中国科学院西安光机所科技成果介绍之五

112高速电影经纬仪是一种新型高速外弹道光学测量设备。它主重用于测量飞行目标的运动轨迹和摄影记录飞行姿态。全套仪器设备由经纬仪跟踪架、高速同步摄影机、电视自动跟踪测量摄像机、激光测距机和电子学控制系统等组成。     

一种新型高速电影经纬仪

112高速电影经纬仪是一种新型的高速光电跟踪测量设备,可用于快速飞行目标的轨迹测量和姿态记录,单台完成定位,并有实时输出的功能。该设备与传统的电影经纬仪相比,具有明显的特点,它采用双反射镜跟踪的结构方式,减少了运动部分的惯量,并提高同步数据采集处理速率到200次/秒和高速同步摄影频率到200f/s,有利于高速跟踪测量。该设备采用电视跟踪、计算机程序控制、单杆操纵等多种跟踪方式,可根据不同的目标特性方便地选用或组合使用,可靠地完成对目标的自动捕获和跟踪测量,最大跟踪速度为90°/秒,最大跟踪加速度为90°/秒²。本文还介绍了该设备在靶场使用情况。     

电视经纬仪跟踪测量中运动目标快速识别定位算法

为解决电视经纬仪跟踪测量系统中对运动目标快速识别定位的要求,在深入分析运动目标特性和电视经纬仪跟踪测量系统特点的基础上,利用经纬仪角度变化信息,对运动目标图像序列进行帧间差值计算以获得目标残差图,并基于残差图提出了一种新型的运动目标快速识别方法,大大减少了运算量. 结合中值滤波和图像二值化,实现了运动目标的快速定位. 通过对目标实测图像序列的实验, 结果证明：该算法具有快速、稳定、有效等优点,能够满足电视经纬仪跟踪测量系统对运动目标快速识别定位的要求.     

高速摄影经纬仪的计算机引导和数据记录

本文论述高速摄影经纬仪计算机引导和实时数据记录处理软件设计思想,给出了具体实施的算法框图。并论述使用微机处理的问题。一、概述高速摄影经纬仪是用来跟踪和拍摄飞行器的仪器。在飞行器的发射过程中,地面观测控制中     

双反射镜跟踪高速电影经纬仪的测量原理和数据处理

双反射镜跟踪高速电影经纬仪主要用于测量高速飞行目标的轨迹和姿态,它能同时测量目标的方位和俯仰角度座标和仪器至目标的斜距。经纬仪的光学系统如图一所示。     

光电经纬仪多目标实时交会方法

为实现实时计算多个目标飞行轨迹,并引导设备跟踪目标,根据目标运动特性和光电经纬仪跟踪测量的固有特性,设计了一种多目标实时交会方法,解决了同名目标点的排序和假目标轨迹剔除问题,最终得到正确的目标轨迹.试验证明,对于跟踪目标N≤3,通信周期50ms的光电经纬仪测量系统,利用该多目标实时交会算法处理测量数据,可实时、精确、稳定引导测量设备进行跟踪工作.     

小型光电经纬仪的光学参数选择

本文叙述了小型光电经纬仪上的两种重要的跟踪测量系统──高速摄影与微光电视的光学参数(口径和焦距)合理选择;它既满足了“小型化”的要求,又达到了中型光电经纬仪的性能指标(作用距离、测角精度等.     

