基于视线追踪的人机交互仿真系统的研制与应用

基于自主设计并实现的视线追踪方案,提出一套新的有广泛应用前景的人机交互方法,并构建了一个仿真原型系统。首先,利用机器视觉技术实现了非穿戴式的实时视线追踪,并采用带头动补偿的视线方向计算模型体系,使得视线追踪能适应操作者头部在一定范围内的活动。面向交互,根据眼动心理学的相关理论提出了基于眼动状态的有意眼动命令识别方法。实际测评结果表明,这样既提高了眼动命令输入的有效性,同时也减少了实时眼动输入给操作者带来的困扰,使人机交互的过程更加自然、和谐。     

基于视线角序列的视线角速率样条滤波

依据拦截器与目标间的相对位置、速度关系,提出了基于视线角序列的视线角速率自适应样条滤波算法。该算法利用样条函数表示相对距离矢量,提出并结合“导引头球面”模型,建立了系统状态方程;在只给出视线角序列信息的情况下,对状态估计误差和观测误差进行了补偿,实现了自适应样条滤波算法,获得了有效的视线角速率信息。     

一种基于眼球结构的视线映射几何模型设计

为解决视线追踪系统中视线方向计算精度受用户头动的影响,在立体视觉的基础上设计了一种基于眼球结构的视线映射几何模型。在眼球模型结构基础上,利用普尔钦斑与光源位置计算得到了角膜曲率中心,通过它与瞳孔中心的连线求得眼球光轴,并利用光轴和视轴之间的夹角计算得到了真实的视线方向—视轴。研制了一种双摄像机环形红外光源,通过交替照射用户脸部,可在任意一个摄像机得到"亮瞳"和"暗瞳"的相邻两帧图像。将这两帧图像做差得到瞳孔位置,采用椭圆拟合方式求得瞳孔中心,加之在"暗瞳"图像上得到的普尔钦斑中心,为模型的计算提供了参数,实验结果证明该模型能解决头动对视线计算精度的影响。     

视线跟踪技术及其在多通道用户界面中的应用

介绍视线跟踪技术的基本原理及其在人机交互技术中的应用,并结合作者的多通道用户界面研究工作,阐述了视线跟踪技术在多通道用户界面中的应用与相应的多通道整合方法。     

基于自适应预测滤波的视线转率估计方法

针对空间目标拦截过程中,视线转率估计模型强非线性噪声非高斯的问题,提出了预测滤波与扩展卡尔曼滤波相结合的转率估计方法.该方法在线实时估计并修正系统模型,滤波同时引入自适应方法,在线调整模型的噪声方差.仿真结果表明,与无迹滤波相比,该方法计算量小、收敛速度快、对模型误差的鲁棒性强,可以有效提高视线转率的估计精度,进而提高制导精度降低脱靶量.     

一种基于视线矢量的双星系统自主导航方法研究

研究了近地绕飞双星系统的自主定轨问题,设计了一种基于相对视线矢量测量的自主导航方法.本方法利用导航相机观测双星之间的相对视线矢量,并转化为相机坐标系下的像元像线,从而得到导航系统的量测模型;然后结合卫星的轨道动力学方程,通过扩展卡尔曼滤波算法精确估计双星在地心惯性系下的位置和速度共12个分量.最后,通过数学仿真验证了此导航方法的可行性.     

被动传感器阵列中基于视线距离的数据关联

针对低检测概率环境下被动传感器阵列中的数据关联问题,提出了一种基于视线距离的数据关联新算法。首先详细分析了传统基于视线距离数据关联方法的不足,提出各个观测站对于同一个目标的平均视线距离应最小。同时,认为同一个目标只要被超过2/3的传感器所观测,此关联组合就有效。最后,利用关联组合的平均视线距离和有效传感器个数来设计模糊隶属度函数,以模糊关联隶属度最大为关联准则构建数据关联算法,给出了算法流程。实验结果表明,在检测概率不为1、误差较大的多目标环境下,提出的算法要明显优于传统方法。     

基于PSOLA算法的情感语音合成

在人机通信技术由图形用户界面向多通道界面的发展趋势中,语音交互界面的研究开发显示出了巨大的潜力和光明的前景.情感信息作为语音信号的重要组成部分,是人机通信技术智能化的重要标志之一.为此,介绍了一种汉语普通话情感语音合成方法,包括语音库的建立及参数提取,应用一种改进的自相关算法进行基音的检测,通过对四种情感语调的基频曲线分析,用PSOLA基音同步叠加算法改变句子的语气,表达出不同的情感,增加了语音交互的自然度,以增添语音和合成系统的智能化,提高了人机交互的能力.     

