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。     

机载光电系统的地面多目标定位算法

传统的单目标地理定位方法无法适应现代战场态势实时多变、目标数量多的情况。为了提高目标定位效率,在单目标地理定位的基础上,给出一种适用于机载光电侦察系统的半主动多目标定位算法。通过建立初始东北天坐标系、飞机东北天坐标系、飞机机轴坐标系、光电稳瞄坐标系和多目标投影坐标系,同时结合目标相对方位、俯仰角度,得到了一系列欧拉角坐标转换公式,可以同时计算出多个地面目标的经纬度。计算机仿真结果表明:该算法能够对同一视场内的多个目标同时进行定位,即具有多目标定位功能。由于像素偏差增加了坐标转换累积误差,次目标定位精度略低于主目标定位精度。     

机载光电平台目标交会定位

根据直线交会测量原理,构建了机载光电平台目标定位数学模型。首先建立5个坐标系,确定了坐标系之间的变换关系,在地心直角坐标系下,根据光电平台观测目标的方位和俯仰角度参数,结合飞机的位置和姿态测量参数,通过坐标变换确定从光电平台到目标之间的观测直线方程。选择一组目标观测直线建立目标交会测量目标函数,根据最小二乘原理,建立关于直线交会点坐标的线性方程组。解出直线交会点的三维坐标并根据从地心直角坐标系到大地地理坐标系的变换关系,计算目标的大地经纬度和高程坐标,通过样本数据进行交会定位精度实验。实验结果表明,本文方法定位结果和实际测量数据接近,经度误差为0.65",纬度误差为0.82",高程误差为5 m,验证了本文方法的准确性。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。     

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.     

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。     

Research on atmospheric refraction correction of airborne electro-optical system target location北大核心CSCD

目标定位精度是评判机载光电系统性能的一项重要指标。对于高空机载光电系统,目标定位精度除受传感器、测距仪、载荷平台稳定精度、飞行平台稳定精度和位置精度等综合因素影响外,还受大气折射的影响,对于高空机载光电系统远距离对地观测,大气折射对目标定位的影响尤为严重。该文从大气折射对目标定位的影响机理出发,给出大气模型,分析大气折射的影响因素,并基于介于圆球体和参考旋转椭球体之间的地球模型给出了大气折射误差模型;基于该文提出的近似参考旋转椭球体地球模型,仿真分析了大气折射对目标定位的影响结果。分析结果对于机载光电系统远距离目标定位大气折射修正具有重要指导意义。     

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。     

机载光电稳瞄系统实时被动测距方法研究

针对现有直升机机载光电稳瞄系统高精度角度测量和角速率测量的特点,提出一种利用测量目标相对角度和角度变化率等参数实现目标实时被动测距的方法。建立了机载稳瞄平台对地面固定目标定位的数学模型,提出利用系统旋转变压器测量目标角度,利用惯性速率陀螺测量目标角度变化率。该方法使得目标角度变化率的测量精度(优于0.1 mrad/s)比一般光学方法提高了一个数量级。利用扩展卡耳曼滤波(EKF)算法提高目标距离估算精度,保证测量结果的稳定性。理论仿真和外场验证实验结果表明,该方法可以实时估算目标相对载机的距离,适合于武装直升机快速实时目标定位。     

机载侦察设备目标定位数据处理方法

机载侦察设备对目标定位时受到的影响因素较多,目标定位数据中存在的系统误差和随机误差会影响定位结果。提出采用圆概率误差处理目标定位数据时,需分析判断圆概率误差的不同适用条件。根据圆概率误差的定义和圆概率误差方程式的一般形式,推导了6种不同适用条件情况下的圆概率误差简化计算公式。用两种圆概率误差简化计算公式对某目标定位数据进行了对比计算分析,在采用适用条件下计算公式的数据处理精度优于0.95,达到了CEP定义50％的数据概率要求,能够准确分析处理机载侦察设备的目标定位结果。     

双星光学观测体系的目标定位误差分析

为提高双星光学观测体系的定位精度,构建了新型双星光学定位系统。通过对卫星、光电观测平台的建模,构建了地惯系下平台与目标间的观测矢量模型。利用几何定位算法,推导出了地惯系下的目标定位模型与定位误差模型,并利用蒙特卡罗法获得了定位误差分布。在此基础上,引入了小波理论进行误差的优化重构,以提高双星光学观测体系的定位精度。利用测量数据进行仿真,结果表明,引入小波理论对目标定位误差进行降噪重构后,可以使目标定位精度提高30%,为工程上减小目标定位误差提供了新的思路。     

