主动控制系统设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 季晓华，杨　明：飞机电气设计系统在网络化中的安全　・６９・　令实施加密处理。用户帐户管理表里面的用户口　多线是否正确。网络化后，当设计人员在插头的　令全部是加密过的密文，其他人员即使进入服务　孔中接入超过规定的导线数时，系统会实时地提　器的用户帐户管理表，也不可能知道用户的原始　醒你是否出错。由于飞机电气系统是个复杂的系　口令，从而，有效地防止了内部人员通过服务器　统，各部分之间具有很大的关联性，许多表中的　获得别人的ＩＤ号来修改数据而造成的严重后果。　数据紧密结合在一起。若要把父表中的记录删　系统根据用户输入的口令，通过系统程序中采用　除，则会先检查子表中是否已经使用该记录，若　的公式计算得到密文，把密文传送到服务器，解　使用了，会提醒你目前不能删除此记录，只有把　密后进行另一次加密，把这次加密得到的字符串　子表中相应的记录全部删除后，才可以删除父表　与服务器中的用户帐户管理表里的字符串进行比　记录，避免了垃圾数据的产生。相应地，只有父　较，若相同则通过用户验证，否则，拒绝用户要　表中具有那样的记录，子表才能生成对应的记　求进入的请求（如图２所示）。加密的公式应该定　录，且子表间也相互对应。通过这样的关系，把　期更改，以防止有组织的黑客入侵；用户也应该　电缆目录表、电缆导线表、电缆端子表、电缆元　定期改变自己的口令，防止口令的泄漏　Ｊ。　件表、电缆图形表及辅助图形表这６个基本表紧　密结合起来，在很大程度上维护了数据的正确　性，提高了系统的工作效率。　此应用系统采用批架次管理，１个机型批架　次１个数据库，表间的数据紧密相关。在以前单　机版系统中，若发现错误，只能靠设计员之间相　不安　日监听　互协调修改，而且更改具有很大的重复性，这就　全媒介ｉ　会不可避免地发生遗漏，从而，导致一些可避免　的严重后果发生。系统网络化后，在服务器上的　数据库表中，广泛采用主键、外键、ＵＮＩＱＵＥ约　束技术和触发器，有效地保证了数据的完整性和　正确性，也方便了用户的检索。　图２用户口令加密传送系统　３结论　由于此系统是多用户的，每个设计员都有自　飞机电气系统设计网络化后，通过多层身份　己的ＩＤ号（由计算机分配）。在同一时间内，如　验证和数据的加密、备份，有效地保证了数据的　果这个ＩＤ已经登录到服务器，若其他人还想通过　安全，避免了因用户的误操作和网络攻击所造成　它登录到服务器，会被拒绝并提示已经登录。相　的资料丢失，从而，为工程的Ｊｌ￣，Ｎ完成打下了坚　应的ＩＤ号可以操作相应的电缆（不同电缆的操作　实的基础。　权已经在设计前就分配好了），系统会把操作的　时间和相应的ＩＤ号记录在数据库中。由于设计用　参考文献　的各台计算机的显示时间可能不相同，我们把统　［１］袁鹏飞，等．ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２０００数据库系统管理．北京：人民邮电　一返回服务器的时间作为标准时间。　出版社，２００１．　２．４应用系统的数据维护　［２］于松涛，等．精通ＳＱＬ　Ｓｅｖｒｅｒ　２０００数据库管理与开发．北京：人　该应用系统具有一定的检查错误的智能性，　民邮电出版社，２００１．　［３］闪四清．Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ２０００实用教程．北京：人民邮电出　如在端子模块中，各端子的孔已规定了所接入的　版社，２０００．　导线数，因为许多端子是由多个人员共同使用　［４］樊成丰．网络信息安全与ＰＧＰ加密．