基于光电经纬仪的高精度目标跟踪研究

光电经纬仪作为一种实时监测与自动跟踪的光电测量设备,主要作用是对飞行目标进行跟踪与捕获。随着飞行目标机动性与速度的提高,对光电经纬仪跟踪系统提出更高要求。因此对基于光电经纬仪的高精度目标跟踪进行研究,分析影响光电经纬仪跟踪精度的因素,针对上述原因提出基于光电经纬仪的高精度目标跟踪系统设计,帮助光电经纬仪的目标跟踪精度有效提高。     

动态精度靶标与光电经纬仪的角度转换及应用

为解决T型架光电经纬仪精度检测难题,通过分析动态精度靶标与光电经纬仪的空间位置关系,计算出动态精度靶标编码器与光电经纬仪的方位和俯仰角度的关系式,分析误差原因并对其进行修正。根据实际检测的需要计算出三者角度变化量之间的关系,建立数学模型,同时根据T型架光电经纬仪的结构特点,设计了偏心方法对其静态精度进行检测,并在检测过程中验证了该数学模型和此偏心检测方法的正确性。     

某经纬仪方位谐振频率分析

谐振频率是光电经纬仪的一个重要指标,直接影响着经纬仪的动态特性和跟踪精度。工程上对光电经纬仪进行谐振频率估算时,一般采用霍尔兹法。但实际上由于光电经纬仪结构十分复杂,很难精确地计算其等效惯量与刚度,即使算出来其结果的误差也很大。本文针对某经纬仪的垂直轴系进行结构简化,建立了方位谐振频率分析的弹簧力学模型,通过有限元分析计算了在等效支承条件下的前几阶固有频率和振型图。计算结果与伺服系统正弦激振测试结果基本一致。     

经纬仪静态测角精度分析

现代光电经纬仪具有实时测量、高精度、自动跟踪监控和易于图像再现等优点,广泛应用于航空、航天、武器试验等科研和军事领域。它的测量精度直接关系到测量结果和试飞结论的准确性,而测角精度又是光电经纬仪中一项最重要的指标。根据光电经纬仪的工作状态,其测量误差又可以分为静态误差和动态误差。通常在设备的总误差中,静态误差占据主要部分,因而是目前研究的重点。本文针对经纬仪室内测角精度检测进行分析,对影响测角精度的各种因素分别进行探讨,并给出基于EXCEL的经纬仪静态测角误差修正表。     

基于激光跟踪仪的快速镜面准直与姿态测量方法

提出了一种利用激光跟踪仪进行镜面准直和姿态测量的方法,分析了测量精度。分别利用高精度电子经纬仪与激光跟踪仪对单个立方镜和双立方镜进行准直和姿态测量,计算固定立方镜相邻镜面夹角和双立方镜坐标系间的转换参数,对比新方法的测量精度。同时比较测量效率、测量环境要求。实验结果显示:比于传统镜面拟合法低于0.5'的准直测量精度,新方法精度达到10量级,与主流的经纬仪方法相当;同时,新方法在测量效率上较经纬仪方法提高1倍以上,对测量环境的要求也较为宽松,在实际生产中可以代替经纬仪进行准直与姿态测量工作。     

基于修正最小二乘法的测控设备同站引导算法

测控设备对飞行目标进行跟踪及测量时,高跟踪精度测控设备捕获目标较为困难,一般采用低跟踪精度设备引导天线接近目标,然后再转入自跟踪模式,因此同站测控设备互引导是目标捕获的一个重要手段。针对低跟踪精度测控设备引导高跟踪精度设备的技术需求,文中提出了一种在两套测控设备共视目标时,利用高精度设备跟踪信息来对低精度设备跟踪数据进行实时修正的算法。该算法实现了跟踪残差的实时估计和外推,提高了同站引导精度。最后采用遥测设备引导光电经纬仪进行实验,验证后发现修正后的遥测设备跟踪数据能够引导光电经纬仪有效的捕获目标。     

