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。     

基于方向余弦的交会方法

在多台光电经纬仪组成的测量网络中,为了快速得 到目标的空间位置信息,提出了一种基于方向余弦的交会方法。本文方法根据光电经纬仪实 时跟踪被测目标时的几何关系,利用光电经纬仪的站点位置和实时获得的测角信息,对每台 光电经纬仪都构建两个方向余弦,利用加权算法实时估计出被测目标的空间三维坐标。试验 结果表明,对于近距离的空间目标,与雷达的测量数据相比,本文方法得到的目标位置数据 平滑、无波动,二者的定位误差均小于0.5m,能满足目标高精度的 定位要求。     

利用光电经纬仪修正地基红外搜索跟踪系统静态误差的方法

为了提高红外搜索跟踪系统对目标的定位精度,提出了一种利用光电经纬仪修正地基红外搜索跟踪系统的静态误差方法。首先根据地基红外搜索跟踪系统的跟踪机架的三轴结构,分析了系统静态误差的主要来源,并得出了系统静态误差的数学模型;再使用高精度的光电经纬仪与红外搜索跟踪系统同时测量多个相同的远处固定目标,得到两组测量数据并输入误差模型,采用最小二乘法拟合出误差模型系数。根据误差模型系数计算出红外搜索跟踪系统的系统静态误差,再在观测数据中将系统静态误差减去,最终完成系统静态误差的修正。最后给出了对某型号红外搜索跟踪系统进行静态误差测量修正的实验结果。     

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。     

光电经纬仪实时引导数据的坐标变换

光电经纬仪在中心机的实时引导下对目标进行跟踪测量时,通常中心机发给经纬仪的引导数据是WGS-84坐标系下的,而经纬仪是角度测量的设备.通过空间坐标变换将空间直角坐标的数据转换成垂线测量坐标系下的数据,进而转化为角度数据,提供给经纬仪对目标进行跟踪测量.     

基于幅频特性曲线的光电经纬仪跟踪性能评价

提出了一种测试光电经纬仪幅频特性曲线以及利用该特性曲线评价伺服控制系统跟踪性能的方法。论证了利用频率特性、传递函数、微分（或差分）方程描述同一个系统时所具有的等价关系,给出了利用光电经纬仪幅频特性曲线评价跟踪性能的意义和优势。描述了动态靶标连续调频运动模式下,光电经纬仪跟踪靶标目标时跟踪误差信号的WVD分布。通过分析跟踪误差的WVD分布可知跟踪误差信号为一系列谐波信号的叠加,因目前缺少准确分离该谐波信号的工具和算法,导致无法利用时频分析工具获取幅频特性曲线。因此提出采用间接方式利用线性调频信号测试光电经纬仪幅频特性曲线。最后给出了利用特性曲线评价光电经纬仪跟踪伺服系统性能的方法。     

一种提高光电跟踪设备捕获概率的搜索方法

大型光电跟踪设备跟踪测量精度高、惯量大、视场小,不具备大空域搜索目标能力,一般依靠雷达等设备提供的引导信息发现捕获目标,当目标引导误差超出光电设备视场后,光电跟踪设备难于发现目标。提出了一种在引导信息基础上的小空域快速螺旋搜索方法,通过系统建模仿真和外场试验验证,此方法适用于在目标引导信息误差超出视场情况下,快速搜索发现目标。在引导误差不超出两倍视场情况下,此方法可使捕获目标概率从20%左右提高到70%左右。此方法搜索过程中转台运动平稳,可根据不同光电设备系统性能、实际目标运动特征和引导误差灵活改变螺旋搜索参数,大大提高光电跟踪设备目标捕获概率,是大型光电跟踪设备小空域快速搜索发现目标的一种实用有效的方法,具有很高的通用性。     

光电经纬仪调焦行差对测角总误差影响的分析

基于光电经纬仪靶场校飞试验测角总误差的误差修正中,其调焦行差对光电经纬仪的测角总误差的影响,以GW-1208光电经纬仪为例,讨论了其光学系统中存在的调焦行差,并定量分析了调焦行差对光电经纬仪方位和高低测量数据的影响,通过对靶场校飞试验数据的分析,在测量数据处理中对光电经纬仪的调焦行差进行了修正.结果表明,修正后测角总误...     

