光電經(jīng)緯儀跟蹤測量的基本定位技術(shù)

1、光電測量技術(shù)課程讀書報告光電經(jīng)緯儀跟蹤測量的基本定位技術(shù)院（系）名稱：電氣工程及自動化學(xué)院專業(yè)名稱：自動化測試與控制系學(xué)生學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：哈爾濱工業(yè)大學(xué)2016年11月目錄第1章緒論錯誤！未定義書簽。1.1 課題背景及研究意義11.2 國內(nèi)外光電經(jīng)緯儀技術(shù)的研究現(xiàn)狀11.3 光電經(jīng)緯儀測速方法和應(yīng)用現(xiàn)狀31.4 報告主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排41.5 本章小結(jié)5第2章跟蹤測量理論基礎(chǔ)錯誤！未定義書簽。2.1 常用坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換62.1.1 地心坐標(biāo)系62.1.2 跑道坐標(biāo)系72.1.3 測量坐標(biāo)系72.1.4 輔助坐標(biāo)系82.2 直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換82.3 目標(biāo)空間定位方法92.3.

2、1 單站定位92.3.2 雙站交會定位102.3.3 純測距信息定位112.4 本章小結(jié)11第3章光電跟蹤測量錯誤！未定義書簽。3.1 激光測距儀123.2 單站雙站綜合測量133.3 本章小結(jié)14參考文獻錯誤！未定義書簽。第1章緒論1.1 課題背景及研究意義現(xiàn)代化靶場上的武器控制系統(tǒng)、激光通訊設(shè)備或者是天文觀測儀器中，為了迅速地發(fā)現(xiàn)并精確地跟蹤目標(biāo)，都需要安裝光電捕獲跟蹤與瞄準(zhǔn)裝置。光電經(jīng)緯儀作為既能記錄目標(biāo)的運動姿態(tài)，又能實現(xiàn)對目標(biāo)高精度空間測量的靶場光電跟蹤測量設(shè)備，具有測量精度高、事后可復(fù)現(xiàn)、直觀性強等優(yōu)點，因此，在靶場跟蹤測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用1。為了精確地跟蹤運動目標(biāo)，一旦確定運

3、動目標(biāo)之后，需要將目標(biāo)的運動軌跡以及運動狀態(tài)記錄下來。而運動目標(biāo)的外彈道測量數(shù)據(jù)主要包括兩方面的內(nèi)容：第一，運動姿態(tài)；第二，彈道數(shù)據(jù)：如目標(biāo)在各跟蹤測量時刻的空間位置坐標(biāo)、速度、距離、航跡傾角、航跡偏角等等20得到目標(biāo)在當(dāng)前時刻的速度，對于分析目標(biāo)的空間運動特性、幾何特性、物理特性以及后續(xù)跟蹤測量時刻對目標(biāo)的識別、運動過程的模擬仿真、航跡測量等具有非常重要的意義3。在靶場試驗中，光電經(jīng)緯儀對運動目標(biāo)進行跟蹤測量時，只能測得目標(biāo)在各跟蹤時刻的方位角和俯仰角，不能直接輸出目標(biāo)的速度測量值。因此，本文主要針對光電經(jīng)緯儀不能直接測得跟蹤目標(biāo)的速度值這一問題，開展了光電測量儀器的測速誤差分析及提高精度方

