单载荷航空吊舱目标定位方法研究

传统的无人机目标定位技术要求光电转台必须装配激光测距仪,因此光电转台至少是双装载.这使得转台体积和重量偏大,影响了飞机系统的续航时间、升限和时速,不适合挂装在小型无人机上.无人机航空吊舱采用惯导系统,GPS定位设备,舱体和光电转台固联的安装方式,消除了减振器带来的误差.对于平坦地势上的目标可以利用空间坐标系转换理论准确计算出目标在惯性空间中的三维坐标公式,同时结合飞机与地面的相对高度便可以算出飞机与目标点之间的斜距.再利用空间坐标变换的定位方法就能解算出目标GPS坐标.这种方法不依赖激光测距机和无线电测高仪,单载荷的航空吊舱也能实现对平坦地势地面目标的准确定位.减少了吊舱的体积和重量,为提高飞机系统整体性能奠定了良好的基础.     

机载光电平台自主引导精度分析

航空侦察是为获取敌情、地形和有关作战情报而采取的重要手段,各种电磁信号侦察、光电信号侦察在同一飞机平台的应用越来越广泛,电磁信号侦察以及地面其他系统发现目标后,通过目标的位置信息引导光电侦察系统对目标进行搜索、跟踪、查证的应用也越来越多.当机载光电平台接收到目标的坐标值后,自行接收GPS和惯导信息,并实时解算出被测目标在光电平台坐标系下的方位角和俯仰角,引导目标进入光学载荷视场内,并用图像视频跟踪的方法捕获和跟踪目标.针对飞机平台对地面固定目标或者运动目标的引导进行研究,将目标点坐标从大地坐标系转换到光电平台载机坐标系,并建立自主引导测量方程,利用蒙特卡罗统计的方法分析自主引导测量方程中各个误差因素对最终引导精度的影响,针对如何提高引导精度提出了一些建议.并在某光电平台上进行飞行试验验证,目标均能很好地进入跟踪视场内,完成捕获、跟踪功能.     

主动雷达与惯导设备安装夹角的标校

针对主动雷达与惯导设备安装夹角引起的测角误差问题,提出了一种高效、高精度的标校方法。采用差分全球定位系统(Global Positioning System,GPS)分别测量目标和雷达在大地坐标系中的位置信息,并转换到目标地理坐标系中;同时通过雷达和惯导测量的雷达坐标系下的目标角度、距离信息,建立目标地理坐标系和雷达坐标系的转换方程,计算出雷达和惯导在目标地理坐标系下的安装夹角。性能分析和仿真结果表明,在确保差分GPS坐标、惯导输出姿态角和雷达测量角精度的条件下,所提方法能有效和高精度的测量出安装夹角。该方法通过了外场试验标定和机载试验验证,可推广到车载或机载雷达与惯导设备的安装夹角标校中。     

一种基于地理信息的瞄准线动态跟踪技术

光电吊舱陀螺稳定平台在惯性稳定的状态下只能补偿飞机的姿态变化,无法补偿飞机的线性运动影响.飞行过程中,光电吊舱瞄准线随着飞机的运动快速移动,这对操作员快速捕获瞄准目标造成了较大的困难.如果希望对某固定区域进行较长时间的观察,需要操作员不断地操纵吊舱使瞄准线始终指向目标,这就增加了操作员的工作负担和操作难度.介绍了一种基于惯性信息的动态跟踪算法,将飞机的线性运动速度投影到平台坐标系下,计算出平台的动态补偿角速度并进行实时补偿,驱动光电吊舱运动保证瞄准线始终指向地面固定场景.实验结果表明,基于惯性信息的动态补偿技术能快速实时补偿飞机的线性运动,保证光电吊舱成像场景稳定,极大地方便了操作员的操作,减轻了其负担.     