拍星残差数据相关性分析的大气折光差修正

靶场通常采用夜间静态拍星的方式检测光电经纬仪的静态测角总误差。受大气折射率变化的影响,俯仰方向测角数据通常采用大气折光差经验公式进行修正。不同地区和时间的大气环境差异使得该经验公式存在较大误差,导致拍星解算得到的俯仰方向测角误差偏大,且影响俯仰方向测角误差因素的进一步分离。为此,提出了一种基于多台光电经纬仪同步拍星数据相关性分析的大气折光差修正方法。基于经纬仪拍星方位角和俯仰角测量残差模型推导得到了大气折光差修正误差模型。根据该误差模型,利用分布在同一区域不同点位的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据,采用最小二乘法拟合得到大气折光差的修正系数并修正俯仰角测量残差数据。实测数据表明：采用该方法对俯仰角测量残差进行大气折光差修正后,光电经纬仪俯仰角测角总误差显著降低,且由垂直轴倾斜误差修正错误引起的方位角和俯仰角残差特性得以显现。文中提出的方法无需使用探空气球等获取大气参数,即可对同一地域分布的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据进行修正,修正后的数据可用于进一步分离其他误差因素,具有较强的工程应用价值。     

基于动态加权的光电经纬仪航迹测量

针对光电经纬仪测量误差因素,提出加权因子的异面交会方法。首先建立光电经纬仪异面交会测量模拟,对异面误差问题采用加权因子控制设计,引入测量误差的人为因素作为模型参数隐含在模型中,运用最优化方法求解上述约束方程,解得经纬仪的模型参数,从而从原理上消除人为因素带来的误差,提高测量模型的精度,最后建立空间目标模型并进行仿真计算,得到了航迹测量优化后的坐标。仿真结果表明误差小于交会误差,测得数据较真实的反应飞行航迹,提高对被测目标的定位精度。     

光电经纬仪引导测试中几个问题探讨

提出快速度、短时间目标的多台光电经纬仪的引导测试方法,对引导测试的关键问题进行了分析、讨论,使之成为目标轨迹跟踪测量的有效方法。     

光电经纬仪的粒子-卡尔曼联合目标跟踪算法及仿真

针对系统状态方程是线性,观测方程是非线性的被动光电测量问题,分析了常用的EKF法（扩展卡尔曼滤波法）、PF法（粒子滤波法）、UKF法（无迹卡尔曼滤波法）的优缺点,提出了以PF法与EKF法相结合的方法作为光电经纬仪的目标跟踪算法．为解决单台光电经纬仪的不可观测性问题,采用2台交汇的观测数据作为观测量进行计算．通过蒙特卡洛仿真计算,比较了上述各种方法对同一运动模型的跟踪结果,证明PF-EKF法在交汇光电经纬仪的目标跟踪中精度较高,而EKF算法的实时性较高．     

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。     

光电经纬仪轴系误差仿真计算的新方法

轴系是决定光电经纬仪测量精度的关键组件,过去常将球面三角学方法做某些简化后来推导轴系误差引起的光电经纬仪测量误差,存在适用局限性。根据光电经纬仪的测量坐标系,采用坐标变换方法,将轴系误差出现的过程看作坐标系的旋转过程,并用旋转矩阵来表示各个轴系误差,最终建立了轴系误差引起测量误差的数学模型。采用MATLAB与VB混合编程的方法对该误差模型进行了仿真分析,通过比较仿真结果与单项误差法计算的结果,验证了该轴系误差模型的正确性,为光电经纬仪的精度分析和误差修正提供了参考。     

