基于动态加权的光电经纬仪航迹测量

　　1　引　言

　　利用光电经纬仪测量空中飞行目标的轨迹是国内广泛使用的一种方法,当不同经纬仪获得目标的不同部位,即一台获得目标的中部而另一台没有获得此部位,由于没有完全对应的图像点而失效[1]。后来出现最短距离法和方向余弦法,虽然此方法在数据处理速度上有所提高,但是对外部条件变化和噪声的大小都比较敏感,导致定位精度在实验过程中变化较大[2]。用仿射不变矩提取目标的特征量,需要建立飞机的姿态库,操作比较复杂[3]。本文利用异面交会,再对测量方向进行加权因子优化,调整因外界变化而引起距离的测量变化,动态计算权值,经加权平均后,通过描述目标运动的仿真模型,将虚拟目标的运动误差与经纬仪的理论误差对比,并对目标运动轨迹、姿态进行探讨,提高了跟踪的精度。

　　2　动态加权航迹测量

　　2. 1　经纬仪异面交会测量

　　两个光电经纬仪观测同一目标[4],如图1所示,O1M1,O2M2分别是两台光电经纬仪的光轴,取其公垂线M1M2,并在公垂线M1M2按照统计规律取定M(X,Y,Z)作为目标真实位置的估计。

　　异面交会算法,虽然克服常规交会方法中由于目标大小引起的空间直线不相交的弊端,但是由于测量点与目标航迹之间的关系动态变化,测量出的航迹参数精度也在变动,并且随着距离的增加,精度越来越差。另外,大气折射误差、指向误差和设备系统误差等影响很难做到每组交会数据都是在主光轴相交的情况下产生,因此存在异面误差,需要对目标跟踪进行优化。

　　2.2　确定动态加权因子

　　异面交会测量误差的来源一方面是测角元素的误差;另一方面是测量站坐标值的误差。通过协方差确定权值,减少误差[5]。设目标估计值为(x^,y^,z^),任意两台交会测量值为(xij,yij,zij),其方差为σxij,三个方向加权因子分别为wxij,wyij,wzij,总方差为:

　　通过加权因子的设置,这样减少实际基准面的倾角与水平面之间的差值。

　　2.3　仿真模型

　　目标仿真系统根据目标运动特性和轨迹参数[7],首先计算目标在系统采样时刻点的位置(xi,yi,zi):

　　对于每个时刻的目标空间位置[8](xi,yi,zi),解出目标在测量设备局部坐标中的局部坐标(Ri,Ai,Ei):

　　这样就可以确定目标在探测器靶面内成像的中心像素坐标[10]。

　　根据贝塞尔公式计算经纬仪的动态测角精度[11],以方位角均方根误差仰角均方根误差表示:

　　式中,σA为经纬仪方位动态测角精度;σE为经纬仪俯仰动态测角精度;n为一个周期的数据总数;Ai0为靶标在点处的方位指向值;Ei0为靶标在点处的俯仰指向值;A′2为经纬仪在点处测量的方位角;E′2为经纬仪在点处测量的俯仰角。