提高CCD激光自准直测量系统精度的一种方法

为了提高经纬仪的测量和跟踪精度,采用了一种CCD激光自准直系统对光电经纬仪车载平台变形进行实时测量;对测量系统的精度进行了分析,其精度很大程度上取决于CCD图像传感器输出信号的精度;研究了影响CCD精度的各种因素,并对CCD图像进行消噪处理,结果表明CCD图像的质量明显提高,从而提高了CCD激光自准直系统的测量精度。     

天线主反射面的几种测量方法介绍和分析

本文介绍了抛物面天线主反射面精度测量的几种方法，分析了这几种方法的测量原理、特点和应用情况，对经纬仪、激光跟踪仪、全站仪、激光雷达等方法进行了测量误差分析计算。     

经纬仪分离透镜法自动调焦模型建立与分析

为实现经纬仪实时自动调焦,设计了一种用于经纬仪的分离透镜法自动调焦方案,建立了相应的数学模型并作分析。物光经放置在经纬仪第一像面后的两块分离透镜后,在CCD上成像,形成两光斑,以对焦准确时CCD上两光斑间距为基准,给出了离焦量与光斑间距变化之间的关系,据此进行调焦。同时分析了跟踪中心漂移、发散角等对调焦精度的影响。与经纬仪传统调焦方案相比具有精度高、算法简单、受环境温度变化影响小、结构简单等优点。初步实验结果显示其调焦精度优于0.056mm,满足经纬仪工程实际的需要。     

美国西德激光测卫测月工作考察报告 (三)跟踪、跟踪架和光学系统

1.限踪架的精度及其校准跟踪架是人卫测距仪的一个重要组成部分。由跟踪架所决定的跟踪精度和指向精度,对回波数据率等有直接影响。高精度人卫测距仪的跟踪精度和指向精度很大程度取决于跟踪架的轴系精度、随动和编码器精度。目前美国的高精度人卫测距仪,轴系的正交性和晃动误差约为±1弧秒(均方根值),编码器的精度为18～22位。跟踪精度除天顶附近较差外,一般可达2～5弧秒,在环境温度低于-5℃或高于 20℃时,精度将有所下降。据美国CGC公司说,他们研制的人卫测距仪,其静态指向精度为2.5～3弧秒,跟踪精度为20弧秒,修正后可达5弧秒(经修正后消掉系统误差)。     

光电经纬仪转台动态特性研究

光电经纬仪转台的动态特性对经纬仪瞄准与跟踪性能有重要影响。针对某型号经纬仪展开研究,基于3D Solid单元建立了有限元模型,采用Bathe子空间迭代法对转台进行了模态分析,获取了转台前6阶模态。进行了力锤激励模态测试实验,仿真结果与实验结果误差在12%以内。基于隐式积分法对经纬仪进行了扫频分析,结果表明,该型号经纬仪转台对350 Hz激励最为敏感。研究结果为经纬仪转台结构改进提供了指导,并为控制系统的带宽设计提供了依据。     

光电经纬仪动态误差修正方法

针对光电经纬仪红外相机测量系统动态测量精度低的问题,提出了一种通过修正各分系统之间延时时间从而提高动态测量精度的方法。首先介绍了光电经纬仪红外相机测量系统的组成和测量原理,分析了大地坐标系下物像空间的对应关系,指出了影响光电经纬仪红外相机测量系统的原因是相机内方位元素的准确性和光学畸变校正效果。分析了影响光电经纬仪红外相机测量系统动态测量精度的原因,提出了采用各分系统根据工作参数采用不同延时时间的误差修正方法。实验结果验证了该方法的正确性和准确性,标定结果与精度比对实验结果表明,经过动态测角修正的方位角与高低角测角误差均方根值分别由27.89与17.67提高到10.07与8.56,该方法有效地提高了动态测量精度,并且对其他光电测量设备具有参考价值。     

