CCD电视经纬仪测角精度的室内检测及其误差源分析

用于多目标炸点坐标实时测量的CCD电视经纬仪是一种高精度的靶场测量设备,其测角精度等级优于1’,而高精度的测试设备又对检测方法和检测条件提出了更加严格的要求。本文简述了GK-312炸点坐标测量系统中CCD电视经纬仪测角精度的室内检测方法,分析了影响测量和检测精度的主要的误差因素。     

光学经纬仪多站交会的整体最小二乘算法

靶场多台光学经纬仪获取空中炸点坐标时,所采用的水平投影法存在未能充分利用冗余观测值以及难以从多组解算结果中选出最精确结果的问题。而基于最小二乘的交会算法,虽然能解决上述问题,但是受初值影响较大、迭代速度慢甚至可能发散。提出了一种基于整体最小二乘的交会算法,该方法在迭代计算的过程中,对权矩阵不断进行调整,直到满足一定的精度要求为止。结合仿真数据对算法进行了验证。结果表明:该算法在初值较大的情况下,不容易发散,进行10次以内的迭代计算,即可得到较好的结果,当站点至目标距离为1 500 m时,精度可达到0.3 m以内,满足靶场要求。该算法同时考虑了观测值误差和模型线性化误差,大大降低了初值的影响,提高了收敛速度,能够精确地解算出炸点的三维坐标。     

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.     

基于大地坐标的目标脱靶量交汇测量方法

为提高目标的交汇测量精度,提出了一种基于大地经纬度坐标的数据交汇方法。在交汇测量系统中,根据靶心和电视经纬仪的大地经纬度和高程,建立了空间直角坐标系。当目标进入电视经纬仪视场时,电视经纬仪从视频图像中捕获目标,提取目标方位角和俯仰角;根据交汇测量模型,计算出了目标在靶心坐标系下任意时刻的空间位置坐标。该方法已应用到了试验靶场飞行目标脱靶量测量系统中。实测结果表明,该方法可实时测量目标脱靶量,相对测量误差<10-4,具有较高的测量精度。     

一种基于光电经纬仪的数据预测跟踪技术

针对光电经纬仪上的跟踪器,提出了一种基于合成角数据的预测跟踪技术.利用目标的前几帧脱靶量和对应的经纬仪角度信息计算合成角,再以前几帧合成角数据为依据,利用线性动态模型推导出下一帧的合成角信息,计算出目标在图像中的位置,从而实现了对目标的预测跟踪.实验证明,该方法可以实现预测跟踪,减小处理区域,提高跟踪器的处理速度,有效地避免波门外虚假目标的干扰.     

多幕光学法测量弹丸炸点坐标及误差分析

针对飞行弹丸对空中目标近炸炸点位置测量,提出了多幕光学法测量技术。根据试验特点,分析了多光幕交汇测量弹丸炸点位置存在的问题,研究了采用侧向相机辅助多光幕交汇测量技术。通过相机采集到的炸点图像,建立相机、模拟目标和多光幕交汇光幕阵列空间几何计算模型。利用弹丸的飞行轨迹和弹丸炸点图像平面坐标,研究了弹丸炸点侧向空间坐标的计算方法和多光幕交汇测量系统二维坐标修正原理,给出了弹丸炸点坐标计算函数。利用微分法从交汇光幕夹角、光幕幕厚、测时和测距等方面分析测量误差。经计算分析,模拟目标中心高度小于50m时,炸点三维坐标的误差小于40mm。     

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。     

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.     

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.     

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.     

A new method to determine the projected coordinate origin of a cone-beam CT system using elliptical projection

In order to determine the projected coordinate origin in the cone-beam CT scanning system with respect to the Feldkamp-Davis-Kress(FDK)algorithm,we propose a simple yet feasible method to accurately measure the projected coordinate origin.This method was established on the basis of the theory that the projection of a spherical object in the cone-beam field is an ellipse.We first utilized image processing and the least square estimation method to get each major axis of the elliptical Digital Radiography(DR)projections of a group of spherical objects.Then we determined the intersection point of the group of major axis by solving an over-determined equation set that was composed by the major axis equations of all the elliptical projections.Based on the experimental results,this new method was proved to be easy to implement in practical scanning systems with high accuracy and anti-noise capability.     

动态像面法测量水面落点位置及误差分析

为了测量弹丸水面落点的位置, 建立了基于CCD相机动态像面的测量模型。该模型通过CCD相机辅助采集相关点位的图像信息, 对水面落点的位置函数以及误差进行了研究。首先, 利用空间几何获得靶船上三定点相对于测量船的方位、俯仰信息。接着, 结合t时刻观测图像上定点的像面坐标, 运用底片常数模型建立像面坐标和角度信息两套参量之间的关系函数, 从而得到目标落点的方位、俯仰信息, 再利用异面交会法计算出目标落点位置。最后, 分析了目标落点位置的误差来源(质心误差, 位置误差)、误差以及各误差源与位置坐标之间的关系。实验结果表明:在测量船位置精度达到0.05 m, 图像质心定位精度达到0.5 pixel时, 在最小交会误差的情况下, 目标落点的位置测量误差分别为2.8, 4.9, 4.3 m。     

