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。     

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...     

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.     

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。     

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。     

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。     

TDI-CCD全景式航空相机对地目标定位的算法

为准确获取摄影区域地理位置信息,针对时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)全景式航空相机未配备激光测距仪的情况,提出一种直接对地目标定位算法。依据机载定位定向系统(POS)测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中编码器测量的俯角、位角信息,利用齐次坐标变换求解成像系统视轴(LOS)在地理坐标下的指向角以WGS-84坐标系下定义的地球椭球模型为基础,利用地球椭球计算理论确定目标区域经纬度信息。采用蒙特卡罗方法仿真分析了载机姿态角测量误差以及相机俯角、位角误差对视轴指向角计算精度的影响;着重分析了摄影倾斜角和目标区域地形起伏对对地目标定位精度的影响,指出摄影倾斜角和目标区域地形起伏越小,定位精度越高。采用飞行实验验证了该对地目标定位算法的有效性,在飞行高度为17750m,摄影倾斜角在63°~75°范围内,对地目标定位圆概率误差小于212.96m,可满足工程实际需要。     

基于优化的鱼眼镜头成像模型的空间点定位

针对应用高阶奇次多项式法和光学折射模型定位误差大、局限性强的问题,提出一种优化的鱼眼镜头成像定位算法。根据镜头的偏心畸变推导出新的畸变模型,进而在此畸变和光学折射模型的基础上建立优化的成像模型,并标定模型参数;对该成像模型进行反投影推导,得到三维点坐标,实现空间目标的精确定位。实验结果表明,当被测物分别处于鱼眼图像中心区域和边缘区域时,该算法的相对定位误差远远小于高阶奇次多项式法和光学折射模型的方法,减小了图像畸变对测量精度的影响,解决了使用光学折射模型定位局限性强的问题。     

复杂环境下机载光电系统探测概率包线研究

针对机载光电系统理论与实际探测能力之间的较大差异及其作战能力发挥不充分等问题,分析得到了目标反射背景辐射的空间分布函数,并给出了具体量化方法,进而研究了目标本征辐射特性,建立了水平和俯仰面内的辐射强度包线模型;之后考虑各种作战因素,给出了机载光电系统角水平和角俯仰探测能力包线计算方程式;最后提出探测概率包线概念,得到了机载光电系统作用距离与探测概率关系,并定量分析了机载光电系统探测包线的概率特性。仿真结果表明,探测包线随目标速度、方位、俯仰的变化而实时变化;当满足一定的虚警概率和信噪比要求时,探测概率包线具有最佳探测点,这为充分发挥机载光电系统探测性能提供了理论参考。     

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。     

天基光学传感器视线指向确定与校正

高精度的传感器视线指向确定与校正是天基光学监视系统高精度跟踪和定位目标的重要保障,而高帧频、窄视场的凝视相机的视线指向确定和校正是这一问题的难点所在。在研究凝视相机的成像模型及其观测特点的基础上,提出了基于地标控制点的视线指向实时确定与校正算法。将影响凝视相机视线指向的误差因素(热变形误差、安装误差等)等效为视线指向偏移角,通过建立地标控制点的观测方程和偏移角的状态转移模型,采用扩展卡尔曼滤波器,实现了对偏移角的实时估计和视线指向的高精度确定与校正。仿真结果表明所提算法的精度、时效性均能够满足天基光学红外监视系统目标跟踪与定位处理的需求。     

系留升空平台光电探测目标的坐标转换误差分析

系留升空平台的目标定位技术在军民领域中具有广泛的应用,定位精度的高低已成为评价无人机、系留升空平台综合性能的一项重要指标。开展了无人升空平台光电探测系统的精度测试研究,对目标高精度定位误差进行分析,推导出光电探测系统误差转换模型,对误差转换坐标进行仿真验证。运用蒙特卡罗思想, 综合分析了升空载荷光电探测系统中各误差参数对定位精度的影响,提出了提高目标高精度定位精度的改进方法,为无人升空平台光电吊舱的目标定位精度、光电吊舱的高精密设计提供了理论基础。     

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。     

基于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正方法

分析了传统光电经纬仪脱靶量修正模型和多视场拼接光电经纬仪的特点,基于坐标变换原理,推导了成像系统具有大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量修正公式。依据上述脱靶量修正公式和目标模拟器指向,逆向推导了大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量计算公式,结合实际成像系统脱靶量信息,解算成像系统的指向校正系数。经实验验证表明,该方法突破了传统畸变修正模拟的局限性,适用于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正。针对大照准差为11.26°和大零位差为18.08°的2×3外拼接阵列测量系统,采用多成像模块外拼接型光电经纬仪系统的指向校正方法,得到水平和垂直的指向误差均小于1/5 pixel。     

移动特征靶标的摄像机径向畸变标定

针对成像测量系统中镜头径向畸变影响测量精度的问题,提出了一种基于物面移动同心圆特征靶标的径向畸变标定方法。该方法先将固定在二维精密平台上的同心圆靶标置于垂直物面的特定位置,然后采集靶标图像,同时用最小二乘法以拟合得到的圆直径为条件,按一定方式移动特征靶标,直到拟合值达到极值或者在一定误差范围内。记录该幅图像,则其拟合得到的圆心坐标便是畸变中心,同时利用该幅图像,根据等差值半径和摄像机成像模型的半径的成像关系求出其畸变多项式系数。为提高特征靶标的移动效率,提出了坐标轮换最优化移动的方案。实验结果表明,该方法对畸变中心的标定精度可达0.6pixel,畸变多项式系数有效数字重复误差小于0.02,并可实现两者的一靶标定,且利用该法获得的参数能实现对畸变图像的准确校正。     

光电侦察阵列对空目标定位算法研究

为扩大重点区域防御的侦察范围及对来袭目标的定位,在双单元交互测量定位算法的基础上,利用相邻阵列单元接力测量,由中心处理单元完成被动测距、坐标转换与数据融合,提出了一种基于阵列式光电侦察系统对空目标定位算法,建立mn光电侦察阵列对空目标定位算法数学模型。通过MATLAB完成了22阵列单元对单目标定位仿真验证与误差分析。结果表明,该算法实时输出了目标三维航迹数据,实现了光电侦察阵列对空目标的定位,与理论真值相比,平均定位误差绝对值小于7 m。     

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。     

小视场长焦距镜头畸变高精度测量研究

利用由精密测角仪、显微摄像测量系统、微型双光栅平面干涉仪、平行光管以及星点组成畸变测量系统,对小视场长焦距的镜头进行畸变测量。在计算镜头畸变中,利用中心视场区域内畸变设计无穷小,采用三次多项式拟和的方法,计算镜头理论焦距;在边视场采用像高高次方和视场角正弦高次方加权平均的方法对测量偏差角进行修正,得到各视场的相对和绝对畸变。通过实际测量和计算验证,镜头全视场畸变测量精度可达到0.02%。