光电跟踪测量工程的发展

一、前言二十余年来,我国靶场光电跟踪测量设备——以光电经纬仪为主要代表,已经发展到第四代。今天的光电经纬仪,除了具备摄影这一基本测量记录手段外,通常还具有电视跟踪测量、红外跟踪测量、激光跟踪测量及激光测距等技术。测角、测距精度,自动跟踪性能及仪器自动化程度日趋提高完善,并广泛采用微机来提高整机及各分系统的性能,与国外近年来发展的同类产品相比,性能相差无几。与此同时,由于抗电子干扰的需要,我国也开始发展光电火控系统,光电制导系统。尽     

基于靶标实现光电经纬仪伺服系统的室内检测

为解决靶场光电经纬仪伺服系统的检测,在原有检测设备的基础上,对动态精度靶标的计算机系统增加引导数据输出功能,并以异步串行通讯的方式发送给光电经纬仪伺服系统,通过接收引导跟踪完成伺服控制系统的室内检测。该方法可用于靶场光电经纬仪伺服控制系统跟踪性能和跟踪精度的检测,具有较高的实用价值。     

EOMS光电经纬仪系统

EOMS光电经纬仪系统主要用于中近距离范围内飞行器轨迹及姿态的测试。该系统可对飞行目标进行单杆半自动和电视全自动跟踪；采用了GPS，可使外测参数和内测参数实现精度时间同步。通过外场测试和初步飞行试验证明该设备具有测试精度高，能进行TV实时测量等优点。     

靶场T型架光电经纬仪精度检测方法的研究与应用

根据T型架光电经纬仪结构特点,设计了偏心方法,利用动态精度靶标对T型架光电经纬仪进行脱靶量、静态、动态及跟踪随机均方差的检测,通过某型号光电经纬仪的实际检测验证了该偏心方法的正确性。     

光电经纬仪室内检测系统的研究与应用

为解决靶场光电经纬仪的精度检测问题,进行可行性分析和系统研究,研制开发室内检测系统。系统针对靶场不同型号的光电经纬仪提出合理的检测方法,建立动态精度靶标为检测基础的数学模型,用Visual Basic实现数据转换、计算和检测信息管理,并通过某型号光电经纬仪实际检测、验证系统的正确性。该检测系统增强了检测的可靠性,极大地提高检测效率。     

系统误差的约束校准法

本文讨论了光学电影经纬仪测角数据经过常规处理以后的残余系统误差的约束校准方法。处理了九台光学经纬仪实际测量数据,获得较为满意的结果。经校准后的光学电影经纬仪的测角误差降为原来的1/2。     

电子经纬仪一测回水平方向标准偏差两种检定方法比较

一测回水平方向标准偏差是衡量经纬仪测角精度的主要指标之一.本文结合经纬仪计量检定规程的要求,从测量的原理、方法、不确定度分析等方面入手,对电子经纬仪一测回水平方向标准偏差计量检定的两种方法进行了比较.     

再入目标光学跟踪中的跟踪算法和目标捕获

再入目标速度高、特性复杂,跟踪这种目标的光测设备必须具备跟踪能力强、快速响应的特点。为了确保光学部分在整个测量过程中始终锁定在目标上,常采用实时视频跟踪方案。这里必须选择合适的数字数据处理技术,对测量数据进行滤波和预测。本文对一些具有应用价值的预测和滤波算法进行了评价和比较,并给出了仿真结果。对高速目标的捕获问题,提出了采用随机零位跟踪和手动捕获加预测的新方法。     

分布式光电经纬仪测量系统信息传输设计

由于光电经纬仪测量系统中,测量摄影机越来越多地由高速电视所替代,信号传输在原来只有数据信息的基础上又增加了高速图像信息,从而使得信息传输量大大增加。就光电经纬仪测量系统中使用的导电环和经纬仪专用通讯系统接口在信息传输中的能力缺陷,分别寻找出多路空间互连光旋转连接器和光纤以太网的解决途径,为经纬仪的旋转平台和静止平台之间以及各经纬仪之间的信息传输,提出一种新的设计方案。     