北京：清华大学出版社，　的。在该系统的单机版中，设计员设计完各自的　１９９８．　任务后，还要把设计数据导入到一个库中集中管　理，从而，可以发现是否有导线连接错误，一孔　（下转第７３页）　＿　维普资讯 http://www.cqvip.com ・７０・　飞机设计第４期２００２年１２月　一种基于视觉的微型飞行器姿态检测算法　高爱民，曹云峰，陈松灿　（南京航空航天大学自动化学院，南京２１００１６）　摘要：探讨了基于视觉的微型飞行器的飞行姿态检测方法，利用机载摄像头获得图像，根据某种准则　识别出地平线，进而变换得到飞机的姿态角。文中给出了地平线判别准则及相应的算法和姿态角变换公式。　最后，给出了一个实际算例及处理结果。　关键词：微型飞行器；姿态检测；图像处理；计算机视觉　微型飞行器（Ｍｉｃｒｏ　Ａｉｒ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ或Ｍｉｃｒｏ　Ａｅｒｉ—　的图像检测姿态角不失为一种新颖而具有实用前　ａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ，简称ＭＡＶ）的概念最初是由美国在　景的方案。　１９９２年提出的。其要求的基本技术指标是：飞行　器各向尺寸不超过１５０　ｍｌｎ，质量（１０～１００）ｇ，续　１地平线检测　航时间（２０～６０）ｍｉｎ，续航速度（３０～６０）ｋｍ／ｈ，　安装了微型摄像机和传输器的ＭＡＶ可以通　平台承载质量（１～１８）ｇ，最大飞，亍躏（１～１０）ｋｍ，　过图像测出机体相对于地面的角度　】。保持稳定　可实时传输图像，能自主飞行。　所必须的滚转角　和俯仰角　可从图像中的地平　微型飞行器（ＭＡＶ）主要用于执行侦察监视任　线得到（摄像机安装于飞机正前方）。　务，如侦察敌情和检测空气中有害化学物质、火　图像中的地平线可表示为：Ｙ＝眦＋ｂ，其　山活动等情况。　中：ｍ为斜率；ｂ为截距。　目前，在ＭＡＶ的结构设计、可控性、飞行　滚转角由下式得到：西＝ａｒｃｔａｎ（ｍ）。　测试等方面已经取得了一些进展；但是，还有很　俯仰角不能从地平线直接得到，它近似和地　多关键技术尚待解决…。其中，ＭＡＶ的自主飞行　平线上下图像面积的比值成正比。地平线上下图　是ＭＡＶ能否真正达到实用的最关键的技术。而　像面积的比值分别表示为：ｏｒ　和ｏｒ　，有ｏｒ　＝１一　实现自主飞行的关键是飞行姿态的稳定与控制。　６。　实现ＭＡＶ飞行姿态的稳定和控制的前提就是姿　因此，要得到姿态角首先要检测、识别出地　态角的检测。　平线。　常规飞行器一般通过角速度或角加速度的积　参考文献［２］提出以下２个假设：（１）地平线　分或垂直陀螺获得姿态角；但是，普通飞行器的　大致是一条直线；（２）被地平线分割的天地２部分　速度、加速度传感器或垂直陀螺并不能简单地缩　有明显的不同表面性质。并由此定义了一个性能　小尺寸就用到ＭＡＶ上。囿于ＭＡＶ结构尺寸和有　判据　，并且提出了在所有可能的地平线中进行　效载荷的限制，ＭＡＶ飞行姿态的检测必须寻找一　搜寻的算法。　种新型的微机电传感器和新的方法。　图像中的天与地“表面性质”指的是色彩，以　目前，ＭＡＶ的主要用途是侦察与监视，其机　三原色（ＲＧＢ）表示。　载的图像传感器是不可或缺的传感器。通过计算　对每个假定的地平线，分别标出代表天地的　机图像技术，最大限度地利用图像传感器获得的　像素，如下：　丰富信息，扩展和提升ＭＡＶ的性能，不用增加　［　ｇ：ｂ：］，　１，…，ｎ　｝　额外负载，这无疑具有很大的实用价值。因此，　＝［　６　］，　｛１，…，ｎ　｝　利用ＭＡＶ携带的任务载荷——ｃＭＯＳ摄像头拍摄　收稿日期：２００２—１０—０８　作者简介：商爱民（１９７７一），男，硕士研究生，研究方向：导航，制导与控制。　