基于舰载光电跟踪仪的舰炮对海射击报靶方法

针对大中口径舰炮对海射击训练时,缺少设备测量相对靶船中心的弹丸落点散布精度,提出了一种利用舰载光电跟踪仪交汇测量方法。以靶船型值为基准,利用靶船型值在屏幕上的像素尺寸,求出相对光电跟踪仪电视中心的弹着点线及偏置角,将两艘舰艇光电跟踪仪分别测量出的两条弹着点线相交,即可求出相对于靶船中心的脱靶量。给出了交会测量弹着水柱的数学模型,对测量精度进行了分析,计算结果表明脱靶量误差小于3m。     

Object location fire precision test technology by using intersecting photoelectric detection target

To improve four across screens system measurement precision on flying projectile location, the new method that adds two incline screens to four intersecting screens system to form six intersecting screens was put forward and the flying object coordinate test model was set up. This method not only gains object coordinate but also measures object's pitching and azimuth angle that can amend coordinates and improve measurement precision. The differential methods were used to analyze their measure errors, which came from the angle of intersection screen, the thick of screen, the time and distance of measuring, and give out measure errors distributing. The experimental result shows the new measure method can improve measurement precision that meets test demand.     

基于高速面阵像机扫描成像的弹丸攻角测量方法

攻角是指飞行中弹丸的轴线与其质心运动方向的夹角,是描述弹丸飞行姿态的重要参数,以往都是采用狭缝相机来进行测量。提出了一种基于高速面阵像机测量弹丸攻角的方法。该方法是从面阵序列图像每帧中提取出固定列像元,然后按时序拼接形成一幅图像,等同于线阵扫描的图像;对于扫描速度同影像运动速度不同步时,建立了攻角计算修正模型。采用2台像机从非正交方向进行拍摄,基于面面交会原理,得到三维攻角。实测结果表明:该方法能完成弹速达到1 000 m/s的目标测试,攻角测量精度优于0.1。     

光学元件干涉检测数据的定位处理方法

在光学元件的抛光阶段,通常采用干涉仪对光学元件的面形数据进行检测,为进一步的加工工作提供指导意见.为了利用干涉仪检测数据给出被测光学元件面形上的各点空间坐标准确位置,对面形数据的原始数据做二值化处理,用Sobel算子采用基于边缘检测的方法准确提取光学元件的外形轮廓数据,采用基于半径约束的最小二乘拟合方法对被测光学元件的内、外圆边缘数据进行多次处理,求取内、外圆的圆心位置,半径大小,根据等准确度测量原则获得光学元件面形数据的准确值,为在干涉仪检测所得面形数据上准确建立坐标系提供依据.     

一种现场大尺寸测量精度的评价方法

针对现场全面评价大尺寸测量仪器精度的特殊性,提出了一种采用多仪器站多控制点的精度评价方法.基于四元数的空问数据配准,将多仪器站的测量数据统一到全局坐标系下,基于控制点坐标不变约束,对测量值进行统计得到测量不确定度,并从中提取仪器内部各传感器单元分量的不确定度.利用多传感器信息融合技术求得最优控制点,减小坐标转换误差对结果的影响.以激光跟踪仪为例进行了仿真和现场实验,结果表明,该方法评价测距和测角小确定度的误差可分别降至1 μm和0.1'以内.     

保持对称性的二维Lagrange流体力学有限差分方法

广泛应用的二维直角坐标系下的Wilkins有限差分格式在计算一维柱面问题时,通过等角度划分周向网格能够获得严格的对称性,非等角度划分周向网格会产生较严重的不对称性.通过分析Wilkins有限差分格式在处理非等角度划分周向网格的一维柱面问题时破坏对称性的原因,指出周向网格的非等角度划分产生了周向压力分量,从而产生了周向加速度分量和周向运动速度,以此为基础提出一种对该有限差分格式进行修正的方法,将节点处的周向压力分量做算术平均运算,以消除周向压力分量,只剩径向压力分量起作用.因而该修正方法在以任意角度划分周向网格的条件下都能够保持严格的对称性.通过几个典型算例验证该结论,对对称流动,修正方法与原始方法所获得的结果一致,对非对称流动,二者有微小差异.     

Measurement of curved surface by stereo vision and error analysis

Using the advantage of reconstructing the surface of a body, the stereo vision is used to study the measurement of a curved surface, and the error of the measurement is analyzed. Under the world coordinate X–Y–Z erected by the stereo vision, the surface of the cylinder is measured, and the position coordinate of each point on the cylindrical surface is determined. By the use of the nonlinear optimization technique, the equation of cylindrical surface is solved to obtain a set of parameters: the direction cosine of the centerline of the cylinder, the point of intersection of the centerline of the cylinder with the XZ-plane, and the radius of the cylinder. The computed radius of the cylinder is compared to the measured value to evaluate the measurement error. Through coordinate transformation, the measured position coordinate of each point on the cylindrical surface, which is in the rectangular coordinate, is transformed into the cylindrical coordinate. The radial coordinate of each point is compared to the computed radius and the mean error and standard deviation are estimated. Results indicate that the stereo vision may accurately measure the curved surface in various curvatures, and a cylindrical coordinate system may be erected for the measured cylinder. Hence, the analysis method proposed in the paper may be further applied to study the deformation problems such as piping under pressure, and fracture problems such as piping with cracks.