高速电影经纬仪的计算机控制系统

随着电子技术和计算机技术的发展,微机的应用越来越普遍。在靶场光学测量设备上应用微机进行控制和数据处理已势在必行。今后,靶场光测设备发展的一个重要趋势就是充分发挥计算机的作用,提高设备性能,实现智能化跟踪控制。其中包括信息处理、模式识别、智能控制、误差实时修正及故障自动诊断等。国外从七十年代后期就开始实现光测设备的计算机化。例如,美国的Super RADOT经纬仪采用计算机后,就具有图象实时处理,多种形式的控制,测量误差实时修正,故障自动诊断等功能。     

基于脱靶量数据的发射系航迹参数求解方法

针对当前海态巡航飞行试验末段外测无法跟踪测量的实际问题,基于现有脱靶量测量系统,建立了利用某脱靶量测量数据到发射系的转换模型。此模型将脱靶量测量数据统一到发射系航迹中,有利于航迹分析工作。并建立了转换结果的误差估计模型,误差模型充分考虑了脱靶量测量误差、靶船定位误差以及靶船航向角误差。利用仿真数据对转换模型及误差模型进行了计算验证。结果表明,位置误差满足精度要求。该方法对延拓外测处理时段具有积极意义。     

利用DORIS测轨系统实现高精度定轨

仿真研究DORIS测轨系统,重点考察了大气密度模型误差、测量精度、测轨网分布对定轨精度的影响。仿真结果表明,除了测轨网的地理分布,动力学模型中的大气模型误差对中低轨卫星精密定轨结果影响也较大。对ENVISAT卫星的DORIS实测数据进行了定轨分析,结果表明实测数据的定轨精度比仿真精度大约低1个量级不到。综合仿真结果和实测数据进行精度分析,推断对800km高度的太阳卫星轨道,采用8个DORIS信标站布设,24h定轨,定轨三维位置精度可以达到29cm(1σ),其中径向误差为3.4cm(1σ)。若采用30个DORIS信标站布设,定轨精度可提高30%。     

载人飞船返回舱再入末段实时光电测量评估系统

针对载人飞船返回舱再入末段(高度20 km以下)缺乏有效测量评估方法的问题,研制了一套基于小型光电经纬仪的测量评估系统。硬件系统由光电指向器、驱动控制机箱、室内操控盒和显控计算机组成,研发了具有系统监控、图像处理、数据传输功能的管理平台软件,实现了在不同跟踪状态下的电路跟踪模型和复杂背景下的小目标智能识别融合算法。系统支持外引导、自跟踪2种模式跟踪返回舱再入末段至落地全过程。使用多站交汇算法获取返回舱降落轨道数据,实现返回舱落地后的快速落点测量,完成神舟十二至神舟十四号载人飞船返回段回收测量任务。结果表明：该系统为返回舱再入末段的轨道测量和状态评估提供了可靠手段,首次实现了返回舱再入末段高清图像的实时拍摄传输,为飞船指挥控制部门提供了科学、直观、准确的评估依据。     

不完全量测下一类非线性光电跟踪系统滤波器设计

 随着不完全量测条件下探测概率的下降,传统光电跟踪系统的跟踪性能显著降低。为此,本文考虑将俯仰和偏航两个方向的角速度量测引入传统光电跟踪系统,并设计了不完全量测下基于置信度融合的目标跟踪滤波器。首先针对这类新型的光电跟踪系统建立了系统的量测模型,利用嵌套条件方法推导了转换量测误差前两阶矩的一致性估计;然后针对位置探测通道与角速度探测通道的4种数据探测情形设计了4个子滤波器,并根据探测通道的探测情况计算出各子滤波器的置信度,进而对各子滤波器的输出按置信度进行加权融合,得到了跟踪滤波器的全局输出;最后给出了非线性跟踪系统统计意义下的Cramer-Rao下界(CRLB)。Monte-Carlo仿真表明：在不完全量测下,相比传统光电跟踪系统,附加角速度量测的光电跟踪系统的跟踪性能有了显著提高,并且滤波器估计误差均方差(RMSE)已逼近非线性跟踪系统统计意义下的CRLB。     