4、法這一研究。利用光電經(jīng)緯儀輸出的方位角和俯仰角的角度值，以及加裝激光距儀輸出的目標(biāo)距光電經(jīng)緯儀的距離，采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法獲取目標(biāo)的速度、加速度與測量時間的函數(shù)關(guān)系，據(jù)此外推目標(biāo)在下一時刻的空間位置坐標(biāo)、速度和加速度等運動參數(shù)40將目標(biāo)的速度參數(shù)反饋給光電經(jīng)緯儀自身的伺服控制系統(tǒng)，作為目標(biāo)繼續(xù)跟蹤捕獲的參考。這在光電跟蹤測量領(lǐng)域中，對提高光電經(jīng)緯儀的跟蹤測量精度具有非常重要的現(xiàn)實意義，也是今后該領(lǐng)域研究的目標(biāo)和方向。1.2 國內(nèi)外光電經(jīng)緯儀技術(shù)的研究現(xiàn)狀光電經(jīng)緯儀作為現(xiàn)代化靶場最基本的光電測量儀器，被廣泛應(yīng)用于航空航天以及武器試驗等軍事科研領(lǐng)域。從60年代初期開始，國內(nèi)的一些研究所和高校開始自己

5、研制靶場試驗專用光電經(jīng)緯儀。其中，最具有代表性的研制單位是長春光機所和成都光電所，這兩個研究所研制的靶場專用大型光電經(jīng)緯儀代表了國內(nèi)光電經(jīng)緯儀技術(shù)的最高水平5o圖1.1光電經(jīng)緯儀60年代中期，長春光機所就己經(jīng)研制了第一臺光學(xué)電影經(jīng)緯儀。60年代末，第二臺光學(xué)電影經(jīng)緯儀成功問世，這臺經(jīng)緯儀安裝了光學(xué)軸角編碼器，并且可以實時地對外輸出測量角度值。在70年代生產(chǎn)的經(jīng)緯儀，己經(jīng)采用激光測距儀實現(xiàn)激光測距的功能，并且安裝有電視實時記錄目標(biāo)序列圖像6o80年代中期的第四代光學(xué)電影經(jīng)緯儀，己經(jīng)采用集成電路、微處理機等技術(shù)，可以實現(xiàn)變焦距捕獲電視、紅外、程序引導(dǎo)等多種跟蹤手段，并且具有跟蹤精度高、測量距離遠等

6、優(yōu)點。如今，在嶄新的21世紀(jì)，長春光機所所生產(chǎn)的全新光電經(jīng)緯儀不僅安裝了全波段傳感器，而且具有大口徑、測量精度高、作用距離遠的優(yōu)點，能夠全天候的工作，并且具有一定的對抗功能，在靶場光電跟蹤測量領(lǐng)域，光電經(jīng)緯儀己經(jīng)成為了必不可少的試驗工具。國外的導(dǎo)彈試驗靶場配備的光電經(jīng)緯儀不僅數(shù)量多、測量精度高，而且更新?lián)Q代速度非?？?。圖1.2是美國的靶場光電經(jīng)緯儀正在對發(fā)射的導(dǎo)彈進行跟蹤測量試驗的圖片。圖1.2國外的光電測量系統(tǒng)早在1791年，英國的威廉康格里夫就在英格蘭伍爾威奇兵工廠用小型望遠鏡跟蹤了射程高達4570m的“康格里夫”火箭。而真正開創(chuàng)了光學(xué)測量界先河的是美國的戈達德夫人，她在1926年，用錫尼

7、柯達攝影機對羅伯特H-戈達德博士的液體火箭研制過程做了攝影記錄7。1937年，德國的馮布勞恩用阿斯卡尼亞經(jīng)緯儀加裝16mm的攝影機,用于320公里試驗射程的V-2火箭軌跡的拍攝。在1940年，第一臺電影經(jīng)緯儀(KTH-41)正式裝備德國的佩內(nèi)明德試驗靶場。至20世紀(jì)70年代初，美國的太平洋導(dǎo)彈靶場就己經(jīng)裝備了23臺電影經(jīng)緯儀，而大西洋導(dǎo)彈靶場僅次于太平洋導(dǎo)彈靶場。1993年，美國的BoeingDuluth公司研制出了高性能光電測量系統(tǒng)，它具有反應(yīng)速度快、體積小、質(zhì)量輕等特點。國外光電經(jīng)緯儀的型號主要有KTH-500,RA-SUM,EOTS,GEODSS,K-400,RADOT,KINETO,M