一种用于跟踪高加速度目标的光测系统中的消象旋转系统

随着宇航事业的高速发展,其各种新型飞行体层出不穷,其性能也各有不同。为了赶超世界先进水平,对新型的飞行体的测量工作就显得十分必要,尤其对于尺寸小,加速度高的飞行体的初始段测量工作更显得十分突出。我们研制的小型高速电影经纬仪就解决了这一问题。它采用两块平面反射镜做方位和高低的跟踪运动,来实现对高加速度目     

船载光电经纬仪坞外星体标校

为了适应海上应用并降低经纬仪坞内标校成本,采用恒星位置代替固定方位标,将原本在坞内的标校工作转移到海上。首先,根据恒星星表精确、实时地计算出恒星位置。然后,通过坐标转换算法将其位置值转化到测量系下,运用船摇自稳定算法保证经纬仪的正常跟踪并记录数据。最后,根据事后解算算法分析记录数据,分离设备单项差并计算系统误差。实验结果表明,海上星校单项差的标定与坞内通过方位标标定结果非常接近,照准差、水平差、垂直差的偏差分别为0.015″、0.22″和0.014,″系统误差的标定与坞内结果具有很好的一致性,完全能够满足经纬仪海上标校的要求。     

GS-221高速摄影机的驱动与控制系统

GS—221高速摄影测量仪是用于测量大型火箭(导弹)起飞段的姿态及其横向漂移量的专用超小型高速电影经纬仪,其主机为一台间歇式同步高速电影摄影机。本文简要介绍其驱动控制和点阵数据记录系统。     

GS-221高速摄影机的驱动与控制系统

GS—221高速摄影测量仪是用于测量大型火箭(导弹)起飞段的姿态及其横向漂移量的专用超小型高速电影经纬仪,其主机为一台间歇式同步高速电影摄影机。本文简要介绍其驱动控制和点阵数据记录系统。     

电视形心跟踪技术在260激光电视电影经纬仪上的成功应用

本文论述了新近研制成功的一种靶场测量用光电设备—260激光电视电影经纬仪,用于对飞行器进行外弹道测量。它能以半自动跟踪、电视自动跟踪及数学引导三种方式跟踪被测目标,具有很高的跟踪测量精度和很强的实时测量、实时输出能力。设备上加装的激光测距系统,使其具有单站定位能力。设备上的数字化实时电视形心跟踪器是由视频处理器、投影处理器与跟踪窗控制器等组成。它采用了TMS320系列的高速数字信号处理芯片组成的多微机并行处理结构及流水线技术,并与巧妙设计的模拟图象预处理技术相结合,成功地通过了室内检测、机场试验和外场校飞,曾以很高的回波率对不装合作目标的掠海导弹进行单站跟踪测量,距离达到10.4km。研制和现场实用结果证明,采用这种实时图象跟踪技术,使靶场光电设备增添了优异的性能。     

高速电视姿态测量系统室内目标姿态模拟与标定测量

介绍了利用高速电视姿态测量系统对目标姿态进行交汇测量的原理,使用检测架、平行光管以及图形板（刻有不同角度的目标刻线）室内模拟无穷远目标姿态.用高准确度经纬仪对模拟的无穷远目标姿态进行标定、测量结果与采用高速电视姿态测量系统对室内模拟目标的测量结果比较,可知高速电视测量系统姿态角的测试准确度.推导了目标姿态角计算公式,对经纬仪对无穷远目标姿态进行标定的方法进行了准确度分析,得出经纬仪目标姿态角标定的最大误差,并且经过实验进行了验证.     

外弹道高速目标参数验证算法研究

针对外弹道高速目标跟踪的参数测量问题,运用光学成像原理,提出了时分弹道,分时跟踪、对点验证的新技术,验证了靶场轨道高速运动目标的速度参数。基于轨道的实际长度,推导出了目标跟踪算法,利用该算法并结合单片机控制技术,完成了高速目标在整个轨道的跟踪。通过对由光电码盘AC36实时采集到的转角数据与对应图像的处理,达到了对高速目标速度参数的验证的目的。该算法已在某靶场进行了跟踪测量实验,通过数据分析,速度误差小于1%。     

