一种基于传感器的测量目标运动参数方法研究

作者:常景娜;高慧斌;乔冠宇 刊名:传感器与微系统 上传者:林巧珠

【摘要】光电经纬仪跟踪过程中,为高精度地跟踪目标,必须提高目标运动参数的测量精度。结合工程中遇到的实际问题,提出了采用单站、双站交会综合测量目标空间坐标的方法,利用三次样条插值方法拟合目标的运动轨迹,确定目标在各时间点的方位坐标和运动参数。经实验验证:在激光测距仪测距精度为0.2 m、编码器测角精度为20″时,测速精度可以提高0.351 m/s。与传统方法相比,该方法具有数据利用率高、计算方法简单、实时性好等优点。

全文阅读

0引言光电经纬仪对目标进行跟踪测量[1]时,目标的运动参数是确定捕获和瞄准技术要求的主要依据。将目标的运动参数反馈给光电经纬仪的伺服控制系统或武器平台的发射系统,作为目标继续捕获或攻击参数确定的参考。因此,提高目标运动参数的精度,在经纬仪目标跟踪测量中具有非常重要的现实意义。为了获得目标的速度,首先要根据经纬仪输出的测量数据计算目标的空间坐标;其次,拟合目标的运动轨迹,采用相应的数据处理方式得到目标的运动参数。动态目标的跟踪测量一般选用两台或两台以上的光电经纬仪对目标进行交会跟踪测量。多站交会测量[2,3]时,多台经纬仪要满足多站布站的原则,测量数据较多,需切换交会公式,因此,数据的利用率低,且带来较多的误差项,后续误差计算较麻烦;对于双站交会测量[4]方法,当目标位于两台经纬仪基线上方时,交会精度不高,测量数据不可用;采用一台光电经纬仪匹配激光测距传感器[5],根据其输出的角度值和距离值就可以确定目标的空间坐标,适用于靶场光电测量试验和外场试验,但易发生单站丢失目标的情况,且测量精度低于双站交会测量方法。目前,应用在经纬仪上拟合目标运动轨迹的方法大多采用最小二乘法[6~9],最小二乘法是根据均方根误差最小的原理得到目标的运动轨迹。对于做复杂运动,且速度较快的目标来说,要达到较高的拟合精度,拟和函数的阶次较高,计算量大,实时性不好。本文提出了一种两台经纬仪仅一台匹配激光测距仪,单站、双站综合测量目标空间位置;采用三次样条插值函数拟合目标运动轨迹的测量方法。相比于传统方法,既避免了一台经纬仪测站丢失目标的情况,又具有较高的测量精度;且三次样条插值函数具有二阶光滑度和良好的收敛性,在理论和应用上均有重要意义。1激光测距传感器激光测距传感器是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离的一种传感器。光电经纬仪上安装的激光测距子系统由激光器、激光发射装置、激光接收装置以及处理电路组成。传感器工作时,由激光二极管向目标发射脉冲极窄的激光脉冲,经目标反射后激光脉冲向各个方向散射,部分散射光返回到传感器的接收装置,记录并处理从激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间,即可确定目标的距离,如式(1)所示R=12ct.(1)其中,R为目标距光电经纬仪的距离,c为光速,t为激光脉冲从发射到返回接收器的时间。本文采用的激光测距传感器测量距离可达6000m,当测量距离小于2000m时,测距精度为0.2m。2空间坐标测量原理将满足交会测量条件的两台光电经纬仪其中一台安装激光测距装置,两台经纬仪的布站方式如图1所示。OXYZ为发射坐标系,两台经纬仪的光心位置分别为O1,O2,两测站之间的距离为L,基线与X轴正向的夹角为。以O1,O2为坐标原点建立符合右手定则的坐标系O1X1Y1Z1,O2X2Y2Z2。为简便起见,布站时将坐标原点O1,O2和O设置于同一平面内,且坐标轴的方向一致。在发射坐标系下,两测站原点的坐标分别为(X10,Y10,Z10),(X20,Y20,Z20)。目标沿M0M1M2…Mn轨迹飞行,在测量水平面的投影为M0'M1'M2'…Mn'。在跟踪测量的ti时刻,目标位于Mi点,两台光电经纬仪测得的方位角和俯仰角分别为A1i,A2i,E1i,E2i,由三角形正弦定理,可得目标在发射坐标系下基于A站O1X1Y1Z1的空间坐标方程,如式(2)所示XF1=X10+Lsin(A2i-A1i)sin(A2i-)cosAliYF1=Y10+Lsin(A2i-A1i)sin(A2i-)tanE1iZF1=Z10+Lsin(A2i-A1i)sin(A2i-)sinA1?i.(2)根据函

参考文献

引证文献

问答

我要提问