无人机载荷图像仿真平台的设计与实现

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— 无人机载荷图像仿真平台的设计与实现

李登亮，叶 榛

(清华大学计算机系智能技术与系统实验室，北京100084)

摘 要：无人机有效载荷图像仿真平台为无人机操作员训练、地面站建设、以及指挥控制和通信系统提供必要的模拟数据和模拟环境，是研制无人机系统及其测控与通信系统的重要部分。该文讨论了如何基于相对低成本的PC 机和图像处理与传输技术构建一个完整的无人机有效载荷图像仿真平台。该平台可以接收无人机及其指挥控制系统的各种状态参数以及控制指令，通过图像处理，模拟实际情况生成有效载荷图像数据，并实时下传，以验证无人机及其指挥控制和通信系统的概念结构和工作过程。 关键词：无人机；有效载荷；图像处理；仿真

Design and Realization of Image Simulation Platform

for UA V Payloads

LI Dengliang, YE Zhen

(Lab of Intelligent Technology and System, Department of Computer Science and Technology, Tsinghua University, Beijing 100084)

【Abstract 】The image simulation platform for UA V payloads is important to research UA V systems, because it provides simulating data and virtual environment. It creates the platform based on low-cost PC, image process and transmission. Based on parameters of UA V system and real time image process, the platform simulates image data of payload and transmits them to UA V system. The result proves that the platform is important to validate the conception frameworks and working processes of UA V system. 【Key words 】UA V; Payload; Image processing; Simulation

计 算 机 工 程Computer Engineering 第32卷 第6期

Vol.32 № 6 2006年3月

March 2006

·开发研究与设计技术·

文章编号：1000—3428(2006)06—0266—03

文献标识码：A

中图分类号：TP391.4

无人机的不载人特性，使其可以长时间地进出各种危险的空域发挥特殊效用，完成许多过去只有有人驾驶飞机才能完成的任务；同时，无人机体积小、结构简单、自重轻、成本低、使用维护方便、机动灵活性好，具有很大的发展潜力和良好的应用前景。在无人机设计及相关控制系统的研制过程中，需要飞行模拟系统进行辅助，以节约成本、降低风险、简化操作、缩短实验周期。无人机飞行模拟系统主要包含动力学仿真、视景仿真和有效载荷仿真。本文的研究主要集中于有效载荷仿真部分。

由于当今无人机的主要任务还是监视、侦察和目标截获，因此执行监视、侦察和目标截获任务的有效载荷是无人机系统的重要组成。由于有效载荷系统工作原理复杂，价格昂贵，在无人机设计及其相关控制系统的研制中，通常借助有效载荷模拟系统，以节约成本。有效载荷仿真为无人机相关控制系统的数据接收、存储和分发、图像处理、操作员培训等功能提供无人机任务载荷仿真数据，它是无人机系统研制的一

个重要组成部分，也是设计、检验和发展无人机系统的基础。

由于无人机及其飞行任务的不同，其有效载荷的类型和特点也不相同，因此要建立一个符合具体任务需求的载荷仿真系统是比较费时的。

本文针对无人机及其相关控制系统的特点，提出并实现了一个含有典型有效载荷类型的无人机有效机载荷图像仿真平台。该平台可以不断地实时获取来自无人机相关控制系统对载荷的实时控制指令以及无人机飞行参数，模拟载荷工作状态的变化，通过系列几何变换和图像处理算法实时生成载荷视场图像数据，并实时下传至相关控制系统。此平台与无人机动力学仿真相配合，可以与相关控制系统组成一个大系统，以验证无人机控制系统的功能。

1 无人机有效载荷概览

目前世界各国所用的无人机任务有效载荷都是光学照相

机、红外扫描器、电视摄像机、前视红外等无源成像设备以

及SAR 雷达。

下面简要描述这些典型有效载荷的工作现状及其发展趋势。

1.1 光学相照机

光学照相机是古老的成像设备，也是最早装在无人机上使用的侦察设备。其最大优点是具有较高的分辨率，目前其他成像设备还无法达到。缺点是需要回收冲洗，不能满足实时情报需求。目前它在世界各国的无人机上遭到冷遇，正让位于CCDTV 。

1.2 红外行扫描仪

红外行扫描仪(IRLS)是一种热成像装置。它利用扫描镜收集红外辐射并投射到多元碲镉汞等红外探测器上，形成红外图像信号，用其调制光源并记录在感光胶片上，就构成红外照相机；也可以用这种红外图像信号调制视频通道，经过数据传输系统发送回地面接收站。前者与光学相机一样具有缺乏实时性的弊病，后者则得以克服。红外行扫描器属于机载无源探测设备，其最大的优势就是能够探测物体自然的红外辐射而不借助环境光的照射，因此可以进行夜间监视和侦察。但它机械装置复杂，由于体积和总量较大，也很少在无

基金项目：国家“863”计划基金资助项目“高高空无人机战术控制系统”(2003AA755031)

作者简介：李登亮(1976—)，男，硕士生，主研方向：图像处理，图像检索；叶 榛，教授

收稿日期：2005-02-27 E-mail ：li-d102@