多传感器光电经纬仪跟踪误差修正方法

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1、第19卷第1期2013年1月载人航天MannedSpaceflightV01．19No．147多传感器光电经纬仪跟踪误差修正方法柴敏1，一，陈宁z，林海晨z，李果z(1宇航动力学国家重点实验室，西安710043；2中国西安卫星测控中心，西安710043)摘要为了得到多信息进行信息融合，光电经纬仪采用多传感器的方法，即在主光轴及辅助光轴上安装了传感器。主光轴传感器获得的测量数据，可按常规方法进行脱靶修正；辅助光轴与主光轴存在平行度，辅助光轴传感器获得的测量数据，处理时必须对结果进行平行度修正。采用坐标变换方法推导出多传感器跟

2、踪误差修正公式，获得目标的方位角、高低角，经实际验证表明，该方法可有效提高处理精度。关键词光电经纬仪；跟踪误差；修正模型；坐标变换中图分类号：V412．4文献标识码：A文章编号：1674—5825(2013)01—0047—051引言靶场光测设备的主要任务是外弹道测量和实况记录。光电经纬仪广泛用于靶场火箭、导弹等飞行目标的外弹道测量，是靶场试验主要测量设备之一【1．2]。光电经纬仪是由电影经纬仪发展而来的，典型的经纬仪跟踪架是由相互垂直的垂直轴和水平轴组成的两轴地基式结构，主摄像(影)光学系统的望远镜筒安装在水平轴的轴体中

3、部，其光轴为跟踪架的照准轴，且与水平轴垂直。伺服系统控制经纬仪在方位和俯仰两个方向转动，使照准轴指向空中目标。理想情况下目标的定位点(例如导弹的质一1、5"或头部、尾部等)位于摄像机的光轴上，轴角编码器给出的方位角、高低角就是目标相对于经纬仪的方位角和高低角。但是由于跟踪偏差影响，一般目标的定位点相对光轴存在一个小的角度偏离，在摄像机的像平面上表现为目标投影相对于像平面中心点(照准轴投影点)的偏移量，称为脱靶量(跟踪误差)，在经纬仪数据处理时，需要对跟踪误差进行修正以获得目标相对经纬仪的方位角和高低角，即脱靶量合成【3’4

4、，51。随着科技的发展，光电经经纬仪已经是多传感器提供多种数据，进行分析、处理及融合，得到最真实的测量数据。由于位于水平轴的轴体中央只能放置一个主摄影成像系统，多传感器须安装在不同的光轴上，由此，这些传感器的光轴难以完全平行于照准轴上存在不平行度，对同一目标进行测量时会得到不同的结果，必须对各光学系统的光轴平行度进行精密检测，通过修正的方法提高测量精度旧。光轴平行度是指主镜光轴与其它光轴不平行的程度，有方位和高低两个方向的分量。光轴不平行度检测可利用靶板、远距离靶标或北极星，现有的方法是采用直接的平行度修正方法进行修正，由

5、于受人为因素影响，这种修正方法误差较大。本文针对多传感器光学系统，建立了一种适用面更广的光电经纬仪跟踪误差修正模型。2误差修正模型由于经纬仪在跟踪目标过程中不可能总是理想跟踪，为得到目标相对经纬仪的方位角和高低角，需对跟踪误差进行修正。目前采用的光电经纬仪跟踪误差修正公式是由球面三角学推导得来的。图1为跟踪误差在摄像机投影系统像面上的投收稿日期：2012—06—04；修回日期：2012—1l—02基金项目：国家自然基金资助项目(11026224)作者简介：柴敏(1964一)，女，学士，高工，主要从事数据处理工作。E—mai

6、l：13991177352@163．tom载人航天第18卷图1跟踪误差投影关系图影关系，现在对跟踪误差计算公式进行推导。00，为经纬仪主光轴，其对应的角度为A。，E。；PP，为照准轴，其对应的角度为A，E；00。为经纬仪焦距(厂)。由图(1)根据几何关系有枷铲=尚=赢则从=arctg(fcosEoXysinEo一1(1)同理，由图1有：[P10P'1=E=／_舢。P，静=Si以sinE：fsin：E：o：+：y：c：o：sE：o—、；+i￥；则ta出半l篙cosL裂sin产e1一V△A=arctg(fcosEo笪-ysin

7、Eo一1A划o+△A(2)～tg(迦怒掣)采用该跟踪误差修正模型有两个前提条件：①成像系统满足中心投影；②成像系统的光轴与照准轴重合或平行。3多传感器光学系统跟踪误差修正模型与主摄影系统不同，辅助摄像系统还需对不平行度进行修正。现有的修正方法先采用式(3)修正不平行度：lA·却鑫㈥lE。=‰+玩式中，A。、‰为照准轴的方位角和高低角；A。、玩为光轴的水平和垂直不平行度；A，、E，为光轴的方位角和高低角。然后，利用公式(3)得到目标相对该摄像系统投影中心的方位角和高低角：△A=arctan(fcosEl兰ysinEl—1A=

8、Al+幽E=arctan(fsin—E+yc．os，E1)co．s幽式中，△A为方位角跟踪误差；A、E为目标相对于投影中心的方位角和高低角i厂是摄影焦距；戈、Y是目标脱靶量。该修正方法对较小的不平行度误差有效，对于较大的不平行度将引入较大模型误差。主摄像系统脱靶量合成公式是由球面三角学推导得出的，为了提