8、AST等網(wǎng)。在現(xiàn)代化靶場上，光電經(jīng)緯儀的工作狀態(tài)主要有兩種：固定站形式和活動站形式。而活動站的工作狀態(tài)又分為兩種：一種是把光電經(jīng)緯儀安裝在車載平臺上；一種是把光電經(jīng)緯儀直接安裝到輪船的甲板上。國內(nèi)靶場的光電經(jīng)緯儀大都采用固定地基式的工作方式，這種安裝方式雖然機動性能差，但鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地基可以使光電經(jīng)緯儀平穩(wěn)地工作，且?guī)诱`差小。因此，光電經(jīng)緯儀在跟蹤測量過程中產(chǎn)生的測量誤差也比較小。本文主要的研究對象是新型具有激光距功能的固定站式大型光電經(jīng)緯儀。1.3 光電經(jīng)緯儀測速方法和應(yīng)用現(xiàn)狀在靶場上，光電經(jīng)緯儀對目標(biāo)進行跟蹤測量時，跟蹤精度與響應(yīng)速度是其實現(xiàn)精密跟蹤的關(guān)鍵，而獲取目標(biāo)的運動特性是跟蹤

9、系統(tǒng)的主要技術(shù)要求。其中，目標(biāo)的運動特性主要包括目標(biāo)的距離、空間位置坐標(biāo)、速度及加速度等。因此，獲得目標(biāo)的速度并提高其測量精度，這在光電經(jīng)緯儀的目標(biāo)跟蹤測量過程中具有非常重要的意義。通過閱讀大量的國內(nèi)外文獻：發(fā)現(xiàn)以往光電經(jīng)緯儀對目標(biāo)進行跟蹤測量試驗時，對目標(biāo)的測速方法和測速精度方面的研究，都是基于目標(biāo)圖像處理或姿態(tài)測量等問題，沒有進行過系統(tǒng)的研究，并且從沒有在真正的意義上提出過測量目標(biāo)速度及提高其測量精度等方面的研究課題。而且在光電經(jīng)緯儀的跟蹤測量系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)一覽表上，也從沒有提出過其對目標(biāo)速度的測量精度這一技術(shù)指標(biāo)。因此，通過光電經(jīng)緯儀輸出的測量數(shù)據(jù),計算測量目標(biāo)的速度、對測速誤差來源進行分

10、析及提出提高測速精度的方法顯得尤為重要。由于光電經(jīng)緯儀不能直接輸出運動目標(biāo)的速度，因此，為了獲取跟蹤目標(biāo)的速度及其測量精度，需要對光電經(jīng)緯儀輸出的測量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。首先，根據(jù)光電經(jīng)緯儀輸出的測量數(shù)據(jù)計算目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)。其次，采用曲線擬合的方法擬合目標(biāo)的運動軌跡。最后，對目標(biāo)的軌跡函數(shù)進行微分運算，即可得到對應(yīng)的速度值。綜上，獲得了目標(biāo)的速度值之后，根據(jù)函數(shù)誤差傳遞原理及誤差合成原理分析經(jīng)緯儀測量誤差對速度精度的影響因子。1.4 報告主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排本文主要針對靶場試驗用光電經(jīng)緯儀不能實時輸出跟蹤目標(biāo)的速度這一問題展開研究。利用光電經(jīng)緯儀輸出的目標(biāo)方位角、俯仰角以及目標(biāo)距離信息，首

11、先通過坐標(biāo)計算和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到目標(biāo)的空間位置。其次，采用相應(yīng)的曲線擬合算法得到目標(biāo)的運動軌跡曲線函數(shù)。最后，通過微分運算得到目標(biāo)的速度，并分析測速誤差的來源，及測量誤差對測速精度的影響因子。因此，本論文的主要研究內(nèi)容包括以下五個章節(jié)：第一章為緒論。主要介紹了本課題的研究背景和意義，以及光電經(jīng)緯儀技術(shù)的研究現(xiàn)狀。重點分析了光電經(jīng)緯儀測速方法、理論及應(yīng)用的研究現(xiàn)狀和問題。最后介紹了本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排。第二章主要介紹了目標(biāo)跟蹤測量的理論基礎(chǔ)。首先闡述了目標(biāo)空間定位過程中常用的坐標(biāo)系及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。其次論述了目前常用的目標(biāo)空間定位方法及理論，為后面第三章的研究內(nèi)容做好了鋪墊。最后是對第二章節(jié)

