中高空面陣CCD航空相機(jī)操縱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、中高空面陣CCD航空相機(jī)是用于軍用飛機(jī)進(jìn)行空中偵察的重要設(shè)備，其任務(wù)就是從中高空實(shí)時(shí)獲取高分辨率可見光目標(biāo)圖像信息，處理后將偵察信息實(shí)時(shí)傳輸給地面控制中心，完成地面目標(biāo)采集和戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)打擊效果的評(píng)估。而操縱系統(tǒng)是中高空面陣CCD航空相機(jī)重要的控制與檢測(cè)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)航空相機(jī)供電電源的實(shí)時(shí)故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制，以及完成航拍圖像的并行實(shí)時(shí)無損壓縮。
　　論文結(jié)合某型中高空面陣CCD航空相機(jī)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了一款滿足基本偵察任務(wù)要求的

2、航空相機(jī)操縱系統(tǒng)，并對(duì)所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，為研制功能更強(qiáng)大、更完善的航空相機(jī)提供了一定的理論依據(jù)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，開展本課題研究對(duì)促進(jìn)我國航空相機(jī)事業(yè)發(fā)展，提高我國航空偵察能力具有非常重要的意義。
　　本文針對(duì)現(xiàn)有通用的Linux操作系統(tǒng)功能模塊繁多的情況，其不僅占用內(nèi)存資源，而且影響執(zhí)行速度和任務(wù)響應(yīng)速度。為此，提出了基于PC104總線的移植與裁剪技術(shù)，根據(jù)應(yīng)用需求，對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)用性改造，提高了系統(tǒng)的

3、任務(wù)響應(yīng)速度;針對(duì)航拍圖像數(shù)據(jù)量大，存儲(chǔ)困難等問題，給出了基于軟硬件并行技術(shù)的圖像壓縮子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)圖像的并行、實(shí)時(shí)和無損壓縮，其圖像壓縮時(shí)數(shù)據(jù)流的處理速率達(dá)到60MB/S，圖像壓縮比達(dá)到10∶1;針對(duì)航空相機(jī)供電電源故障率高，傳統(tǒng)故障診斷方法不足而使得相機(jī)維護(hù)難度大的實(shí)際問題，進(jìn)行了基于PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診技術(shù)研究，設(shè)計(jì)了基于PSO-RBF的航空相機(jī)電源的故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航空相機(jī)供電電源的實(shí)時(shí)、全自動(dòng)化的故障診斷

4、。其研究的主要內(nèi)容有:
　　在全面分析某型中高空面陣CCD航空相機(jī)工作原理基礎(chǔ)上，論述了航空相機(jī)的系統(tǒng)組成。依據(jù)航空相機(jī)操縱系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，進(jìn)行了航空相機(jī)操縱器系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了操縱系統(tǒng)的硬件電路模塊，并分析了其功能;給出了航空相機(jī)操縱系統(tǒng)軟件模塊的構(gòu)成，設(shè)計(jì)了操縱系統(tǒng)總體工作流程;針對(duì)系統(tǒng)所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，即基于PC104總線的Linux系統(tǒng)的裁剪技術(shù)，圖像實(shí)時(shí)無損壓縮的軟硬件并行技術(shù)和基于PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

5、故障診斷技術(shù)，提出了航空相機(jī)操縱系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，并進(jìn)行了深入研究。
　　(1)研究了基于PC104總線的Linux系統(tǒng)的裁剪技術(shù).
　　研究了Linux裁剪技術(shù)與方法，選擇了操縱系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)主板，分析了PC104主板的硬件資源。針對(duì)其硬件資源進(jìn)行了BootLoader移植，將移植后操作系統(tǒng)采用粗粒度和細(xì)粒度的內(nèi)核裁剪方法進(jìn)行了實(shí)用性改造，增強(qiáng)了Linux內(nèi)核的搶占性;通過改善Linux內(nèi)核實(shí)時(shí)調(diào)度器的調(diào)度策略，構(gòu)建了

6、一個(gè)具有實(shí)時(shí)處理能力的嵌入式系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求。實(shí)現(xiàn)了任務(wù)響應(yīng)時(shí)間不大于20ms，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間不大于5s。
　　(2)研究了圖像實(shí)時(shí)無損壓縮的軟、硬件并行技術(shù)
　　在分析圖像壓縮基礎(chǔ)知識(shí)和小波變換原理的基礎(chǔ)上，研究了適用于圖像無損壓縮9/7-M小波提升方法，給出了航空相機(jī)操縱系統(tǒng)圖像并行無損壓縮子系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，分別設(shè)計(jì)了圖像并行無損壓縮子系統(tǒng)的軟硬件。采用DSP+FPGA結(jié)構(gòu)，將一幅4056×5356的大圖用

7、兩塊結(jié)構(gòu)完全相同的圖像壓縮板并行處理;采用三級(jí)整數(shù)提升小波變換技術(shù)，對(duì)小波變換的高頻和低頻系數(shù)分別進(jìn)行了編碼，并對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，減少了對(duì)內(nèi)存的訪問時(shí)間。實(shí)現(xiàn)了航拍圖像的并行、實(shí)時(shí)和無損壓縮，其圖像壓縮時(shí)數(shù)據(jù)流的處理速率達(dá)到60MB/S，圖像壓縮比達(dá)到10∶1。
　　(3)研究了基于PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷技術(shù)。
　　在分析粒子群優(yōu)化算法基本原理基礎(chǔ)上，建立了RBF神經(jīng)網(wǎng)路模型，并提出了PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算