CCD激光自准直系统测光电经纬仪车载平台变形

　　引 言

　　现代靶场中广泛装备的经纬仪主要有两种工作状态，一种是固定站式，一种是活动站式。在活动站工作时，车载平台随机停在不同的地面上，可以满足不同地点、不同时间实时进行测量和跟踪，机动性强，适合现代战争中的运动战，可提高部队的快速反应能力，具有较大的优越性。我国第一台 RCG441 车载激光对抗武器系统属于车载平台对抗武器系统，此系统开创了我国车载平台系统(不下车) 的先河[1, 2, 3]。光电经纬仪直接安装到车载平台上，执行工作时存在各种因素(如地面的工况、车载平台的变形等) 直接影响光电经纬仪的精度，使经纬仪跟踪时带来误差[4]，解决好由车载平台带来的误差是提高活动站工作精度的关键。经纬仪的工作速度和加速度不同，车载平台的变形量不同，采用一种 CCD 激光自准直非接触式测量系统来测量车载平台的变形，对变形与经纬仪速度和加速度之间的关系进行分析，可以进一步提高光电经纬仪的工作性能。

　　1 系统组成及工作原理

　　为了准确地获得车载平台变形的数据，设计了一套高精度 CCD 激光自准直非接触测量系统，如图 1所示。系统主要包括发射光学系统和 CCD 接收系统两部分。发射光学系统主要由安装在车载平台上平面反射镜、物镜系统、发光系统和目视系统组成。发射光学系统提供 CCD 摄像系统及光束光轴指向的方位角，光源提供可见光波段的准直光源。CCD 接收系统主要由面阵 CCD 相机和计算机处理系统组成，主要是实时采集并处理图像，进行光电测角。

　　系统工作原理是：如图 1 所示，在光源发射系统中，光源发出的光经聚光镜和前组物镜组成的准直光学系统后形成平行光射出，照在平面反射镜上返回;若平面反射镜与光轴垂直，则平行光按原路返回，经前组物镜及成像负透镜在 CCD 靶面上成像，以此作为原点，代表光束自准直后的像点位置。在进行 CCD激光自准直的同时，通过目镜可以在分划板上看到光像点。当平面反射镜与光轴不垂直，假设夹角为α，则返程光线与光轴有 2α 夹角成像在 CCD 靶面上，其光点中心距原点距离为 2α×f′( f′是 CCD 物镜焦距)，通过 CCD 像元计数，可以求出α 角。

　　2 视频图像处理

　　车载平台的变形量成像在测量系统的面阵 CCD 上，图像采集卡接收探测器的视频信号，经滤波，A/D 转换成数字信号，传送到计算机，如图 2 所示。通过计算机编程对图像数据进行二值化处理，得到实时测量的数据，即得出 x, y 方向上的脱靶量，并将结果记录下来。视频判读原理如图 3 所示，以 CCD 靶面中心位置为原点建立直角坐标系，设 A 点为目标的像点，它偏离坐标原点的量称为脱靶量，记为( x, y)。在图像判读过程中采用的是质心判读法[5]，质心判读法是一种自动判读方式，质心即目标可视部分图像灰度分布重心。根据物理学重心的定义，设一幅M×N 的图像，目标图像在点(x, y)的灰度值 f (x, y)，其质心为