无人作战平台使用雷达定点探测方法

针对无人作战平台(如无人机,无人车,无人飞艇等)上使用的雷达系统,提出了一种定位探测方法,该方法根据指定目标点的经纬度和无人平台的经纬度,并结合无人平台的运动状态数据,解算出在雷达坐标系下指向指定目标点的雷达波束指向。由于充分利用了无人平台的组合惯导数据,方法稳定、可靠,精确度高。     

机载光电吊舱线性位移补偿方法

为提高机载光电吊舱对地面目标的成像侦察、目标跟踪效果,提出一种适用于机载光电吊舱的线性位移补偿方法。通过对飞机速度、飞机姿态、坐标矩阵转换,得到目标相对于光电吊舱的角速度,反向补偿给光电吊舱伺服运动系统,使得光电系统的光学瞄准线实时指向目标,提高对目标区域的侦察效果和使用友好性。该方法的有效性已在实践中得到验证。     

基于多台北斗接收机的测姿精度对目标定位精度影响分析

飞机姿态测量是无人机系统目标定位的重要环节。该文拟采用多台北斗天线测姿,分析了北斗接收天线测姿精度对机载光电平台目标定位精度的影响。为此,本文建立机载光电平台目标定位系统模型,用蒙特卡洛法分析目标定位误差,并对飞机姿态测量误差在0.05°~1°范围内以及飞行高度在1 000~8 000 m时的垂直下视和斜视目标定位误差进行比较。实验结果表明,在姿态测量误差及飞行高度范围内,垂直下视目标定位高程误差在20 m左右,平面定位误差为23~65 m;斜视定位（-60°斜视,俯仰轴以水平向前为0°）大地高误差为20~30 m,平面定位误差为24~71 m。同时分析了天线摆放及基线长度对测姿精度的影响。目标定位误差主要与飞机姿态角测量误差、北斗系统误差、光电平台方位角和高低角测量误差有关,还与目标与飞机之间的斜距有关。飞行高度越大,光电平台高低角越小,斜距越大,则目标定位误差越大。基线越长,测姿精度越高,当基线垂直时,横滚角误差最小。     

地面动态跟踪精度试验中的坐标系变换研究

为了简便有效地对光电产品进行检测,在地面模拟飞机实际飞行环境下进行地面运动目标跟踪精度试验,提出了将目标的GPS位置信息转换为产品坐标系下的坐标的变换方法,经过Matlab仿真计算,这种变换方法得到的目标基于产品的方位、俯仰角符合实际情况,适合计算跟踪精度。     

基于欧拉四面体的下降轨雷达图像定位方法

导弹在末制导阶段因惯导误差导致弹体实际位置和惯导指示位置存在较大偏差,影响导引头对目标的准确定位,无法满足精确打击的应用需求。由于弹载合成孔径雷达在导弹俯冲下降段特殊的成像几何构型,目标点对应斜视角所在的平面与成像平面异面,因而传统的基于多普勒测角的定位方法已不再适用。该文利用图像匹配获取的高精度地面点相对位置信息和雷达到各目标点的高精度斜距信息,通过构建欧拉四面体几何模型,以场景数字高程作为先验信息筛选参考点,解算出以目标点为原点构建的北天东坐标系下的弹体实际位置,从而为弹体修偏提供准确信息。仿真实验验证了该定位方法能很好地满足导弹末制导阶段的目标定位需求。     

GPS转换为雷达坐标的误差分析

在ADS-B标校雷达设备时,通常要将ADS-B的GPS坐标转换为雷达的极坐标。在介绍GPS精度和GPS转换为雷达极坐标模型的基础上,详细分析了GPS误差大小对雷达坐标系下的误差影响,给出了具体模型。分析了在一定的GPS误差下,目标与雷达之间的斜距变化、方位变化和俯仰变化对转换误差大小的影响。实验结果给出了在GPS精度一定时,ADS-B标校雷达设备的精度范围。     

头盔式GPS导航系统导航软件的设计

介绍在头盔式GPS导航系统的硬件平台上开发的导航软件NaviBoot,用于实现实时图上导航,具备以下功能：从GPS接收模块获得导航数据流;解析数据,计算出经纬度,海拔高度,速度,方位角,时间等信息;导入导航地图,将位置坐标显示在导航图上;同时还具有记录历史路径,查看地图信息等功能。     

增量式光电轴角编码器零点漂移问题解决

介绍了增量式光电轴角编码器的工作原理及其在空间目标测量领域的应用。分析了轴角编码器零点漂移的原因,推导了基于轴系和球谐函数的望远镜系统误差修正模型。提出了采用外复核方法解算望远镜指向精度,即用前两天测星解算出来的系统球谐函数误差模型系数修正并复核当天的测星误差。设计了零点标定实验对轴角编码器零位进行标定,进行了连续11个晴天夜晚的观测实验,在零点标定前后观测在视场内均匀分布的30颗恒星,分别解算得到望远镜指向误差,确认了轴角编码器的零点漂移现象。采集GPS卫星数据进行了精度鉴定,望远镜方位和俯仰的轴系误差均值由13.99、11.50分别降至5.94、-3.49 ,验证了零点标定方法消除零位漂移并提高望远镜测量精度的可行性。     

一种实用的坐标转换方法研究

针对自行武器上已装备的GIS、GPS和INS系统存在坐标系统不统一,且无转换参数的问题.本文利用GIS、GPS和INS各自的特点,提出获得多个检测点分别在北京54坐标系和WGS-84坐标系下的坐标值的方法,通过(七参数或三参数)转换模型,进行两个坐标系的坐标转换.此方法适合在小范围工区使用,并受各检测点坐标的精度影响较大,但实用、简单易操作.     