12、的總結(jié)，闡述了基礎(chǔ)理論知識的重要性。第三章給出了測量目標(biāo)速度的相關(guān)算法。通過第二章對于不同分類方法的介紹，提出了光電跟蹤測量中目標(biāo)空間定位的方法一單站雙站綜合測量方法，在一定程度上提高了空間定位精度，減小了測速誤差。其次，提出了采用三次樣條插值方法擬合目標(biāo)運動軌跡。區(qū)別于之前的方法，減少了因軌跡擬合過程中帶來的擬合殘差，使后續(xù)對速度的誤差分析變得更加簡單。1.5 本章小結(jié)本章主要介紹了報告的研究背景和意義、國內(nèi)外光電經(jīng)緯儀技術(shù)的研究現(xiàn)狀，以及光電跟蹤測量系統(tǒng)測速的方法、理論應(yīng)用和工程應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，提出了本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排。第2章跟蹤測量理論基礎(chǔ)2.1 常用坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換2.1.

13、1 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系是全球統(tǒng)一的坐標(biāo)系，它包括地心球面坐標(biāo)系、地心空間直角坐標(biāo)系、地心大地坐標(biāo)系三種。地心坐標(biāo)系以地球的質(zhì)心作為坐標(biāo)原點，以與大地水準(zhǔn)面實現(xiàn)最佳密合的地球橢球面作為其基準(zhǔn)面。地心坐標(biāo)系對航空航天技術(shù)、遠程跟蹤控制技術(shù)以及地球科學(xué)研究等都具有十分重要的意義，尤其對靶場光電跟蹤測量設(shè)備而言，地心坐標(biāo)系作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的一個重要中間媒介，起著無可替代的作用。在光測事后數(shù)據(jù)處理中，地心空間直角坐標(biāo)系更適用于光電經(jīng)緯儀測量數(shù)據(jù)的處理，因此，本文所涉及的地心坐標(biāo)系均為地心空間直角坐標(biāo)系9。圖2.1地心空間直角坐標(biāo)系如圖2.1所示，Oa為地球中心，是地心空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點。Za軸是地球

14、自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸，指向地球自轉(zhuǎn)軸的方向。Xa軸與Za軸垂直，由地心指向起始大地子午面與赤道的交點。X軸位于赤道面上，Xa軸與Ya軸共同構(gòu)成赤道面，Xa、工與Za三軸符合右手定則10。2.1.2跑道坐標(biāo)系跑道坐標(biāo)系是站心坐標(biāo)系的一種，主要用來確定目標(biāo)機體上某點相對于跑道上某周定點位的具體位置，通常以跑道上過某固定點的鉛垂線和水平面為基準(zhǔn)建立符合右手定則的坐標(biāo)系11。圖2.2跑道坐標(biāo)系跑道坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點Ob通常為目標(biāo)機體的起飛點或者著陸區(qū)阻攔索的中心點。Xb軸通常位于水平面內(nèi)，由坐標(biāo)原點指向跑道延伸的方向，其方向為從大地北向東順時針轉(zhuǎn)過P角度。Yb軸為過坐標(biāo)原點的鉛垂線，且豎直向上為正方向。Xb軸位

