机载光电系统的目标定位研究

为了解决光电系统的目标定位问题,提出了一种机载光电系统的自主定位方法.利用齐次坐标变换方法推导了机载光电目标从光电平台极坐标系到WGS-84大地坐标系的转换方程;采用工程实例进行了机载光电系统的目标定位误差分析.分析结果表明,该方法可以减小定位误差,获得较高的定位精度,满足对海上或陆上目标定位的需求.该方法实现简单,具...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于舰载光电跟踪装备的光电助降系统技术分析

在分析国外舰载机传统光学助降系统和雷达全自动盲降系统发展现状的基础上,给出基于舰载光电跟踪技术装备的光电助降系统的组成、配置、技术原理、技术指标,对光电助降系统中光电测量坐标系到甲板坐标系进行转换,对光电助降系统的测量误差和定位误差进行建模,在舰船无摇摆以及纵摇2周期20s,横摇10周期15s条件下,结合我国现有技术基础,分析摇摆姿态角误差、距离误差、跟踪测角误差对光电助降系统定位精度的影响并进行仿真实验,给出舰载机距着舰点距离大于1 km和小于1 km时光电助降系统的定位误差。     

步进电机驱动的直线变倍成像系统研究

为了满足无人机光电载荷的体积和重量要求,并有效解决传统凸轮机构加工精度要求高、系统易产生机械振荡等问题,提高系统的响应速度和变焦精度,对基于步进电机驱动实现连续变焦的直线变倍成像系统进行研究。采用二相混合式步进电机驱动实现机械补偿式变焦系统的变焦聚焦功能。首先,本文研究了基于步进电机的直线变倍成像系统的工作原理与构成,完成硬件平台的搭建,利用单片机控制实现步进电机的加减速过程。然后构造适合本系统的图像清晰度评价函数,并采用扫描反馈搜索算法完成对镜头焦距值的标定,将标定结果载入聚焦算法。最后,完成系统的性能测试。测试结果显示,采用速度控制模型后,步进电机的定位误差显著降低,范围在0.010 mm以下,整个系统的变焦精度远远小于1%,而且光学性能和外场拍摄性能较好。该基于步进电机的直线变倍成像系统满足无人机光电载荷的适用性要求。     

编码器动态检测系统高实时性高精度角度基准设计

在编码器动态特性检测中,角度基准的快速反应和精度直接影响着动态特性检测装置的准确性。为实现角度基准的快速响应,提高基准编码器的测角精度,本文设计了高精度快速细分角度基准编码器。首先,通过对目前角度基准不足对编码器动态特性检测影响的分析,得出动态检测精度主要受基准编码器的数据处理延时影响。其次,通过对基准编码器结构、细分电路、处理电路等的设计,完成了23位高实时性角度基准编码器的制作。最后,为提高检测精度,利用RBF神经网络对角度基准进行误差补偿。所设计的角度基准编码器分辨率达到0.15",并且可以在10 r/s速度时,保证逐分辨率输出。经过测量,补偿前基准编码器的精度为1.30",补偿后的基准编码器误差峰峰值不超过2.5",精度优于0.6"。高精度、高实时性角度基准编码器的研制,提高了编码器动态特性检测系统的检测精度,为研究编码器动态特性提供了基础。     

小型光电编码器自动检测系统

设计了小型光电编码器自动检测系统,用于准确快速地检测小型光电轴角编码器的误差。采用21位高精度光电编码器作为角度基准来检测低精度的小型光电编码器。用控制系统转动编码器,此时高精度编码器与被检编码器之差即为小型编码器在该位置的误差。检测完毕,根据需要将编码器的误差通过USB接口传输给上位机保存并进行深度分析。采用该系统检测某型号的15位编码器,得到的均方差为29.1″,而传统方法检测的误差均方差为28.5″,表明设计的检测系统满足检测精度要求。     

高精度光学平台调焦控制系统

针对经纬仪、量子通信望远镜等光电跟踪控制系统光学平台调焦的需要,在保证跟踪控制性能和可靠性的基础上,设计了一种低成本、小体积的高精度光学调焦控制系统,以先进精简指令集计算机处理器和现场可编程门阵列为核心组成比例-积分-微分光学控制平台来实现调焦控制。分析如何提升光学平台调焦精度,利用基于缓冲运放进行信号扩展的方法提升光学平台调焦控制反馈偏差信号精度,提出3种反馈信号补偿方法并进行对比和分析,选择等分中值补偿方法对电位器反馈信号进行补偿,在不影响调焦时间的基础上简化了软硬件设计,提升了调焦精度和效率,具有低功耗、实现简单、成本低、体积小等优点。在实验中,对获取的调焦图像采用主观分析和客观评价标准相结合的方法进行调焦效果验证,证明了该设计的优势。该设计已用于某光电跟踪探测项目,在1μm级调焦精度时全程调焦时间约为3s,反应快速,性能稳定可靠。     

红外密集度光电立靶精度分析

介绍了红外密集度光电立靶的基本原理。利用误差传递公式,对红外密集度立靶的测量精度进行了分析。结果表明:红外光电立靶测试系统是一种灵敏度高、精度高、效率高的测试仪器。     

多传感器光电系统视轴一致性测试方法研究

本文详细介绍了宽光谱的多传感器光电瞄准跟踪系统的视轴一致性测试的三种方法：像纸法、CCD 法和靶标法,详细分析了各种测试方法的主要误差来源.通过搭建一定的试验环境,分别用像纸法、CCD 法和靶标法对同一多传感器光电系统的视轴一致性进行了测试和分析.研究结果表明,CCD 法测试视轴一致性能达到了较高的准确度.     

光电经纬仪测量精度指标的确定

光电经纬仪测量元素误差是外弹道测量中最主要的误差源。为了保证外弹道的测量精度，就应对光电经纬仪的测量精度进行合理设计。通过数学解析的方法，推导建立了2个简洁的公式：1）单站定位体制下弹道点位精度和光电经纬仪测角、测距精度以及目标斜距、高角之间的数学表达式；2）对称交会测量体制下弹道点位精度和光电经纬仪测角精度以及目标斜距、交会角之间的数学表达式。这2个公式为光电经纬仪精度指标的设计论证提供了理论依据。     

不同光电平台共享目标信息的方法及误差分析

为了满足车载光电侦察系统在野外环境下能够实时快速将目标信息分享给相关辅助武器系统,提出了一种不同光电平台共享目标信息的方法,并给出了该方法的误差分析。该方法通过引入光电侦察系统的平台姿态角、辅助武器系统的平台姿态角等信息,确保光电侦察系统侦察到的目标信息能够实时、准确地传递给辅助武器系统。为了验证该方法的准确性,通过建模分析,得出该方法能够实现目标信息的共享;通过仿真试验对该方法的误差进行分析,得出该方法转化后的目标信息比直接使用采集到的目标信息在精度方面提高了大约3.5 m。     

高精度光电摄像系统的测量误差及其标定

详细分析了影响高精度光电摄像系统测量精度的各项误差因素,针对这些误差因素提出了详尽的标定算法,建立了摄像系统的标定模型。经过实验验证,该方法具有较高的检测精度。