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空中加油技术具有增加受油机续航时间、增加受油机有效载荷以及增加受油机滞空时间等重要作用,因而成为各国空军的一项非常重要的技术。而在空中加油技术中,最急需解决的问题是如何实现空中加油过程中受油插头与加油锥套的精确对接,也就是自主相对导航技术。我国目前普遍采用软式空中加油技术,因此本文针对软式空中加油自主相对导航技术进行了深入研究,主要有以下几个方面。(1)介绍了国内外现有的空中加油技术,对应用较为普遍的硬式空中加油技术和软式空中加油技术进行了分析和对比。针对空中加油过程中的精确对接问题,分析了机器视觉在软式空中加油过程中的应用,并对现有软式空中加油视觉导航系统的工作流程和模式做了介绍与仿真实验。(2)研究了一种基于检测的跟踪算法,即Tracking-Learning-Detection(TLD)跟踪算法。首先详细分析了TLD跟踪算法的原理、组成以及工作流程。而后针对现有软式空中加油视觉导航系统所存在的局限性,结合TLD跟踪算法能够长时间进行目标跟踪的特点,将TLD跟踪算法应用于软式空中加油自主相对导航技术中,并进行了仿真实验。(3)针对TLD跟踪算法在加油锥套目标发生形变时跟踪失败的问题,研究提出了一种改进的抗形变TLD跟踪算法。该算法将TLD跟踪算法与均值漂移算法相结合,利用TLD跟踪算法的处理结果对均值漂移算法处理的初始点进行修正,同时利用均值漂移算法的结果对TLD跟踪算法的数据进行修正。(4)针对TLD跟踪算法在加油锥套目标发生遮挡时跟踪失败的问题,研究提出了一种改进的抗遮挡TLD跟踪算法。该算法将TLD跟踪算法与卡尔曼滤波算法相结合,当锥套目标未发生遮挡时,采用TLD跟踪算法的结果并更新卡尔曼滤波算法;而当锥套目标发生遮挡时,则采用卡尔曼滤波算法的预测结果并更新TLD跟踪算法。通过进行仿真实验,结果表明,本文研究提出的两种改进算法分别能够改善TLD跟踪算法在锥套目标发生形变和遮挡时跟踪失败的问题,提高了TLD跟踪算法的性能。