基于光學(xué)相控陣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)捕獲與跟蹤研究.pdf

1、激光雷達(dá)在保障空間安全中扮演重要角色，主要用于對(duì)空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的搜索、捕獲與跟蹤。光學(xué)相控陣作為一種激光束控制裝置，能夠?qū)崟r(shí)、無慣性、高精度地控制多束激光束，故使用光學(xué)相控陣的激光雷達(dá)與常規(guī)激光雷達(dá)相比，能夠以更靈活的方式、更高效率、更高精度地跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，本文研究基于光學(xué)相控陣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)捕獲與跟蹤方法。
　　光學(xué)相控陣的優(yōu)勢(shì)之一是可以靈活、敏捷地改變光束的形狀和能量分布，并與圖像實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)組成主動(dòng)照明閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)通過光學(xué)相

2、控陣發(fā)射的激光網(wǎng)搜索目標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，光學(xué)相控陣即自適應(yīng)改變光束形狀，將光能量集中于目標(biāo)，在該系統(tǒng)內(nèi)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)捕獲與跟蹤軟件系統(tǒng)首先要快速從激光網(wǎng)圖像中發(fā)現(xiàn)并分離出目標(biāo)，其次要能預(yù)測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，向光學(xué)相控陣給出控制光束方位的指令，使激光束精確跟蹤目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的主動(dòng)照明快速、穩(wěn)定跟蹤。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)研究在激光網(wǎng)照明條件下研究捕獲運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的理論方法。理論上，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的捕獲方法由運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、圖像閾

3、值分割和圖像濾波三部分構(gòu)成。在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)圖像灰度特性的基礎(chǔ)上，分別研究了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、圖像閾值分割和圖像濾波的不同方法，然后就其所組成的多種捕獲方法進(jìn)行了仿真對(duì)比，通過對(duì)比結(jié)果確定快速、穩(wěn)定的捕獲方法。該捕獲方法首先采用背景差分法檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，然后對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)圖像進(jìn)行中值濾波以減弱噪聲影響，接著采用最大類間方差法分割圖像，最后進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波消除目標(biāo)內(nèi)的孔洞。
　　(2)在捕獲到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上研究跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方法。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤方

4、法由運(yùn)動(dòng)目標(biāo)圖像跟蹤和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)空間位置變換兩部分構(gòu)成。其中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)圖像跟蹤采用波門形心跟蹤法，該方法不但可計(jì)算當(dāng)前幀圖像目標(biāo)的形心位置，還可預(yù)測(cè)下一幀圖像目標(biāo)的形心位置。通過運(yùn)動(dòng)目標(biāo)空間位置變換將圖像目標(biāo)的形心位置變換為目標(biāo)的實(shí)際空間位置，以控制激光網(wǎng)指向，從而主動(dòng)照亮運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，以達(dá)到跟蹤目標(biāo)的目的。
　　(3)通過跟蹤實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)目標(biāo)捕獲與跟蹤方法的可行性。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于光學(xué)相控陣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)捕獲與跟蹤實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成了軟件編寫