所属栏目：机电一体化论文发表 发布时间：2018-10-17浏览量:186
孙辉
(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春130033)
摘要:根据机载光电平台的特点，建立了6个坐标系统，进行了8次线性变换，构建了从光电平台成像系统像面坐标系到大地地理坐标系的目标定位数学模型。计算了目标在大地地理坐标系的经纬度和高程坐标，分析了各种测量参数对目标定位精度的影响。通过建立误差模型和仿真数据进行目标定位实验，采用蒙特卡罗方法统计目标定位误差。实验结果表明，载机经纬度误差、载机姿态角度误差及光电平台指向角度误差是影响目标定位精度的主要因素，其中载机经纬度误差直接传递到目标定位误差，载机姿态角度误差和光电平台指向角度误差大体上以10-4～10-2比例作用到目标定位误差。本文方法有效可行，对机载光电平台目标定位具有实用价值。
关键词:机载光电平台;目标定位;大地坐标系;蒙特卡罗方法
中图分类号:V249文献标识码:Adoi:10.3788/CO.20130606.0912
Abstract:Onthebasisofthecharacteristicsofanairborneelectro-opticalplatform，sixcoordinatesystemswereestablishedandeightlinearcoordinatetransformationswereperformed.Acoordinatetransformationmodelfromacamerasensorplanetogeodeticcoordinatesystemswasestablishedbyusinglinearcoordinatetransformation，andthecomputationformulaofgeodeticcoordinateofthetargetwasderivedbasedonthetransformationofdifferentcoordinates.Theinfluenceoftargetlocalizationduetovariouserrorfactorswasdiscussed，andthelocalizationerrorwasanalyzedwithMontCarlomethod.Theexperimentalresultsshowthatthetargetlocationisaffectedbyaircraftpositionerrors，aircraftattitudeerrorsandEOplatformposeerrors，amongwhichtheaircraftpositionerrorsaretransferreddirectlyintothetargetlocation，andtheaircraftattitudeerrorsandEOplatformposeerrorsaretranferredscalingwiththerangeof10-4～10-2tothetargetlocation.Thismethodisefficientandusefultothelocalizationoftargetsfora
Keywords:airborneelectro-opticalplatform;targetl
1引言
机载光电平台是在地面成像系统基础上发展起来的新型光电成像设备，具有时效性强、机动灵活、作用范围大等优点，在军事侦察、目标定位、设备导航、空间遥感、灾害预报、资源探测等各方面发挥了越来越重要的作用[1-4]。近年来，全球定位系统(GlobalPositionSystem，GPS)、惯性导航系统(InertialNavigationSystem，INS)及计算机技术的发展和进步，为研制和应用新型机载光电平台带来了前所未有的机遇，新一代机载光电平台向着多功能、智能化、集成化方向发展，为提高飞机任务系统的整体性能奠定了良好的基础。
目标定位是机载光电平台关键技术之一，如何实现目标精确定位，完善误差分析和误差分配机制，是研制高性能机载光电平台需要解决的重要问题。近年来，有关目标定位技术在学术界和工程应用领域引起广泛关注，在光电平台目标自主定位与测量[5-7]、飞行器飞行轨迹测量[8]、航空吊舱目标定位[9]、雷达侦察系统目标定位[10]、星载SAR目标定位[11]、小型无人机目标定位[12]等方面提出了许多有效方法。其中文献[6]通过平台测量设备，结合载机GPS和航空姿态测量系统进行目标定位，同时讨论了机载光电平台自主定位的技术优势及其特点;文献[8]在分析光电跟踪测量设备组成基础上，全面系统讨论了影响测量精度的各方面因素，通过坐标变换和构建测量方程，进行测量误差分析和误差分配;文献[9]在不依赖激光测距机或无线电测高仪条件下，通过飞机与地面的相对高度推算飞机与目标之间的斜距，利用空间坐标变换，在平坦地势条件下对地面目标进行准确定位。
2空间坐标系与坐标变换
2.1地心空间直角坐标系G(O-GxGyGz)
地心空间直角坐标系G使用直角坐标(Gx，Gy，Gz)表示空间点的位置，参见图1。
2.2地心大地坐标系E(λ，?，h)
地心大地坐标系E使用经度λ、纬度?和高程h表示空间点的位置，参见图2。2.3载机地理坐标系S(O-SxSySz)载机地理坐标系原点O定义为载机质心，Sx轴指向正北，Sz轴指向正东，Sy轴指向天向，参见图3。3目标定位与误差分析
3.1载机测量与光电平台测量参数
目标定位首先需要确定载机定位参数及光电平台测量参数，其中载机定位参数包括载机大地坐标(λ，?，h)和姿态角(ψ，θ，φ)，由全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)给出[13];光电平台测量参数包括视轴指向方位角α、俯仰角β和目标距离ρ，视轴指向方位角和俯仰角由角度传感器，如角位移编码器或感应同步器给出[14]，目标距离由激光测距机给出。
4实验结果与分析
为验证本文方法，选择一组测量数据进行目标定位计算和误差分析实验，通过实验结果进一步分析载机经纬度、载机姿态角度及平台指向角度对目标定位结果的影响。实验中选择WGS-84世界坐标系统及其协议规定的地球常数，载机位置参数、载机姿态参数及光电平台目标测量参数，见表2。将测量参数代入式(9)，计算目标的经纬度和高程坐标，计算结果见表3。
5结论
本文根据机载光电平台组成特点，通过建立6个坐标系统和8次线性变换，构建从成像系统像面坐标系到大地地理坐标系的目标定位数学模型。从载机位置参数、载机姿态参数、光电平台目标参数出发，推导出目标的地心大地坐标计算公式;根据测量参数误差分布，采用蒙特卡罗分析法估算目标定位误差;通过实验数据分析了测量参数误差与目标定位误差之间的关系，具有一定的理论和应用价值。实验结果表明，通过载机位置参数、载机姿态参数和光电平台目标指向角度参数等测量信息可以实现机载光电平台对目标的精确测量。在目标定位误差方面，载机经纬度的敏感度等于1，载机姿态角度和平台指向角度的敏感度为10-4～10-2。载机经纬度误差对目标定位计算结果影响较大，载机姿态角误差、光电平台指向角度误差产生的误差影响较小，载机位置测量精度是影响目标定位精度的关键因素。
参考文献:
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