光电经纬仪实时引导的实现

　　0　引言

　　以电视作为自动跟踪手段的光电经纬仪的探测能力是由长焦镜头和CCD相机性能(包括分辨率、灵敏度)等因素决定的.在实际使用时,由于长焦镜头的视场角较小,而目标是运动的,仅靠人工操作单杆、控制经纬仪在大范围视场内进行搜索,要迅速地捕获和跟踪空中目标是很困难的.另外光电经纬仪的探测能力有限,因此,需要研制光电经纬仪的实时引导系统,在目标到达实验区上空前,引导光电经纬仪对准目标出现的方向,目标一出现,立刻就可进入光电经纬仪的视场.

　　针对上述问题,文献[1]利用雷达引导光电经纬仪,对于低空目标,由于地面杂波及其他干扰的影响,雷达无法进行精确的定位与跟踪,不能提供有效的引导数据.文献[2]利用GPS技术引导光电经纬仪,而GPS需要合作目标,限制了它的适用范围.

　　在火箭弹射击的试验中,利用四台光电经纬仪与雷达进行组网测量.本文根据光电经纬仪测量目标所得的方位角和俯仰角、经纬仪的大地坐标和经纬仪之间的基线距离进行空间交汇计算,解算出目标的空间坐标,可以与雷达的测量数据进行互联,然后进行必要的数据处理,转换成目标相对于光电经纬仪的空间位置,然后引导控制系统对目标进行捕获.

　　1　实现方法

　　在实际测量与跟踪空间目标时,光电经纬仪与雷达实时向引导系统提供测量数据,实时引导系统向光电经纬仪(雷达)发送引导数据,其组成如图1,光电经纬仪与引导系统的通信接口为RS422,雷达与引导系统的通信接口为HDLC.

　　1.1　空间坐标变换

　　试验中经常以发射坐标系描绘目标在空间的飞行轨迹.设发射坐标系为O-XYZ.在O-XYZ中,光电经纬仪i位于而雷达布设在处.由于光电经纬仪与雷达的零度方位角指向不一致,前者为天文北,后者是正北,为了计算方便,引导系统需将雷达的测量数据进行坐标旋转处理.设光电经纬仪与雷达在某一时刻同时捕获跟踪目标,引导系统依靠经过脱靶量修正后的测量数据(αi,λi)用异面交汇法[3]计算出目标在发射系下的瞬时坐标(xt,yt,zt),同时借助修正后的雷达数据(Rr,Ar,Er)得到目标在发射系中的笛卡儿坐标

　　在组网测量中,雷达的采样频率较低(通常为20 Hz),而经纬仪的采样频率为100 Hz,为了得到二者关于目标在同一时刻的位置信息,可用最小二乘法[4-5]对雷达数据进行插值处理.

　　1.2　最小二乘法基本原理

　　最小二乘法就是选择合适的基函数对采样数据进行多项式拟合,并使得拟合的估值与观测值之差的平方和最小.由于观测值均为时间的函数,故常选择为基函数,于是多项式拟合曲线相应于Xi的估值为