跟踪测量数据系统误差残差的影响分析

重点考虑外测设备单站跟踪下系统误差残差对弹道计算结果的影响，进行了系统误差残差建模、误差残差的定性分析和定量计算，所得结论对外测数据事后处理以及测量设备标校、弹道精度分析与评估以及制导误差分离等工作有参考价值。     

多传感器数据融合在光电经纬仪目标分离段跟踪的应用研究

针对光电经纬仪在目标分离段容易跟踪假目标的问题,提出应用多传感器数据融合方法实现目标分离段的假目标识别。在目标分离前,根据实测的目标轨迹数据通过理论弹道修正算法计算出理论弹道的误差修正量;在目标分离时,利用得出的误差修正量修正目标的理论弹道,并采用模糊聚类关联算法判断各传感器目标测量数据与修正后的目标理论弹道的相关性,从而识别出测量数据是否来自假目标。实验结果表明该方法能够有效地区分出真假目标,判别结果作为跟踪系统及目标识别系统决策依据,有效提高了目标分离段跟踪成功概率。     

面结构光在三维测量中的应用技术研究

结构光测量技术具有非接触、精度高、速度快、应用广等优点,是三维测量领域中重点发展的方向之一。对比3种不同形式的结构光,采用基于三角法原理的面结构光对待测物体进行三维测量,数据采集得到待测物体单幅点云,通过标志点自动拼接技术及基于ICP原理的拼接技术完成单幅点云数据的粗拼接和精拼接,将拼接后点云数据与理论模型对齐并创建彩图,得到待测物体误差彩图,直观反映待测零件实际状态。利用不同设备对同一零件进行测量,验证了结果的正确性以及测量的高效性,测量因素分析可以有效提高测量效率,减少噪点对测量结果的影响。     

综合采用GPS和地面雷达测量数据评估制导系统精度

仅用地面雷达跟踪数据评估制导系统的精度,其效果受客观条件限制。研究表明,把GPS(全球定位系统)作为外测资源在精度分析工作中加以利用,则效益显著。本文探讨综合利用GPS和地面雷达测量数据评估制导系统精度的问题。即对飞行试验的导弹,除了采用地面雷达进行跟踪测量外,还假设其装有弹载接收机。该高动态接收机通过弹载天线接收从四颗(以上)卫星发射的信号,该信号提供伪距和伪距变化率数据及广播星历资料。将这些外测数据(GPS数据和雷达数据)与遥测信息结合起来,选定合适的状态参数后,即可建立状态方程和观测方程。本文采用先进的估计技术(尤指U-D型卡尔曼滤波器)可分离出制导系统惯性器件等误差。由于把导弹的遥测速度和位置(修正了已知误差)转化成相应的外测数据并与之求差产生观测量,同时形成相应的测量矩阵。而U-D型卡尔曼滤波器又能将观矢量进行标量化处理,因此综合利用GPS数据和地面跟踪数据,实际上增大了观测矢量的阶数,从而提高了状态估计精度。当仅有其中一种测量手段时,该滤波器仍能正常运算。     

脉冲雷达跟踪误差对动态目标定位的影响分析与仿真

采用误差源影响分析的新方法,建立起了几种典型误差项对跟踪测量和单站定位的影响函数关系,定量地分析了不同大小的轴系误差对测量数据和定位坐标的影响,并通过仿真计算绘制了一组影响函数变化曲线。本文的研究结果,为科学准确地衡量脉冲雷达的性能和提高设备的跟踪精度,开辟了一条新的途径。     

脉冲雷达跟踪误差对动态目标定位的影响分析与仿真

采用误差源影响分析的新方法，建立起了几种典型误差项对跟踪测量和单站定位的影响函数关系，定量地分析了不同大小的轴系误差对测量数据和定位坐标的影响，并通过仿真计算绘制了一组影响函数变化曲线，本文的研究结果，为科学准确地衡量脉冲雷达的性能和提高设备的跟踪精度，开辟了一条新的途径。