CCD激光经纬仪自动跟踪算法及软件实现方案

　　在舰载雷达标校过程中,由于风浪的影响而导致的舰体摆动,势必影响传统的标校结果而产生较大的误差。如何有效的抑制这个系统误差成为该类标校设备的一个值得研究的重要课题。

　　利用全站仪结合CCD相机首先对目标的初始位置在CCD视场中进行标定,并通过计算机图像处理技术实时跟踪馈源相对于视轴的偏移量,最后结合固定方位标进行坐标变换解算,能够有效的实现对这个误差进行补偿,准确的对舰载雷达进行标定。

　　1　CCD激光经纬仪结构及舰载雷达标校原理

　　CCD激光经纬仪主要由全站仪、高分辨率CCD相机、GPS授时仪、软件处理4个单元组成。在大地直角坐标系和GPS绝对时钟同步下,能够准确测量雷达天线中心的坐标位置,结合固定方位标的位置坐标,计算得到雷达至固定方位标的距离、方位角、俯仰角等数据的真值。此数据与雷达输出的数据进行对比,从而为校准目标雷达的零位误差提供基准数据。

　　如图1所示,被标校载舰停泊在码头,CCD激光经纬仪架设于码头基准点E.CCD瞄准基准点D或F,确定方位测量基准。首先通过手动跟踪使激光经纬仪的中心尽可能对准雷达天线中心并进行CCD成像,同时激光测距机给出雷达天线中心相对于E点的距离Rci,经纬仪给出方位角αci、俯仰角βci(i=1,2,…,n),然后通过计算机图像对雷达馈源跟踪完成每一帧图像中馈源相对于初始位置的偏移量Δx,Δy.根据E点的地心坐标(x0,y0,z0)和Rci、αci、βci计算雷达天线中心O的地心坐标(xri,yri,zri),再根据(xri,yri,zri)与固定方位标B的地心坐标(xb,yb,zb)计算相对于雷达馈源的目标B的距离、方位、俯仰角真值(R′ri,α′ri,β′ri).获得的数据同雷达相同时刻对目标B的捕获坐标(Rsi,αsi,βsi)进行对比,从而达到校正雷达的零位误差的目的。

　　2　数学建模

　　1)在测量坐标系中雷达天线辐射中心坐标(x′ri, y′ri,z′ri)为:

式中:l代表CCD所在点的经度;代表CCD所在点的纬度。

　　3)在地心直角坐标系中的B点距离、方位、俯仰角真值为:

　　通过以上坐标变换及测量,可以非接触性测量出目标点B相对于馈源的坐标。可以直接和相同时刻雷达的测量值作对比分析[1]。

　　3　CCD激光经纬仪关键技术实现方案

　　3·1　时间同步方法

　　1)授时方案

　　为了保证CCD激光经纬仪采集到的目标点坐标在某一时刻的准确性,在实验之前需要通过提取GPS授时仪对系统进行时间同步。由于GPS信号的采集、分析、授时整个一系列动作需要耗费一定的CPU时间,这将给系统的授时带来一定的系统误差,我们采用如下方法对其修正:当采集到每一个GPS授时信号后即刻记录当时的系统时间T1,解析出GPS数据帧中格林尼治时间T、如果用户此时决定对系统进行授时,系统立即采集当时的系统时间T2,并和T1作差值处理,计算出从获取GPS数据帧时刻到授时开始时刻所耗费的时间Δt,最后用时间T+T2-T1对系统授时。