光电经纬仪单站空间余弦及多站面面交汇的飞机姿态测量

　　1　引　言

　　现代武器系统的发展对光电经纬仪在测量领域的应用提出了更高的要求,即除了传统的弹道测量外,还要对目标姿态参数进行测量。在三维空间中识别飞机时,飞机在空间的姿态具有随机性,从不同的视角去观察时,其目标图像各不相同,形状比较复杂。三维姿态参数是反映飞机飞行状态的重要参数,因此,利用经纬仪测量飞机的姿态参数有着重要的意义[1-5]。

　　在飞机姿态测量中大多采用模型库的方式。文献[6]将小波不变矩用于三维飞机目标的识别,先采用CCD成像传感器拍摄不同姿态的二维飞机图像,建立完整的飞机图像模型库,然后提取这些二维图像的小波不变矩,用改进的BP神经网络为分类器进行三维飞机图像的识别;文献[7]利用广义点反馈迭代的最小二乘方法和模拟影像与真实影像匹配的目标姿态跟踪求解方案;文献[8]利用Hu不变矩和仿射不变矩提取目标的特征量,并建立了飞机红外图像的姿态库,这几种方法都需要建立模型库,操作比较复杂。

　　由于实际工作中采用经纬仪单站测量布站较灵活,所以单站进行姿态测量成为靶场测量的常用方法。本文提出了单站经纬仪在有距离信息时测姿态的方法,并推导了求解公式;同时也介绍了多站求取飞机空间中轴线的方法。通过分析飞机的测量数据,对两种方法的测量精度进行了比较。实际工作证明了经纬仪单站及多站飞机姿态的测量方法简单有效。

　　2　工作原理

　　本文分两部分介绍经纬仪单站数据获得飞机姿态及多站数据获得飞机姿态的方法,在实际工作中要首先判断是单站数据还是多站数据。单站获得飞机姿态参数,首先获得二维图像目标轴线上两个特征点的参数,在已知目标的实际尺寸及距离时,利用余弦定理,在空间推得两个特征点的空间坐标。多站获得飞机姿态时,分别求得两站飞机平面中轴线,利用面面交汇获得飞机空间中轴线,得到飞机的姿态参数。工作流程图如图1所示。

　　2.1　单站求飞机姿态

　　2.1.1　单站确定空间目标的位置公式

　　经纬仪在单站有激光测距提供的距离信息情况下,利用二维图像判读获得的脱靶量及编码器信息,得到特征点的A、E值,利用公式(1)获得特征点空中位置坐标。

　　式中:(X0,Y0,Z0)为该测站在发射坐标系中的站址坐标;R为经纬仪到目标的斜距;A、E为目标的方位、高低角。

　　2.1.2　空间余弦法求特征点的坐标

　　利用穷举法搜索目标边缘点,过飞机图像的形心做直线,在该直线上寻找飞机图像的另一侧边缘点(灰度突变点),两侧边缘点经过形心的距离最长的线段对应的即为飞机图像轴方向,两侧边缘点所在位置分别为机头位置M1及机尾位置M2。在单站图像上利用编码器值及目标脱靶量可获得M1和M2的方位角及高低角。如图2所示,M1,M2方位角、高低角分别为(A1,E1)、(A2,E2),L为已知飞机的头尾轴线长度,L=M1M2,R1为经纬仪上激光测距所获得的距离信息,OM1=R1,计算R2的值,R2=OM2。设α=∠BM1M2,BM1=P1P2。