15、于水平面內(nèi)且過坐標(biāo)原點，Xb、K與Zb構(gòu)成符合右手定則的空間直角坐標(biāo)系，如圖2-2所示。2.1.3 測量坐標(biāo)系測量坐標(biāo)系也是站心坐標(biāo)系的一種，主要用來描述目標(biāo)相對測站的空間位置坐標(biāo)。測量坐標(biāo)系通常采用垂直坐標(biāo)系，適用于光電經(jīng)緯儀和彈道相機等現(xiàn)代化靶場光電測量設(shè)備。測量坐標(biāo)系以設(shè)備的垂直軸、照準(zhǔn)軸和水平軸的幾何交點為坐標(biāo)原點Oc。Oc即為光電經(jīng)緯儀的光心。Xc軸過坐標(biāo)原點Oc,且指向大地北方向。YC軸為經(jīng)過坐標(biāo)原點Oc的鉛垂線，向上為正。Zc軸與Xc軸同位于過坐標(biāo)原點Oc的水平面內(nèi)，與Xc軸、Yc軸共同構(gòu)成符合右手定則的坐標(biāo)系12,如圖2.3所示。圖2.3測量坐標(biāo)系2.1.4 輔助坐標(biāo)系輔助坐標(biāo)

16、系又稱為過渡坐標(biāo)系，是為了簡化計算或易于建模而專門設(shè)立的坐標(biāo)系，它的坐標(biāo)原點和三個坐標(biāo)軸的方向可以任意設(shè)置130在獲得最終參數(shù)估計量之后，需要將坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到指定坐標(biāo)系。例如，在光電經(jīng)緯儀交會測量目標(biāo)的空間位置時，首先以某觀測站為坐標(biāo)原點求取目標(biāo)相對于測量坐標(biāo)系的空間位置，然后通過輔助坐標(biāo)系將測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到發(fā)射坐標(biāo)系下，得到目標(biāo)在發(fā)射坐標(biāo)系下的空間位置，使得計算過程得到簡化。2.2 直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換以跑道坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換為例，假設(shè)目標(biāo)在跑道坐標(biāo)系下的坐標(biāo)可表示為（Xb乂Zb），在地心空間直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為（XaYaZa）,跑道坐標(biāo)系坐標(biāo)原點的天文經(jīng)度、緯度以及Xb

17、與正北方向的夾角分別為L。、&、P0,坐標(biāo)原點相對于地心空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)為（XaYaZa設(shè)Rx伊）、Ry（¥）、RzB）分別為跑道坐標(biāo)系Xb軸、K軸、Zb軸繞地心空間直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)矩陣，如（2-1）式所示。一1Rx(P)=00-sinPRy二cos001sinPcosP-sin0(2-1)_sin?cos'-R尸尸sin中I0cossin'-0coW001結(jié)合上式可得跑道坐標(biāo)系與地心空間直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：XIXol.、,dbl+p。kNJYaYo+Rz7aj7oj71-LoRx(-Bo<2)'(2-2)其他坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換同理。2

18、.3 目標(biāo)空間定位方法2.3.1 單站定位靶場上，單臺光電經(jīng)緯儀對目標(biāo)進行跟蹤測量時，只能得到目標(biāo)的方位角和俯仰角，只根據(jù)測角信息不能測得目標(biāo)在每個時間點的空間位置，因此，在光電經(jīng)緯儀上加裝激光測距儀，并在目標(biāo)機體上加裝激光合作目標(biāo)。這樣，不僅可以獲得目標(biāo)在每一時間序R,進而可以得到目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)，如圖2.4所示。列上的方位角A、俯仰角Ei的測量值，還可以得到目標(biāo)距光電經(jīng)緯儀光心的距離值圖2.4單臺光電經(jīng)緯儀匹配激光測距儀定位由此可見，單臺光電經(jīng)緯儀匹配激光測距裝置，觀測站能夠獲得目標(biāo)的距離值R、方位角A、俯仰角E三個信息，完全可以確定目標(biāo)的空間位置140靶場上采用單臺光電經(jīng)緯儀對目標(biāo)進行

