机载光电平台目标定位与误差分析

根据机载光电平台的特点,建立了6个坐标系统,进行了8次线性变换,构建了从光电平台成像系统像面坐标系到大地地理坐标系的目标定位数学模型。计算了目标在大地地理坐标系的经纬度和高程坐标,分析了各种测量参数对目标定位精度的影响。通过建立误差模型和仿真数据进行目标定位实验,采用蒙特卡罗方法统计目标定位误差。实验结果表明,载机经纬度误差、载机姿态角度误差及光电平台指向角度误差是影响目标定位精度的主要因素,其中载机经纬度误差直接传递到目标定位误差,载机姿态角度误差和光电平台指向角度误差大体上以10-4～10-2比例作用到目标定位误差。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。     

系留升空平台光电探测目标的坐标转换误差分析

系留升空平台的目标定位技术在军民领域中具有广泛的应用,定位精度的高低已成为评价无人机、系留升空平台综合性能的一项重要指标。开展了无人升空平台光电探测系统的精度测试研究,对目标高精度定位误差进行分析,推导出光电探测系统误差转换模型,对误差转换坐标进行仿真验证。运用蒙特卡罗思想, 综合分析了升空载荷光电探测系统中各误差参数对定位精度的影响,提出了提高目标高精度定位精度的改进方法,为无人升空平台光电吊舱的目标定位精度、光电吊舱的高精密设计提供了理论基础。     

基于机载光电平台的双机交会定位方法

根据现有无人机光电定位方法对动态目标定位的局限性,借鉴光电经纬仪角度交会定位方法,提出改进的基于机载光电平台的双机交会定位系统.介绍了交会定位系统的构成及其工作原理,构建辅助坐标系,对视轴向量进行齐次坐标转换,建立双机交会定位模型.研究了交会定位中载机相对目标位置对定位精度的影响,给出了理想的测量位置,得到最优定位位置,最优交会角为69.984°.最优位置下,当目标距离双机基线20km时,定位均方根误差为38.043 4m.分析了卡尔曼滤波对定位结果的影响,建立合适的滤波模型,滤波后的定位均方根误差减小到13.584 2m.     

车载光电侦察系统目标定位及误差分析

车载光电侦察系统在目标定位过程中,由于光电平台、惯导系统的工作方式及安装位置差异,在建立光电平台坐标系、惯导系统坐标系、本地坐标系、地心坐标系、基于参考椭球的经纬度表示等一系列坐标系基础上,推导出目标定位模型,计算出目标的经纬度和高程,实现对目标的精确定位。通过模型对光电侦察系统的主要误差源进行分析和试验仿真,结果表明该模型能够保证对目标定位精度的要求。外场实验结果表明:系统目标定位精度优于15 m。     

基于导航系统的光电吊舱补漂方法

稳定精度是光电吊舱稳瞄系统的重要指标,为了减少在稳瞄控制中陀螺漂移对稳定精度的影响,需对陀螺漂移进行补偿。提出一种基于导航系统的光电吊舱测漂和补漂方法,即在光电吊舱测漂阶段,通过机载导航系统的位置数据、姿态数据及吊舱轴角值计算地球自转在平台中的分量,测量出更加准确的陀螺漂移;在稳定控制回路中,通过导航系统分别补偿陀螺漂移及地球自转分量。该方法可将陀螺测漂过程中的地球自转分量和陀螺漂移有效分离,并在稳定控制回路中实时调整地球自转分量,从而提高稳瞄系统稳定精度。试验结果表明:通过对比10 min常规测漂和基于导航系统的测漂结果,稳定控制漂移累积误差中俯仰角由常规方法的1.80°减少到0.04°,航向角由0.77°减少到0.04°。     

Target location accuracy analysis on loitering missile platform北大核心CSCD

不同于普通弹药,巡飞弹能够在目标上空进行“巡弋飞行”,获取目标位置信息,并传送至指挥中心,用于战场态势分析及火力布局。受限于巡飞弹载机负载能力和成本要求,巡飞弹光电系统目标定位能力无法与大型无人机媲美。为提高巡飞弹目标定位精度,从巡飞弹目标定位的原理和流程出发,分析影响目标定位精度的误差源。在典型工况下,研究了卫星定位系统经度和纬度误差、惯性导航系统（INS）航向误差、测角误差和测距机测量误差等主要影响因素对目标定位精度的影响程度,可作为提升目标定位精度的设计依据。针对卫星定位系统经度和纬度误差对目标定位精度的影响结果,进行外场试验,验证上述分析结论。试验结果表明:当卫星定位系统经度和纬度精度由5 m提升至1 m时,目标定位的圆概率误差（CEP）下降约31.5%,与理论分析基本吻合。     