■　维普资讯 http://www.cqvip.com 高爱民，曹云峰，陈松灿：一种基于视觉的微型飞行器姿态检测算法　・７１・　性能判据　定义为：　－，０＝１／［１∑，　∑　Ｉ＋（Ａ：＋Ａ　＋Ａ；）　＋　（Ａｆ＋Ａ；＋Ａ；）　］　其中：　ｎＪ　１　∑　南　（　：　）（　：　）　∑　南　（　／Ｚｓ）（　／Ｚｓ）　吉　：，　老　最大的　对应最小的天地像素的分布误差。Ａ：，　Ａ　，　１，２，３｝为协方差矩阵∑　、∑　的特征值，　是为解决∑　、∑　的奇异性而引入的。　１．１检测判据　参考文献［２］在检测地平线时，选择了性能　判据－，０，该判据需要求方差矩阵∑，、∑　。实际　上，我们还可以应用下几种判据　］：　Ｊ１＝ｔｒ（　６）；Ｊ２＝Ｉｎ（Ｉ　Ｓ　Ｉ／Ｉ　Ｉ）；　Ｊ３＝ｔｒ（Ｓ６）／ｔｒ（Ｓ　）；Ｊ４＝Ｉ　＋　６　Ｉ／Ｉ　１．　其中：　１　ｎ，　＝Ｐ，　１∑（　：一　）（　：一　，）　＋　１　ｎｇ　ｐ　∑（　一　）（　一　）　＝　［∑（　：一　）（　：一　）Ｔ＋∑（ｘｓ－　）（　一　）　］　为类内离散度矩阵；　Ｓｂ　（　一　）（　一　）　ｐ　（　一　）（　一　）　为类间离散度矩阵；　１　ｎ　ｎ　１　吉　：，　、　分另０为天地元素的均值；　分别为天　与地的元素；凡　，凡　分别为天地的元素个数；　＝　ｒｔ　ｓｐ｜　Ｊ－ｄ　＝　为总体均值　＝，ｐ　＝ｉ　１　凡Ｊ‘ｄ　Ｊ笔为　－ｄ　天地元素的先验概率；凡　为元素总数。　为了满足类可分要求，直观上，希望类间离　散度Ｉ　６Ｉ尽量大，类内离散度Ｉ　Ｉ尽量小。以上　各种判据在实际应用中，在计算的复杂性方面，　在是否便于进行解析分析及用它进行特征提取的　效果方面都各不相同。在以上各判据中，都考虑　了先验概率Ｐ　。为了得到好的聚类结果，判据值　越大越好。　－　为满足ＭＡＶ自主飞行的要求，对算法的实　时性要求很高。考虑到判据－，，，避免了方差矩阵　运算，并且，在实际计算ｔｒ（Ｓ　）和ｔｒ（Ｓ　）时，可　以利用递推公式，大大减少了计算量。因此。我　们采用－，，作为地平线检测判据。易得递推公　式　引：　凡　凡ｌ　，＋凡ｇ　ｇ　１　Ｓｔ＝　１∑（　一　）（　一　）　＝　＋　６　’。ｄ　ｉ＝１　式中：　为总散射矩阵。　对于给定的某一幅图像，　。为常量，　容易　求出，于是由递推公式易得　。类内离散度Ｉ　Ｉ　的减少将导致类间离散度Ｉ　Ｉ的增加，这正是我　们希望的。具体的检测算法步骤如下：　（１）读取图像。　（２）逐步增加直线参数值。　（３）直线将图像分割为２个区域。　（４）计算判据－，３，记下最大的判据值和此时　的直线参数。　１．２判据的比较　判据－，３相对于－，０有以下优点：　（１）不用考虑矩阵奇异性的影响。　（２）考虑了先验概率（ｐ　，Ｐ　）的作用，判据的直　观概念清楚。　（３）不必计算特征值和矩阵，并且有方便的　递推公式，计算量大大减少，分类性能未降低。　２姿态角变换算法　性能判据可以评价某假定的地平线。我们需　要找出使判据最大的一条线，即要从一簇直线中　搜寻出来。　首先要定义搜寻的直线空间。合适的有２组：　第１组由下式给出：　ｙ＝，　＋ｂ　另外，可以利用滚转角　和俯仰角　定义１　组直线簇。　∈［一１Ｔ／２，１Ｔ／２］，　６∈［０％，１００％］　一方面，（　，　）直线簇更易于清楚地设定搜　索空间，也方便用于飞行稳定和控制。另一方　面，（ｍ，ｂ）直线簇适于方形图像处理。可以利用　２组直线簇之间的转换公式方便地进行转换。　根据直线和方形图像边框的相交情况，可以　分为１０类，如图１标出了其中的８类（当箭头向　右时，其下方的面积为　ＸＳ），面积Ｓ＝Ｗ×Ｌ。