基于经纬划分和切面迭代的自由曲面LED透镜设计

根据非成像光学原理,提出了基于经纬划分和切面迭代的自由曲面求解方法。先在三维坐标系中建立自由曲面与目标面的相对位置模型,并对自由曲面沿经纬方向角度均分;再根据自由曲面各经纬带上能量与目标面各微带上能量对应相等,实现目标面网格划分并求得与自由曲面各网格对应的目标节点坐标;选取自由曲面初始网格节点,利用Snell方程和切面迭代法,沿经纬方向分别求解,得自由曲面各节点坐标,即可拟合成所求自由曲面。对用该方法设计的LED透镜进行模拟,结果表明对于目标面为轴对称区域的均匀照明,该方法可快速精确地获得对应的光学系统,使得LED光源能够广泛应用于道路照明系统中。     

GPS信标机系统的设计与实现

介绍一种利用GPS定位,实现对目标无线定位任务的GPS信标机系统。采用在待测目标上放置信号发送装置,在地面或者其他位置放置信号接收装置,接收装置接收发送装置发送的定位信息,实现定位的目的。经实验得出,信号发送装置的定位信息:经度111°44.72018',纬度39°04.18254',海拔高度1 412 m;信号接收装置的定位信息:经度111°44.73089',纬度39°04.16502',海拔高度1 333 m。结果表明,能准确定位待测目标和接收装置的定位信息(包括时间、经度、纬度和海拔高度等),是一种很好的无线定位信标机系统。     

基于虚拟平面的米波组网雷达测高算法

随着反隐身技术的发展,米波雷达凭借其反隐身、反辐射导弹方面的天然优势,再度进入科学界的视野。但米波雷达在探测低仰角目标过程中受多路径效应影响严重,导致测高结果易出现较大偏差,无法满足实际需要。而组网雷达数据融合技术的发展为此问题找到了一个解决办法。该文采用组网雷达数据融合技术,仅利用米波雷达测得的距离和方位信息实现了目标的3维定位,从而解决米波雷达测高困难的问题。考虑地球曲率的影响。该文所提出的米波组网雷达测高算法利用大地坐标变换、坐标系变换和数据变换,把各雷达数据统一到一个合理的工作平台,即虚拟平面上,在该平面上对目标进行测高计算。对极小误差法加以改进,采用分辨率不高,但数据稳定性好的方位角信息确定算法的搜索范围;应用分辨率较高的目标距离信息来获取最终的目标经度、纬度、海拔高度估值。由于地面强反射的原因,目标的距离估值有些时候是不准确的,该文设立了置信度判决准则以验证定位的有效性。通过仿真验证,该算法具有较好的测高精度,可作为组网雷达行之有效的测高方法。     

临近空间高超声速滑翔目标地理位置估计

为了提高临近空间高超声速滑翔目标在地心地固(ECEF)坐标系下地理位置的跟踪精度,基于目标的三自由度弹道方程对其轨迹进行分析,提出将轨迹投影到高度,经度,纬度三个坐标方向,在高度方向的轨迹衰减震荡,将加速度描述为零均值的正弦衰减震荡自相关随机过程,构造了一个位置滤波器,在经度和纬度方向的轨迹线性偏移,将角度的变化率描述为零均值的指数自相关随机过程,构造了两个角度子滤波器,将三个滤波器并行运行以实现目标的三维跟踪,仿真表明该算法具有较好的跟踪精度。     

地心直角坐标和大地坐标转换算法研究

在GPS导航系统中，坐标在不同坐标系中的转换算法对定位精度有着重要的影响。文中在Bowring直接转换算法的基础上，针对其对高程的敏感性问题，提出了一种修正算法。采用二维线性插值法对不同高程下的坐标转换结果进行校正，提高了坐标换算得的稳定性和精度。仿真结果验证了该算法的正确性。