基于机动平台的光电经纬仪自稳定跟踪技术

    0 引 言

    光电经纬仪作为测控设备已在国内外得到广泛应用，传统光电经纬仪测量设备是以大地固定机座为基准，使其坐标系与大地坐标系保持一致进行跟踪测量^[1]。 随着测控技术的不断发展 ，新型测控平台车辆 、飞机、卫星、舰船^[2]等相继出现，要求光电经纬仪能够突破陆基固定平台限制，利用新技术成功走向机动平台，更好地完成跟踪测控任务^[3-4]。

    目前，机动平台光电经纬仪视轴稳定跟踪技术主要采用在机动平台上建立机械稳定平台，将经纬仪放置在稳定平台上， 主要依靠平台来稳定设备的视轴，但其结构复杂，造价昂贵且精度不高。 为实现光电经纬仪的小型化、一体化，将光电经纬仪直接安装在机动平台上，应用数字稳定方法测量偏向角、纵倾角和横倾角 3 个参量， 经数据处理通过伺服系统稳定跟踪。 文中针对机动平台上光电经纬仪稳定跟踪技术展开研究，给出了两个坐标系下经纬仪指向同一目标的角度坐标变换公式，提出将光电经纬仪直接安装在机动平台上，通过坐标变换预推目标跟踪技术。 研究表明，通过坐标变换、预推目标跟踪技术，由经纬仪两轴对平台姿态扰动进行一次性高准确度实时补偿控制，取得了良好的稳定跟踪效果。

    1 机动平台光电经纬仪视轴稳定数学模型

    为了对机动平台进行补偿或校正，必须对大地坐标系与平台坐标系之间的关系进行分析研究，并建立起大地坐标系 A、E 与平台坐标系 A′、E′之间转换的数学模型。

    1.1 坐标参量的定义

    机动平台的姿态倾角由姿态测量系统给出，主要涉及以下 3 个参量，偏向角 θ：预定方向（如正北）与平台首尾线在水平面上的投影的夹角，从预定方向起顺时针为正。 平台的纵倾角 α：平台首尾线与水平面之间的夹角。 在通过首尾线，垂直于水平面的平面内测量，平台首抬高时 α 取正值。 平台的横倾角 β：平台绕已经纵倾的平台首尾线的转角。 在与平台首尾线垂直的平面内测量（由于平台的纵倾，此平面已不再与水平面垂直）。 平台右侧下倾时 β 取正值。

    由此 3 个参量确定了平台坐标系与大地坐标系间的转换关系， 如图 1 所示，X 和 Y 方向分别表示正北和铅垂。

    1.2 大地坐标系与平台坐标系之间的转换^[5-7]

    仅纵倾角 α 变化时， 可以认为是绕 OZ 轴旋转，OX 轴和 OY 轴转过 α 角，以矩阵形式表示为 ：

    仅横倾角 β 变化时， 可以认为是绕 OX 轴旋转，OY 轴和 OZ轴转过 β 角，以矩阵形式表示为 ：