载机平台光电转塔目标定位的仿真算法

目标定位是光电转塔典型功能和任务之一,对其定位精度的考量也是转塔作战技术指标之一,针对该问题,从理论和仿真角度进行了分析。分析目标定位中用到的坐标系及其相互转换关系,给出光电转塔视轴反演、有源目标定位、无源目标定位的算法流程,通过仿真实验加以验证,考虑了定位过程中可能的随机误差来源,并分析是否采用均值滤波及其对定位结果的影响,最后通过Monte-Carlo分析计算了定位精度。分析结果表明:1）有源定位比无源定位的精度高,在仿真假设条件下,精度约提高1倍;2）均值滤波后,定位精度有较大提升（约提高15倍）;3）18 km距离时典型无源定位精度在80%置信度条件下约为39.4 m;4）统计直方图反映出80%置信度CEP半径及最大误差距离随载机位置、姿态、转塔视轴等（体现在目标载机距离上）不同参数的变化结果。     

机载光电成像平台的多目标自主定位系统研究

为同时对多个目标实施实时或准实时定位,建立了机载光电成像平台多目标自主定位系统,针对该系统提出一种基于像元视线向量的多目标自主定位模型。通过目标检测算法得到视场中各目标的像素坐标,根据单面阵电荷耦合器件(CCD)传感器的成像原理,构造各目标的视线向量并计算其与图像中心主目标的像元视线角,结合已测得的主目标相对光电平台的方位角、高低角和距离,计算出各目标与机载光电平台的角度与距离关系,应用全球定位系统(GPS)、航姿测量技术获取载机的位置姿态信息,通过齐次坐标变换方法计算出单幅图像中多个目标的大地坐标。针对镜头畸变引起的定位误差,提出基于畸变率的方法进行畸变修正。在1100 m高空对地面目标定位时,多目标定位的圆概率误差(CEP)约为28.74 m,大地高定位误差约为18 m,能同时对50个目标进行实时地理定位。当镜头畸变率为2%时,畸变修正后圆概率误差减小了7%。该多目标自主定位方法具有效率高,便于工程应用的优点。     

光电探测器安装误差对差动相位探测信号的影响

光电探测器(PDIC)的安装误差导致光学头的光学轴心与光电探测器的中心不重合。在光盘标量衍射模型的基础上,引入光电探测器的位置误差参数,根据DVD-ROM的盘片参数,计算并分析了位置误差对差动相位探测(DPD)信号的影响。计算结果表明:沿盘片切向的位置误差使DPD的幅值变小,在25%的范围内DPD的幅值随切向位置误差的变化系数为1.52T;沿盘片径向的位置误差使DPD产生直流偏置,在50%的范围内DPD直流偏置随径向位置误差的变化系数为3.8T。     

机载光电观瞄系统的瞄准线指向线性运动补偿方法

为方便操作员快速捕捉并瞄准目标,提出一种适用于机载光电观瞄系统的线性运动补偿方法。该方法借助地面目标相对载机在初始东北天坐标系下的速度矢量进行分解,得出目标相对光电系统在惯性坐标下的角速度,并根据解算出的角速度值实时进行伺服补偿,驱动光电转塔于手动模式下,当操作员不操控光电转塔时,系统的瞄准线能够自动地指向地面目标区域。该方法已在某型无人机用光电观瞄系统挂飞试验中进行了验证,结果表明:在电视观瞄具的小视场（0.70.5）下,地面目标点、瞄准线指向点相对载机点的张角在方位和俯仰方向均小于该视场的1/6。     

小型机载光电平台中基于扩展卡尔曼滤波的地面目标定位算法

为提高小型机载光电平台的目标定位精度,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的目标定位算法。根据机载光电平台锁定跟踪目标的特性,对同一目标进行多次测量。依据组合导航系统测量的载机位置、姿态信息及位置编码器测量的框架角位置信息,结合地球椭球模型确定目标的视轴指向。建立状态方程和测量方程,利用扩展卡尔曼滤波对目标的地理位置进行估计。采用蒙特卡罗法分析了测量误差对目标定位精度的影响,仿真结果显示:所提算法的精度较高,稳健性较高。采用飞行试验验证了该算法的有效性,当飞行高度为4300m时,目标定位精度优于15m。与基于地球椭球模型的算法相比,所提算法的目标定位精度明显提高。     

影响光电侦察系统目标定位精度因素分析

以机载平台作为研究对象,通过分析光电侦察系统实现目标地理定位的原理,得出影响光电侦察系统目标地理定位精度的主要因素,即系统的位置误差、姿态误差、航向误差及侦察系统距被测目标的距离等,推导出了光电侦察系统对目标地理定位的误差模型。对目标定位精度与光电侦察系统的航向误差、姿态误差关系的分析和仿真结果表明,光电侦察系统的航向和俯仰角精度是最关键的因素,惯导系统的航向误差控制在0.02°~0.5°,姿态误差控制在0.01°~0.25°之间较为合理,最后提出了提高目标地理定位途径的建议。     

