光电经纬仪旋转靶标特性对目标跟踪的影响

　　0 引 言

　　光电经纬仪是一种利用光学系统并配合电子技术对空中运动目标进行识别、跟踪及获取目标运动信息(如方位俯仰角度、飞行轨迹等)的大型高精度光测设备，在军事、科学研究等领域有广泛的应用[1-2]。为了评价光电经纬仪跟踪目标的性能(包括跟踪角速度、跟踪角加速及跟踪精度等)，一般用靶标模拟运动目标供光电经纬仪跟踪，通过光电经纬仪跟踪模拟目标的情况最终等效得出光电经纬仪跟踪目标的性能。运用靶标来模拟运动目标的优点在于目标运动轨迹可控，且可以计算出精确的轨迹坐标，便于经纬仪跟踪精度分析，同时减少了费时费力的外场校飞试验，使对经纬仪跟踪性能的评价可以方便的在室内完成[3]。随着技术的进步，目前的旋转靶标不但可以提供模拟运动目标，而且由于安装了时统和轴角编码器部件也能够提供目标的位置、速度、加速度等信息。旋转靶标已逐步由提供模拟运动目标的装置发展为能够提供精确可控目标的测量检测装置。但是由于旋转靶标自身的结构特性限制，使得应用旋转靶标检测光电经纬仪时还存在一些局限或问题。例如，旋转靶标产生的目标运动轨迹单一，且目标的速度和加速度是关联量，不能独立控制;目标局限在较小的方位俯仰角范围内，不能够全面评价经纬仪在全方位俯仰角上的跟踪性能;目标运动轨迹特性与真实目标特性差异较大等。

　　本文将从旋转靶标的结构出发，提取影响靶标运动的特性参数(旋转靶标的旋转半锥角、旋转轴与水平面的夹角、旋转角度)，应用球面三角几何建立旋转靶标的方位俯仰角坐标的方程，根据方程的数学关系分析旋转靶标的运动特性，说明旋转靶标特性对目标跟踪的影响特点，并分析说明了旋转靶标存在的问题和不足，引发对新型靶标结构形式的思考。

　　1 旋转靶标的结构及特性参数

　　旋转靶标的结构如图1 所示，由控制箱，支撑架，旋转轴，轴角编码器，旋转臂，平行光管，反射镜等组成[4]。控制箱负责靶标的旋转参数控制、电源开关及靶标位置信息的反馈等，有的还带有时统功能。支撑架是靶标的结构支撑体，一般刚性强度较大，稳定性能较好。轴角编码器作为旋转角度测量装置，可以精确测量靶标旋转的角度，通过结合时间信息可以计算出靶标的旋转角速度和角加速度。平行光管用来产生星点目标供经纬仪跟踪。

　　旋转靶标与光电经纬仪的位置关系如图1 所示，应使旋转靶标旋转时形成的光锥点与光电经纬仪俯仰方位轴几何交点重合。从图 1 中可以看出靶标旋转轨迹的每个位置点都可以用唯一的方位俯仰角坐标来表示。进一步对旋转靶标进行数学抽象，可以看到有三个参量可以唯一的确定靶标的方位俯仰角坐标，他们分别为：靶标绕轴旋转在光路上形成的旋转半锥角a，旋转轴与水平面的夹角 b，靶标绕轴旋转的角度 θ[5]。这三个参量即为旋转靶标的特性参数，由这三个参数可以确定靶标的方位俯仰角坐标。如果我们再引入对时间的微分，即可通过靶标旋转的角度得出靶标旋转的角速度，对应到方位俯仰角坐标上可进一步计算出方位俯仰角速度和角加速度。