoelectronicposemeasurementtechnologyandsoon.Andoptoelectronicposemeasurementsystemhasimportantapplica

6、tionsinclosemeasurementphaseforitshighmeasuringaccuracyandmeasuringspeed.Theoptoelectronicposemeasurementsystemgenerallyconsistsofcameras,signalprocessingsubsystemandtarget,andtargetincludescooperativetargetandnon-cooperativetarget.Cooperativetargethasbecomethemaintypeofoptoelectronicposemea

7、surementsystemasithashigherextractionaccuracyandlowerextractiondifficultythannon-cooperativetarget.ObtaininghighSNRimagesofthetargetisthepreconditionofposesolving,butforaerialposemeasurementsystem,therearetwofactorsthataffecttheimagequalitymustbeta