面向经纬仪图像序列的关键帧提取算法

将传统的关键帧提取算法应用于经纬仪图像序列时,关键帧序列中会包含大量的非稳定跟踪图像帧。为了在关键帧提取过程中更好地保留目标稳定跟踪测量信息,该文在分析了经纬仪图像序列的特点后,构建了一种基于局部极大值的经纬仪图像序列关键帧提取算法。该算法首先计算图像序列的帧间差分,然后使用汉宁窗函数对帧间差分进行平滑,最后基于平滑后的帧间差分局部极大值来提取关键帧。实验结果表明：提出的算法相对于传统的帧间差分强度排序方法能更好地保留目标的跟踪测量信息,提取的关键帧在整个跟踪测量图像序列中分布更为均匀,包含的场景信息更为丰富。     

光学无线电测量信息融合定位方法

在外弹道测量系统中,将光学设备与无线电设备测量数据进行融合处理,可以提高系统的综合测量水平和设备的使用效率。利用部署在光电经纬仪附近的雷达,建立光电经纬仪和雷达联测定位模型。由全微分公式,根据测站站址差将光电经纬仪的测角信息与雷达的测距信息进行数据融合,可以得到目标相对于雷达的方位角和俯仰角,从而确定目标的空间三维位置;分析了定位模型的主要误差来源和对定位结果的影响。结果表明,光电经纬仪雷达联合定位算法得到的精度优于雷达单台定位精度,联合定位的精度达到2 m以内,同时发挥了光电经纬仪和雷达跟踪测量的长处。     

利用综合评估加权法提高160光电经纬仪跟踪性能

分析了卫星发射场光学测量系统跟踪方式和存在的问题及各跟踪方式的优缺点,并运用系统工程决策论中加权评估方法,充分发挥各跟踪方式的优势,实时进行互补和印证,提出了利用系统工程理论的加权评估法实现160光电经纬仪的自动跟踪,减小了跟踪误差和跟踪稳定性,而且可以实现定点跟踪,提高激光回波率.     

光电经纬仪实时引导的实现

在由四台光电经纬仪与雷达组成的测量网络中,为了提高光电经纬仪实时捕获跟踪空间目标的能力,建立基于目标位置估计的实时引导系统.利用滑窗式最小二乘法将光电经纬仪实时交汇数据和雷达的实测数据进行互联,解算出目标的瞬时位置,经时延补偿后获得目标的位置估计,经坐标转换后实现光电经纬仪的实时引导.实时引导系统充分利用了所有测量站的测量信息,可提高引导数据的引导准确度和可靠性.试验结果表明,该方法快速提供的平滑引导数据,不仅能准确将目标引入光电经纬仪的视场,亦可为其他测量设备提供参考数据.     

红外经纬仪实景实装训练系统研究

针对红外经纬仪网络训练和实景训练,研究了红外经纬仪实景实装训练系统;系统在保证装备原有功能的基础上,增加了装备与训练中心的IP组播通信和图像传输功能;训练时,背景由红外相机输出的实景背景灰度图像变换获得;目标弹道数据采用本机产生或组播方式从训练中心获;仿真目标图像利用DirectX3D技术实现,并根据弹道数据和经纬仪跟踪位置将仿真目标融合叠加到实景背景上;实时数据及图像由本机或训练中心记录,用于训练评估和复演;应用证明,系统能够对操作手进行模拟实战训练,提高装备的操作熟练程度;系统相关技术对于靶场其他型号的光学测量装备实景实装训练系统研究有借鉴价值。      

第五讲 实时电视跟踪系统

一、数据处理方式众所周知,数据处理方式有模拟数据处理和数字数据处理两种方式。所谓模拟数据处理,就是在电视测量和跟踪系统中,把需要的量都处理成模拟量。与此相反,数字数据处理就是在电视测量和跟踪系统中把需要的量都处理成数字量。因此,一般说来,用模拟数据处理的方法,输出的模拟量都是实时的。例如,导弹靶场使用电影经纬仪对导弹进行跟踪测量,此时,用于控制电影经纬仪头部转动的高低角和方位角的模拟电压是实时的。而数字数据处理方法则不然,输出可以是实时的,也可以是非实时的。我们把能实时输出高低角、方