CADCSC软件系统

本文介绍了大型控制系统计算机辅助设计CADCSC软件系统。在这里提出了统一的子系统结构、命令系统结构、控制系统的系统结构和数据结构;在非线性系的人机交互界面及处理上有独到之处,同时给出了混合交互界面。     

捷联式天线平台双通道耦合目标跟踪滤波器设计与仿真研究

采用传统速率陀螺稳定平台的导引头角跟踪系统可以直接提取用于比例导引的惯性视线角速率，而采用捷联稳定方案后，天线平台的角跟踪系统失去了直接测定视线角速率的能力，视线角速率需要通过数字计算的方法来提取。同时由于视线的旋转，实际的角跟踪系统方位和俯仰两个通道之间存在交叉耦合，与速度跟踪系统之间也具有参数耦合关系。针对上述问题，提出双通道耦合目标跟踪滤波器的设计方法，并在考虑与捷联稳定控制系统及速度跟踪系统信息相互融合的情况下，对整个角跟踪系统进行了闭环仿真，对捷联式天线平台角跟踪系统的性能进行了系统的分析。结果表明：角跟踪系统方位与俯仰通道滤波值能很好跟踪真值，提出的设计方法在捷联式天线平台角跟踪系统中的应用是有效的。     

基于旋转干涉仪的多目标参数估计

针对传统电子侦察卫星的单星测向定位和旋转干涉仪测向方法在处理能力和精度上的限制,提出了一种旋转基线的多目标二维角度估计方法。该方法将多通道长基线旋转干涉仪模型与阵列信号的处理方式相结合,根据角度模糊的变化规律,通过霍夫变换提取目标的二维角度信息。在所提方法的基础上重点分析了模糊角度位置随旋转干涉仪角度变化的关系,并建立了目标角度模糊分布模型。仿真结果表明,所提算法可以有效地从角度模糊中提取准确的角度信息;相比于传统的旋转干涉仪测向方法,该方法可实现多目标的二维角度估计并且降低了对信噪比的要求。     

基于LFM信号的分布式空间动平台定位技术

提出了一维测距结合二维测向的分布式空间动平台间相对定位方法。根据宽带正负斜率线性调频（linear frequency modulation，LFM）信号的时频特性，结合微波双向技术实现了动平台间的相对距离测量，并提出了测频率解相位模糊的短基线干涉仪高精度测向方法，解决了传统多基线干涉仪测角模型的概率性解模糊问题，同时对平台相对运动引起的多普勒干扰进行有效抑制。最终通过评估系统对该方法的定位精度进行了有效验证。     

一种用于机载系统定位的坐标转换方法

基于地球椭球参考模型空间目标定位坐标系的建立,提出通过在飞机上测量地面目标方向角和斜距这二维坐标信息,而不需要测量方位角和俯仰角信息对目标进行定位的坐标转换方法,研究了算法误差和测量数据误差对定位精度的影响,并作了仿真分析,验证了算法的有效性。     

基于波束角误差补偿的相控阵导引头解耦算法

针对相控阵导引头离散波束运动引起视线角速率估计值跳跃波动问题,提出一种对波束角误差进行补偿的视线角速率提取算法。分析了相控阵导引头波束离散扫描原理,建立了波束扫描控制数学模型。推导了波束指向误差斜率引起的隔离度传递函数,分析并说明了波束角误差补偿方法。仿真结果表明,应用波束角误差补偿方法能有效地消除视线角速率提取值的跳跃波动,并验证了所提算法在捷联去耦与视线角速率提取方面的有效性。     