19、空間定位比較容易實現(xiàn)，因此，單站定位方法得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但單站測量的定位精度低于雙站交會測量的定位精度，尤其是當(dāng)目標(biāo)距光電經(jīng)緯儀較遠時，激光測距儀的測距精度明顯降低，更降低了單站測量的定位精度。2.3.2 雙站交會定位在光電經(jīng)緯儀不安裝激光測距裝置或目標(biāo)機體不加裝激光合作目標(biāo)的情況下，單臺光電經(jīng)緯儀不能獲得目標(biāo)的空間位置，只能利用滿足交會測量條件（兩觀測視線在同一平面內(nèi)且相交）的兩臺光電經(jīng)緯儀通過交會測量測得目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)。Mi圖2.5雙站交會定位如圖2.5所示，A、B兩站各有一臺光電經(jīng)緯儀，Oi、。2分別為兩臺經(jīng)緯儀的光心位置，它們之間的距離為L。當(dāng)目標(biāo)位于Mi點時，其在測量水平

20、面的投影點，A、B兩臺經(jīng)緯儀測得的目標(biāo)的方位角和俯仰角分別為Az、Eiio雙站交會測量的定位精度高于單站測量的定位精度，但低于多站交會測量并采用融合算法處理獲取目標(biāo)空間位置的精度15?？偟膩碚f，雙站交會定位方法計算過程較簡單，測量精度較高，實用性比較強。同理，多站交會與雙站交會測量類似，多臺經(jīng)緯儀要同時滿足多站布站的原則，多臺經(jīng)緯儀輸出的測量數(shù)據(jù)較多，為提高測量精度需要切換交會公式，因此數(shù)據(jù)的利用率低，且?guī)磔^多的誤差項，后續(xù)誤差計算較麻煩，因此，本文不過多贅述。2.3.3 純測距信息定位基地的光電經(jīng)緯儀一般安裝有激光鋼距儀，可以測得目標(biāo)距經(jīng)緯儀光心的距離值,在事后光測數(shù)據(jù)處理中，只要有三個或

21、三個以上的激光測距元就可以確定目標(biāo)的空間位置。當(dāng)有三個測站時，我們可以根據(jù)測站間的空間幾何關(guān)系求解目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)，因此也稱為3R測元定位法。圖2.63R測元定位2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了光電經(jīng)緯儀跟蹤測量的理論基礎(chǔ)：一、常用坐標(biāo)系；如地心空間直角坐標(biāo)系、測量坐標(biāo)系、跑道坐標(biāo)系、輔助坐標(biāo)系二、坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換；介紹了幾種常用坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，為后續(xù)目標(biāo)空間定位打好基礎(chǔ)。三、幾種常用的目標(biāo)空間位置的測量方法。通過在實際工程中的應(yīng)用，對比數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜程度和精確度，為后面目標(biāo)空間定位方法的選取提供了依據(jù)，并為計算分析目標(biāo)的速度提供了參考。第3章光電跟蹤測量3.1激光測距儀激光測距儀是通過

22、測量激光往返目標(biāo)所需的時間來確定目標(biāo)距離的一種傳感器。激光測距儀因結(jié)構(gòu)簡單、探測距離遠、響應(yīng)時間快等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于靶場光電跟蹤測量領(lǐng)域16。目前，靶場的光電經(jīng)緯儀大都通過激光測距儀完成高精度空間測距，與測量電視輸出的數(shù)據(jù)配合實現(xiàn)單站高精度空間定位。發(fā)肘機接收機C*)旋轉(zhuǎn)鏡面圖3.1激光傳感器工作原理圖一般情況下，靶場的光電經(jīng)緯儀上安裝的激光測距子系統(tǒng)由激光器、激光發(fā)射裝置和接收裝置以及處理電路組成。如圖3.1所示，傳感器工作時，由激光二極管向目標(biāo)發(fā)射脈沖寬度極窄的激光脈沖，經(jīng)目標(biāo)反射后激光脈沖向各個方向散射，部分散射光返回到傳感器的接收裝置，記錄并處理從激光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間

