光电经纬仪提高多传感器测量精度的方法

　　1 引 言

　　靶场光测设备的主要任务是外弹道测量和实况记录。 光测数据处理也称光测结果处理的任务， 即光测设备采集的测量数据经过整理、 修正后计算，得到飞行目标的外弹道参数或姿态参量数据， 并将计算数据进行分析后， 交出数据处理报告[1]。 随着科技的发展， 光电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[2-3]。 多传感器安装在不同的光轴上， 如果各光学系统的光轴不平行， 对同一个目标进行参数测量时会得到不同的结果。 因此， 在大型经纬仪光电测控设备使用前， 必须对各光学系统的光轴平行性进行精密检测装调[4]， 通过修正的方法， 提高测量精度。 视轴平行度指主镜光轴与其他光轴不平行的程度， 有高低和方位两个方向的分量[5-6]。 对于电视、 红外、 激光、接收和发射光学系统也存在光轴不平行问题， 要求它们的光轴 (和电轴) 也要与主镜光轴平行。 各视轴检测的方法不同， 视轴不平行度检测可利用靶板、　远距离大地标或北极星， 然后采用直接的平行度修正方法进行修正。 由于受人为因素影响， 这种修正方法误差较大。 本文根据工作中遇到的实际情况，介绍了一种通过坐标变换获得目标参数的方法。

　　2 误差修正模型

　　经纬仪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。 但一般来说，由于跟踪偏差影响， 目标的定位点相对光轴存在一个小的角度偏离， 称为跟踪误差。 在摄像机的像平面上， 体现为目标投影相对光轴与像平面交点 (焦点) 的偏移量， 称为脱靶量。 在经纬仪数据处理时，需要得到目标相对经纬仪的方位角和高低角， 即对跟踪误差进行修正 (或称为脱靶量合成)。 目前采用的光电经纬仪跟踪误差修正公式 (1) 是沿用电影经纬仪的跟踪误差修正模型。 采用该跟踪误差修正模型有两个前提条件：

　　(1) 成像系统满足针孔成像模型;

　　(2) 像系统光轴与照准轴平行。

　　光电经纬仪主摄影机系统的光轴与照准轴重合;采用中心投影 (透射变换) 成像模型， 满足上述两个条件。

　　3 坐标变换推导误差模型

　　3.1 原理

　　在处理相对主镜光轴的辅助视轴测量数据时，可以通过修不平行度来修正数据， 以往的方法是在交会时， 采用主视轴位置的站点坐标值， 为了提高精度， 把交会时的站点坐标值也实时地修正到此视轴的实际位置。 在介绍修正方法前， 先介绍站心天球坐标系与地平坐标系的关系。

　　3.2 站心天球坐标系与地平坐标系的关系