光电经纬仪布站分析及优化

　　1　引　言

　　光电跟踪和测量设备用于测量飞行器在空中的飞行轨迹,作为飞行性能的评价[1]。布站是根据飞行试验弹道和航区的实际工作条件对测站站址进行设计。在试验靶场中,跟踪测量设备的布站几何直接关系到测量数据的效果以及飞行器弹道航迹的位置数据处理精度。

　　固定布站的光电经纬仪承担着不同发射工位和不同射向的航迹跟踪测量任务,分析设备布站情况以及优化布站可以为实时数据的可靠性分析、外测事后数据处理精度分析和通过最优的多通道测量数据来交会计算最佳轨道参数提供技术支撑。

　　本文以分布在试验靶场中多台光电经纬仪测量设备为例,对光学跟踪测量设备的布站问题进行讨论和分析。同时,对设备的布站提出利用遗传算法优化的设想,为后续新建光学测量设备布站提供技术参考。

　　2　分析方法

　　布设于发射场不同位置的3台光电经纬仪跟踪测量设备采用距离、测角交会测量体制(3REA)组成测量网来完成目标的跟踪测量工作。为了有效地分析布站情况,本文利用典型航迹数据来获取各测站设备的测元进行数据仿真计算。

　　2.1　仿真数据的获取

　　设发射坐标系中,X轴在发射坐标系原点水平面内,过坐标原点指向火箭射击瞄准方向,Y轴过坐标原点沿铅垂线方向向上为正,Z轴在发射坐标系原点水平面内,与X轴和Y轴构成右手直角坐标系。利用任务验前信息(例如火箭研制部分提供的理论弹道数据)或其他途径获得的弹道参数序列(x,y,z)反算到各测站坐标系下的距离与角度数据(r′ci,a′ci,e′ci),(i=1,2,3)。设(x0i,y0i,z0i)为光学测量站在发射坐标系下的站址坐标;Ωi(i=1,2,3)为测站与发射坐标系之间的转换矩阵。具体算法如下:

　　在式(2)中仿真出的目标在测站系的测元数据中分别加入跟踪测量设备主要误差,即系统误差和随机误差,形成模拟数据的测元。系统误差加入设备的设计精度指标(r _si,a _si,e _si),随机误差(r _ri,a _ri,e _ri)为服从正态分布、均值为零的设计指标的随机误差量。

　　2.2　多台交会数据处理精度分析模型

　　利用式(3)中产生的测元数据,进行交会计算,分析布站情况。由于多台交会有冗余量,为了充分利用所有的测量数据以获取最优的弹道结果,在此利用最小二乘估计法解算弹道的位置参数[2]。为了行文方便,在此简单介绍最小二乘计算方法。

　　设坐标初值为x0,y0,z0,将r _ci,a _ci,e _ci转换到发射坐标系中的r _{f i},a _fi,e _fi,利用算出的目标在发射系下的测角值及空间的几何关系可得