一种精级回转驱动机构的研究

两轴四框结构光电吊舱,内框多采用力矩电机直驱,稳定精度仅为数10 μrad。为达到更高精度的μrad量级,提出一种压电陶瓷驱动柔性支承的精级回转驱动机构,作为光电吊舱的内框驱动。介绍了精级回转驱动机构的构型方案,并对压电陶瓷的驱动能力进行了探讨,对柔性支承的回转刚度、固有频率、几何参数进行了详细设计。建立了机电仿真模型,制造了原理样机并进行了性能测试,其主要性能指标为:行程509.1 μrad,分辨率优于0.5 μrad,1 Hz、100 μrad的正弦信号跟踪误差小于3 μrad,固有频率约1 kHz,均满足设计目标。     

无人机空中光轴基准安装误差及磁偏差测量方法研究

测定飞机与目标定位有关的机载设备的安装误差、磁偏角等固定误差,是无人机实际目标定位前必做的一项工作.现有测定、校正方法繁琐且实用性差.给出一种不同于现有工序,在无人机空中实际目标定位前,在空中利用飞行器本身光电平台的光轴作为基准,对预先测定好经纬度的地面目标进行定位,反向推算来测量出飞机的固定安装误差及磁偏角,再进行校...     

基于光束向量的空间运动目标姿态测量

为了实现空间运动目标姿态参数的高精度测量,采用一种基于光束向量的姿态参数测量系统.该系统在运动目标上安装直线光束作为合作目标,利用高速摄像机记录光束投影光斑在接收平面上的位置.基于平面单应性原理,通过光斑接收平面上9个原始特征点构造柔性标定靶标,实现高速摄像机的高精度标定.进而根据摄像机标定结果获得光束在世界坐标系中的方向向量,而光束在目标体坐标系中的方向向量可根据其安装位置获得.然后,根据光束在世界坐标系和目标体坐标系中的方向向量实现对目标姿态参数的高精度求解.实验结果表明,本文测量系统满足姿态参数测量误差小于1′(1σ)的要求,能够实现对空间运动目标姿态参数的高精度测量.     

基于滑模变结构控制及预测跟踪的光电吊舱控制方法北大核心CSCD

光电吊舱在稳像和目标跟踪过程中存在摩擦力矩、不平衡力矩等干扰力矩,从而影响速度环响应精度;另一方面,吊舱视频跟踪器图像传输和处理造成的延迟也会造成跟踪滞后,因此必须进行延时补偿。提出基于预测跟踪的滑模变结构控制方法,采用微分预测跟踪器实现对视频跟踪器的延迟补偿,采用预测跟踪器估计出的目标运动角速率构成自适应补偿参数,以调整滑模变结构控制量,改进的滑模控制算法在补偿干扰力矩的同时抑制了抖振现象。仿真及实验结果表明:改进的控制方法能够有效补偿干扰力矩和跟踪器延迟造成的误差,相对于传统PID控制,其跟踪误差减小为原来的1/3,并且该算法已经在相关系统上得到应用。     

光电探测系统半参数模型运动学标定

针对光电探测系统高指向精度要求,提出了补偿最小二乘法与双三次样条插值相结合的半参数模型标定算法来减小系统指向误差。根据光电探测系统结构组成,运用多体系统理论建立系统指向误差参数模型。引入非参数分量,建立半参数模型,应用补偿最小二乘法对半参数模型进行标定得到修正模型。搭建实验平台测得两组数据,分别用于运动学标定与验证修正结果。实验结果表明:系统方位向、俯仰向指向误差均值从92.1185″、75.9358″降低到2.7100″、2.7755″,指向误差标准差从21.6522、15.1744降低到10.8645、10.7305。表明提出的标定算法能有效提高光电探测系统指向精度和空间指向稳定性,且能同时考虑系统误差的线性与非线性关系。     

一种角向传输线B-dot标定平台的设计

基于感应电压叠加器感应腔角向传输线电流探头离线标定的需求,设计了离线标定平台。离线标定平台为平板传输线结构,与在线标定相比,对标定信号的畸变更低。分析了跨平台标定误差的来源,并针对性提出降低误差的措施。分析表明,安装偏心及探头纵向安装深度是跨平台标定误差的最大来源,需要在工程设计中重点关注。实际建立了离线标定平台并开展误差分析,得到跨平台标定误差3.3%的结果。     

光电直读光谱仪标定方法的研究

用自行研制的光电直读光谱仪原理样机采集了已知成分的黑色金属的电弧激发光谱,通过理论分析和试验,证明了采用多项式法建立的谱线位置与波长转换关系随标定多项式幂次的增加,其标定误差不断减小。在仪器分辨率顺利实现的条件下,一元三次或四次多项式都是较好的标定多项式选项。     

EAST装置的磁探针设计

介绍了EAST装置中磁探针设计中的结构、安装位置、匝面积的标定、幅频响应,并给出了该磁探针的标定误差和Mirnov线圈幅频响应特征图。两轮EAST放电试验表明,电磁测量的信号满足装置运行和等离子体控制的需要。