23、，即可確定目標(biāo)的距離16,如式(3-1)所示。1 .，、R=-c4t(3-1)2其中，R即為光電經(jīng)緯儀的光心距目標(biāo)機體的距離，c為光速，蟲為激光脈沖從激光二極管發(fā)射到返回至接收器被接收的時間。激光測距的誤差主要包括系統(tǒng)誤差和隨機誤差，系統(tǒng)誤差事后可得到修正。測距過程中隨機誤差的來源主要有：計數(shù)器分辨率產(chǎn)生的誤差；晶振頻率穩(wěn)定度產(chǎn)生的誤差；觸發(fā)器和放大器延時產(chǎn)生的誤差。因此，激光測距儀測距過程中產(chǎn)生的總誤差。為:CJ-;.-12二2(3-2)般情況下激光測距儀的測距精度可做到a<1m3.2 單站雙站綜合測量在靶場光電跟蹤測量試驗中，利用滿足交會測量條件的兩臺光電經(jīng)緯儀輸出的觀測數(shù)據(jù)就可以確

24、定運動目標(biāo)在任一時刻的空間位置坐標(biāo)。但是，當(dāng)目標(biāo)位于兩臺經(jīng)緯儀的基線上方時，通過計算目標(biāo)的空間定位誤差知道定位誤差為極大值，此時，不易選用交會測量方法170因此，本文給出了一種新的測量目標(biāo)空間位置坐標(biāo)的方法一單站雙站綜合測量方法，基本流程圖如圖3.2所示18。圖3.2基本流程圖Mn圖3.3經(jīng)緯儀布站圖采用單站雙站綜合測量方法測量目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)，在理論上解決了雙站交會測量過程中出現(xiàn)極大測量誤差的情況，以及單站定位過程中目標(biāo)易丟失的情況，因此，有助于提高目標(biāo)的空間坐標(biāo)測量精度，進而提高目標(biāo)的測速精度19。之后，基于三次樣條插值法就可以擬合出目標(biāo)運動軌跡20。根據(jù)光電經(jīng)緯儀輸出的測量數(shù)據(jù)，通過單

25、站雙站綜合測量方法得到了目標(biāo)在各時間節(jié)點的空間位置坐標(biāo)，即獲得了目標(biāo)的空間離散運動軌跡。而獲取目標(biāo)的連續(xù)運動軌跡往往是求取目標(biāo)速度和加速度的前提和必要條件，因此，選擇采用插值方法來獲取目標(biāo)運動軌跡的變化規(guī)律。鑒于高次插值既不穩(wěn)定也不收斂的特點，而低次插值既具有收斂性又具有一定的穩(wěn)定性，因此，選擇低次插值方法更具有實用意義。低次插值方法雖然在插值區(qū)間具有連續(xù)性，但在插值節(jié)點處的一階導(dǎo)數(shù)卻不存在，而三次樣條插值函數(shù)由分段三次曲線并接而成，不僅在連接點上二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)、具有二階光滑度，還克服了高次插值既不收斂又不穩(wěn)定的特點，因此，更適合運用于目標(biāo)速度和加速度的進一步求取20。具體方法可參照相關(guān)專業(yè)參考

26、書，本報告中不再贅述。3.3 本章小結(jié)還解決了雙站交會本章首先主要給出了一種新的光電跟蹤測量定位方法：單站雙站綜合定位方法。這種方法不僅克服了多站融合測量數(shù)據(jù)冗余及數(shù)據(jù)利用率不高的弊端，測量中會出現(xiàn)極大測量誤差的情況，大大地提高了目標(biāo)空間定位精度參考文獻1 J.L.Martnez,etal.Objectfollowingandobstacleavoidanceusingalaserscannerinoutdoormobilerobotauriga-a.Proc.ofIEEE/RSJInt.Conf.onIntelligenRobotsandSystems.pp.204-209,19982 S.

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