应用干涉仪对经纬仪光学系统主镜的装调和检测

随着光电经纬仪的跟踪精度、图像像质质量等技术指标的提高,使光学系统的装调和检测要求也随之提高,传统的装调方法不能够满足新形势下经纬仪的安装精度需求。文中介绍了一种应用干涉仪对经纬仪系统主镜的装调和检测方法,分别从主镜的装配、调整、镀膜、光轴中心检测与校验对主镜的装调思路进行分步骤介绍。应用ZYGO干涉仪对主镜系统检测,从传统的刀口仪、显微镜的定性检测方法上升为使用ZYGO干涉仪对系统的定量检测。检测测试结果说明,应用干涉仪对经纬仪光学系统的检测完全满足光学设计的指标要求,从观察70～80 km航空飞机和5000 m目标靶图像看到目标的图像清晰,图像的边缘对比度好,满足使用要求。干涉仪在经纬仪光学系统主镜装调中的应用,满足高精度经纬仪的需求,从而提高主镜装调精度。     

光电经纬仪靶场精度检测数据误差分析

本文介绍了光电经纬仪靶场精度检测的试验方法及误差分析。靶场精度检测易受气候条件影响造成事后精度超差,无法反映设备的真实状况,文章提出了精度检测过程中的误差计算方法,并对事后误差数据中跟踪部位及脱靶量误差进行数据修正。实战任务表明,误差修正方法对校飞数据事后处理精度的提高具有很好的效果,事后经纬仪系统总误差精度由原来的60″提高到18″。     

目标速度预测在光电跟踪控制系统中的应用

在光电跟踪设备的电视或红外自动跟踪系统中,引入目标的速度信息是提高跟踪精度的一种有效方法。为了得到目标的速度信息,设计了电视或红外脱靶量滞后时间的辨识方法以及目标速度预测的卡尔曼滤波方法,通过对电视或红外脱靶量信息同辨识出的脱靶量滞后时刻的仪器位置信息进行拟合,预测出被跟踪目标的速度信息,从而构成复合控制。仿真和实验结果表明,通过上述方法能够得出较为准确的目标速度信息,所构成的复合控制系统有效地提高了系统的跟踪精度。     

基于角接触球轴承的小型经纬仪方位轴倾斜误差修正

基于角接触球轴承的小型经纬仪方位轴系设计往往参照相似模型进行估算和类比,该方法可提高设计效率,且设计轴系具备较好工程实施性,但这种基于经验的设计往往不是最佳设计,具有优化改进空间。针对某小型经纬仪的方位轴系,从方位轴倾斜误差修正角度出发,基于物理模型确定了轴系优化参数,利用有限元分析方法对轴承外压圈设计参数进行了优化,同时通过方位轴倾斜误差理论建模对轴承配合间隙设计参数值选择进行了分析,并在偏载吊装条件下对该小型经纬仪优化前后的二轴差进行检测。结果表明,优化前经纬仪二轴差约为20″,优化后经纬仪二轴差最大约为6″,优化后方位轴倾斜误差明显小于优化前,进而验证了所述优化方法的合理性和有效性。     

基于多普勒雷达组网的机动目标跟踪

非轨道飞行器跟踪需要大型的跟踪网,跟踪设备包括大型测距、测速雷达,光学经纬仪等,系统庞大,建设、维护成本高。多普勒雷达测量精度高,结构简单,易于小型化,成本较低,但一直只是被作为跟踪网的测速辅助设备,还没有被单独用来组建跟踪网。文中针对非轨道飞行器,提出了采用多台多普勒雷达构建高精度、低成本的飞行器跟踪网的思路和算法。跟踪算法采用"当前"统计模型和自适应Kalman滤波。仿真结果表明,采用多台多普勒雷达构建高精度、低成本的机动目标跟踪网是可行的。     

基于双重扩展卡尔曼滤波器的共轴跟踪技术研究

为了解决光电经纬仪由于机动目标运动模型不准确而引起的跟踪精度下降的问题,采用了单隐层前向神经网络(SLFNs)进行建模,提出了基于状态参数双重扩展卡尔曼滤波估计的共轴跟踪控制技术。仿真与实验结果显示,对83.33sin0.6t的等效正弦目标的速度估计最大误差为0.070 9()/s,跟踪精度为2.42';对旋转周期为4.5 s的光学动态靶标的跟踪精度达到2.96'以内。由此可见,所建立的模型与机动目标实际模型匹配,双重扩展卡尔曼滤波器(DEKF)能快速跟踪和估计状态参数。与传统控制方法相比,提出的方法具有更高的跟踪能力,能有效提高系统的跟踪精度。