无人机侦察多目标实时定位技术研究

目标定位是无人机侦察系统中至关重要一步。为增强无人机侦察目标定位的实时性、提高定位精度及侦察效率,提出一种多目标实时定位的方法,建立主次目标定位几何关系及坐标转换模型,结合已知数据信息求取各目标大地坐标,并用蒙特卡洛法分析目标定位误差。最后,基于即将组网成功"北斗二代"卫星导航系统对无人机空中定位,同时采用递归最小二乘算法滤波处理,提高了目标定位精度。研究及实验结果表明,北斗导航定位能够有效提高无人机空中定位精度,且有望达到厘米级精度,同时采用RLS滤波处理能使目标定位精度提高10 m左右。该方法能够有效增强无人机定位实时性,提高定位精度及侦察效率。     

光电经纬仪异面交会测量及组网布站优化设计

提出了一种基于空间两异面光轴公垂线估计目标真实位置及组网布站站址几何的优化设计方法.通过光电经纬仪观测目标方位角、俯仰角和基线长度,计算两光轴在待估目标上的两交点,得到目标位置的公垂线.依据两台光电经纬仪的测角准确度作为权系数,估计目标真实位置.通过误差仿真及定位准确度分析,研究了组网测量中交会角、方位角、高低角和基线长度对定位准确度的影响.     

地面最小操纵速度试飞光电测试方法

针对地面最小操纵速度试飞的光电测试需求,提出一种基于机载摄影测量与地面光电跟踪测量相结合的光电测试方法。简要介绍了地面最小操纵速度试飞光电测试系统设计;详细论述了系统标定、地面跟踪目标自动检测、基于机载摄影的飞机偏心距测量、基于光电跟踪测量的飞机航迹与速度测量等方法原理;总结了飞行试验测试实施流程;最后开展了飞行试验验证。试验结果表明,该方法有效可靠,可提供直观的飞机侧偏过程画面,实现飞机偏离跑道方向优于2 mm、高程方向优于2 cm和航向优于5 cm的定位测量精度,完全满足地面最小操纵速度试飞对光电测试数据的完整性、直观性和准确可靠性等要求。     

基于阵列光电侦察系统空间观测数据融合方法

利用阵列式网络具有探测覆盖面积大、可靠性高、环境适应性强等技术优点，在组网内各侦察设备获得目标连续随时间变化的方位角、俯仰角等信息基础上，提出了基于阵列光电系统观测数据的坐标转换和数据融合方法。系统侦察站采用m×n阵列布站组网，目标进入侦察覆盖区域后各侦察站全方位观察，获得目标的角位置信息与时间数据，实时发送至中心站进行坐标转换与数据融合处理，实现对空间目标的快速探测及坐标定位。同时设计了相关算法软件并进行了外场实验，在1×3侦察阵列下完成了对空域目标的侦察观测，根据中心站数据处理结果实时建立了被测目标的三维航迹。实验结果表明:提出的坐标转换与数据融合处理方法，能够有效提升阵列光电系统的实际应用能力。     

光电经纬仪测角精度分析

测角精度是影响光电经纬仪定位功能的重要因素。为了进一步提高光电经纬仪的测角精度,对测角误差进行详细分析是必要的。从光电经纬仪的总体设计出发,找出了影响测量数据获取、转换、合成中的各项误差源,并详细分析了它们的大小和性质。通过分析光电经纬仪工作原理及结构找出了主要误差源。对机架系统的误差、测角单元误差、电气系统误差、脱靶量误差、大气折射修正误差等主要误差源进行分析计算,并对各单元进行了误差分配。最后,计算了光电经纬仪投影测角精度的均方根值。分析计算结果显示:通过精心设计、加工、检测,修正可使一部分误差减小甚至忽略,但机架系统的误差、测角单元误差、脱靶量误差对测角精度的影响仍很显著;在当前工艺水平下,光电经纬仪事后空间指向精度可以达到2。     

圆形阵列光电探测系统双目标识别方法

针对双弹丸同时着靶情况下的立靶坐标测量问题,提出一种圆形阵列光电探测系统的双目标识别方法。采用光电探测器件组成1个圆形的探测阵列,并将3个发光角度均为60°的扇形一字线激光器均匀设置于圆形探测阵列上组成探测光幕。当2发弹丸同时穿过探测光幕时,会在圆形探测阵列上产生6个弹丸投影,通过信号处理电路识别6个弹丸投影的中心位置,最后通过系统弹丸着靶坐标测量公式计算得到2发弹丸的着靶坐标。在对系统测量原理进行论述的基础上,建立了系统的弹丸着靶坐标测量模型,并对坐标测量误差进行了分析和仿真。仿真结果显示,系统在测量靶面为1 m×1 m时的X坐标测量误差标准差最大为2.7 mm,Y坐标测量误差标准差最大为0.6 mm。实验结果表明,系统在测量靶面为1 m×1 m时的X坐标测量误差标准差为2.22 mm,Y坐标测量误差标准差为1.98 mm。因此,该文所提出的系统可以有效测量弹径4.5 mm及其以上的双弹丸着靶坐标。