角度截断双尺度模型模拟粗糙海面后向散射特性

针对传统双尺度法中尺度截断波数的选取尚无统一标准可依的情况,提出了一种基于局部入射角划分来选择相应的海面电磁散射计算方法的角度截断双尺度模型：局部入射角小于限定角（约为20°）时,使用基尔霍夫近似计算占主导的镜反射分量;当局部入射角大于限定角时,用微扰法处理小尺度粗糙度所支配的漫射分量。该模型充分利用了基尔霍夫近似和微扰法各自的优点,同时避免了选取截断波数的棘手问题。应用该模型计算并讨论了风速、极化状态以及风向对后向散射系数的影响,并与实验数据进行了比较,取得了较好的吻合,证明了该模型的有效性。     

弹道导弹的雷达测轨算法

研究了弹道导弹的雷达轨道估计问题。为了解决雷达探测距离远、角度误差大、椭圆轨道计算量大和目标运动轨迹摄动大等恶劣条件下的测轨预报,并且能充分利用雷达测量误差分布的方向性以提高算法的精度和自适应能力,本文提出了机动检测多模型的目标状态估计器的预处理—给定两个时刻目标位置的轨道参数初算—多目标位置状态参数下的最小方差估计的目标轨道最优估计方法。通过对某型号防空导弹的制导控制系统仿真,可以看出该雷达目标测轨算法使其控制系统有很好的中末制导交接条件。     

基于广义近似消息传递的快速DOA估计方法

针对稀疏恢复类波达方向(direction of arrival, DOA)估计算法中计算复杂度高的问题, 提出了一种基于广义近似消息传递(generalized approximate message passing, GAMP)方法的稀疏贝叶斯学习算法。该算法在现有双基地无源雷达系统模型基础上, 构建了多快拍下的GAMP信号统计模型, 将高维联合后验概率密度的计算简化为标量运算, 提高了算法的计算效率。对于离网目标, 利用梯度下降方法推导了角度空间网格更新策略, 进一步提高了角度估计的精度。仿真结果表明, 该算法在有限快拍、低信噪比情况下, 估计精度较高, 计算复杂度较低, 适用于实时性要求高的应用场景。     

UHF波段小擦地角海杂波幅度均值修正模型

作为海杂波重要特性之一,幅度均值可为雷达系统设计提供支撑。为此,国际上建立多个经验模型,但由于小擦地角下散射机制复杂,而且测试条件存在差异,模型的适用性不强。基于黄海海域超高频波段水平极化小擦地角海杂波实测数据,开展了幅度均值经验模型的适用性分析。针对已有模型拟合程度较差的问题,初步分析了原因,并提出了一种修正技术服务公司(technology service corporation, TSC)模型。通过对TSC模型中擦地角因子和风向因子的改进,调整了幅度均值随参数的变化趋势,与实测结果对比发现,该模型较好实现了海杂波幅度均值的预测。     

带多约束的多弹分布式自适应协同导引律

针对网络化制导弹药打击近岸机动目标的末制导段,基于协同一致性理论与Lyapunov稳定性理论,提出了一种分布式模糊自适应协同导引律。考虑攻击角约束和视线角速率测量受限,构建协同导引系统的状态空间。设计扩张状态观测器(extended state observer, ESO)迅速准确地观测出在视线切向、法向与侧向上的不确定干扰。在视线切向,运用积分滑模设计分布式协同控制量,保证命中时刻在有限时间内趋于一致。在视线法向与侧向,设计了具有自适应指数趋近律的非奇异终端滑模,运用了弹目相对距离与接近速率信息,使终端视线角跟踪误差与视线角速率在有限时间内收敛至零。引入具有万能逼近性的模糊自适应系统(fuzzy adaptive system, FAS),既消除了由滑模切换项诱发的控制量高频抖振,又确保了系统一致最终有界(uniformly ultimately bounded, UUB)。仿真实验表明:与非奇异终端滑模方法相比,该导引律使组网弹药能够以更好的导引性能攻击机动目标。