CCD立靶坐标测量系统捕获率研究

　　0　引言

　　测量子弹、炮弹和导弹等飞行目标的着靶坐标,是武器系统测试的一项重要内容.CCD立靶坐标测量系统以CCD作为成像传感器,通过三角交会测量原理计算得到弹丸穿靶时刻空间坐标.它克服了原始测量方法工作量大、坐标给出滞后、测量准确度低等缺点,对于提高靶场武器鉴定测试水平具有重要的意义.作为自动化测试设备,目标捕获成为评价这种测试系统关键指标[1-3].

　　本文将在分析系统CCD立靶坐标测量系统工作原理及所测量目标光学成像特性的基础上,研究影响系统捕获率的主要因素,提出了减小这些不利因素的措施和优化系统设计的方法,以期从理论上对该系统捕获率进行分析总结,从实践上对系统进一步完善.

　　1　CCD测量系统交汇测量基本原理

　　CCD立靶坐标测量系统由测量单元和中心控制单元组成.每个测量单元由在同一基线上布设的两台或多台CCD相机经纬仪组成,CCD相机经纬仪视轴相交且与基线共面,并空间构成一个平面共视区域(空间靶面),当有目标穿过空间靶面时,目标分别成像于各台线阵CCD相机上.目标在空间靶面上的成像坐标根据CCD的仰角和CCD相机之间的距离,利用几何和光学原理,即可求出目标在空间靶面的坐标.图1中两个CCD相机分别称为CCD1和CCD2[4-5].

　　图中α、β的符号以y轴为起点,光轴顺时钟方向旋转而形成的夹角为正,反之为负.显然有:0°<α<90°,-90°<β<0°.S1S,S2S的符号规定如下:S1(或S2)到S的连线和x轴同方向为正,反方向为负·设目标过靶点S(x0,y0)在CCD1和CCD2的坐标系上分别对应的像点坐标为x1和x2,则利用几何和光学原理可求得：

　　2　目标的光学特性

　　CCD立靶坐标测量系统中目标能否成像主要取决于目标穿靶时刻天空背景光亮度与目标亮度的对比度大小.照射在目标上的散射光主要是由目标对太阳光和地面光的反射引起的[6].

　　天空背景亮度在CCD像面上的辐照度Eb为

　　式中Bb为天空背景亮度,f为光学系统焦距,D为光学系统有效通光孔径,τ0为光学系统透过率,A0为单个像元面积,τ′f为滤光片透过率.

　　目标亮度在CCD像面上的辐照度Eo为

　　式中ρ为目标对太阳光的反射率,As为目标有效反射面积,Eos为太阳在目标上的照度,Eou为地面光在目标上的照度,Ap为目标在观测方向投影面积,k为Ap的有效利用系数,R为观测点至目标的距离,Nm为目标像所占像元个数.

　　目标穿越靶面过程如图2.

　　从目标越靶过程分析可以看出,一个像元上产生的目标信号值可表示为