光电经纬仪视轴晃动的标定补偿

为了修正视轴晃动对经纬仪测角精度的影响,补偿系统误差产生的测角误差,实现高精度测量,分析了星体标校方法补偿系统误差的基本原理,设计了一套利用平行光管对经纬仪视轴晃动进行室内标定和补偿的方法。通过对视轴误差标定,测试出系统误差的逼近函数,从而可根据逼近函数对任一目标进行补偿修正。该方法操作便利、测试试验条件简单,通过试验验证测角精度可达到10″内。为实现视轴误差修正和高精度光电测量提供了一种有效的途径。     

基于光学基准的无线电跟踪雷达电轴参数联合标定

针对大型无线电跟踪雷达系统电轴参数标定过程中存在的人工判读依赖性大、只能进行单项参数标定、标定精度难以提高、标定过程较为复杂以及部分参数不能定量标定等问题，提出了新的电轴参数联合标定方法。通过对远场空间合作目标的跟踪测量，建立归一化误差矢量，利用光学脱靶量与雷达动态滞后（误差电压）之间的定量关系，对雷达光电偏差、定向灵敏度、交叉耦合系数等参数进行统一联合迭代求解。该方法可同时精确标定光电旋转矩阵、光电靶面的旋转角等参数，对环境和设备要求低，在静态或动态远场条件下均简便易行，可同时适用于固定站址与移动站址大型跟踪雷达系统。实验表明该方法标定结果可信。     

红外系统辐射特性探测功能设计

红外可以获得可见光难以获取的目标景物信息,红外辐射特性作为一种重要的光学表征方式,目前广泛应用于目标的跟踪和识别。某光电经纬仪具备中波红外跟踪功能,针对目标红外特性探测的需求,需要对其红外系统继续设计改造。本文结合设备实际情况,分析了红外辐射特性测量系统的组成及工作方式,从红外辐射温度漂移补偿、红外辐射标定方程获取、相机动态范围计算几个方面对该光电经纬仪进行改造设计,通过试验对改造后的指标进行测试验证,结果表明设计方案合理,能够达到预期目标。     

多源光测信息融合跟踪方法及应用

在靶场试验任务过程中,光电经纬仪自主稳定跟踪目标是最核心及关键的环节。目前,利用单一信息源跟踪模式难以适用于不同的靶场任务类型与环境特点。以靶场光电经纬仪跟踪系统为研究平台,结合跟踪运动过程中实时测量的本机或外部的数据信息,提出了利用多种光测信息源融合跟踪方法和相应数据处理算法。通过融合跟踪仿真实验获得跟踪最大估计误差为2.49′,估计随机误差为8″,满足光电经纬仪试验任务跟踪精度要求,证明了该方法可有效保证跟踪过程的稳定性与可靠性。     

靶场用激光测距机获得99.13%数据率

华北光电所研制的靶场用激光测距机,在最近一次执行高精度测试任务中,对装有角反射器(合作目标)的导弹距离测量时,获得了距离有效数据率(回波率)99.13％。激光测距机是1976年研制成功的,安装在某训练基地靶场的我国自行研制的大型电影经纬仪上,对加装有角反射器的导弹测量     

光电经纬仪伺服系统动态高型控制

光电经纬仪伺服系统一般是位置、速度双闭的随动系统,其跟踪精度和动态响应能力是衡量系统性能的重要标志.动态高型方法在原有控制系统基础上增加一个或多个积分环节构成高型系统,从而减小跟踪误差.将动态高型方法应用于光电经纬仪伺服系统中,从理论、仿真到工程实现进行了比较全面的研究,获得了一些具有独创性的结论.最后进行了动态Ⅲ型系统的跟踪能力Matlab仿真.当目标为最大加速度60(°)/s2、最大速度60(°)/s的等效正弦时,稳态跟踪误差达1.3″,对于最大加速度120(°)/s2、最大速度120(°)/s的等效正弦,仿真稳态跟踪误差达24″.