光电经纬仪异面交会测量及组网布站优化设计

　　0　引言

　　在武器试验靶场光电经纬仪目标跟踪测量中,为了获得可靠精确的位置和速度参数,通常对光电经纬仪系统进行组网布站测量.布站方式和布站几何不同,测量原理和方法也就不同,对目标航迹和弹道参数的估计准确度亦不同.文献[1]介绍了光电经纬仪单站测量和交会测量方法,文献[2-3]研究了两台及四台交会测量方法,其定位公式都是假设飞行器为点目标前提下推导的理想模型公式.然而,所有飞行器都有较大的外形尺寸,即使小无人机其轴向长度也大于1 m,而对于导弹,其轴向尺寸在1.5~20 m,飞机的外形尺寸也在20 m以上.跟踪测量时可能跟踪的是头部,中部,甚至尾部,作为交会测量时两台或多台观测并非是目标上同一点.另外,由于受光电经纬仪结构、成像原理、测角准确度、时间同步误差以及外界环境(所处地理位置、与太阳的夹角和大气折射等)因素的影响,两台光电经纬仪观测同一目标时其主光轴并不相交于目标上同一点,而是呈现异面关系,这样交会测量时将目标视为点目标的假设会带来较大的原理性误差,甚至引起定位模糊.在组网测量中,如果站址几何选取不合理,会导致交会测量准确度降低,影响多台数据融合准确度.文献[1]中采用最小二乘估计(LS)和递推最小二乘估计目标位置,该方法需要观测参数中的距离参数,然而,在跟踪测量中,有时激光照射目标后无回波信号,即无法获得距离信息,因此也就无法给出目标位置的准确估计,同时,激光测距的准确度约为0.5 m,不适合于高准确度测量的需要.

　　本文根据靶场武器试验对目标高准确度定位测量的需求,提出一种基于空间两异面光轴公垂线估计目标真实位置的异面交会测量新方法[4],并通过误差仿真研究组网测量中交会角、基线长度、方位角和高低角对定位准确度的影响,从而为光电经纬仪组网布站实现高准确度测量以及站址几何的优化设计提供科学方法.

　　1　光电经纬仪异面交会测量方法

　　光电经纬仪受光学成像系统、探测通道和大气能见度影响[5-6],跟踪测量目标一般距测站不大于20 km.目标在电视靶面成像并非为点目标.在实际跟踪测量中,由于受光电经纬仪结构、测角准确度、大气折射、时间同步以及对目标跟踪位置差异等影响,往往两测站或多站对同一目标跟踪测量时其光轴在空间并非相交,而呈现异面关系[4].因而用“交会”计算目标并不符合真实情况,这样会带来较大的弹道或航迹测量误差,其误差随目标尺寸大小,光电经纬仪方位角和俯仰角的大小以及目标到测站的距离变化而变化.为了克服传统“交会”方法原理性误差,提出一种新的异面交会测量方法.