一种提高机载光电系统目标定位精度的校靶方法技术方案

本发明专利技术公开一种提高机载光电系统目标定位精度的校靶方法。机载光电系统目标定位方法是指安装在载机上的光电设备，根据自身的测量数值及载机的姿态角度、地理坐标、海拔高度，计算出它观测到的空中/地面点目标在大地坐标系下的坐标的一种算法。而由于惯导坐标系与光电转塔光轴所在所标系之间存在误差，从而导致定位精度不能达到指标要求，本专利提供了一种能明显提高定位精度的校靶方法，可以有效的提高目标定位精度。本专利可以利用现有设备，标定光轴坐标，并计算出光轴坐标系与惯导坐标系之间的欧拉角，将此欧拉角转换矩阵代入目标定位算法后，在斜距5公里的情况下定位精度约在10m至20m之间。本专利可以利用现有设备，可以适用于不同型号的光电系统，通用性强。

A calibration method for improving the target positioning accuracy of airborne optoelectronic system

The invention discloses a calibration method for improving the target positioning accuracy of the airborne optoelectronic system. The target positioning method of airborne electro-optical system refers to optoelectronic devices installed on the machine, according to the measurement values of themselves and the aircraft attitude angle, geographic coordinates, altitude, calculate its observed air / ground targets in a coordinate algorithm in geodetic coordinate system. However, due to the error between the inertial navigation system and the optical axis of the photoelectric tower, the positioning accuracy can not meet the requirements. This patent provides a target calibration method which can significantly improve the positioning accuracy, and it can effectively improve the accuracy of target positioning. The patent can calibrate the optical axis coordinates by using the existing equipment, and calculate the Euler angle between the optical axis coordinate system and the inertial navigation coordinate system. After the Euler angle transformation matrix is replaced by the target location algorithm, the positioning accuracy is between 10m to 20m at a slant distance of 5 kilometers. This patent can be used in the existing equipment and can be applied to different types of photoelectric systems.

【技术实现步骤摘要】
一种提高机载光电系统目标定位精度的校靶方法
本专利技术属于机载光电
，是一种提高机载光电系统目标定位精度的方法。
技术介绍
自主定位技术是指将POS系统(由GPS接收机和惯导系统组成)安装于机载光电侦察设备顶部，由机载光电侦察设备独立实现目标定位功能。通过这一技术，光电侦察设备可挂载任意平台上进行自主定位，通用性良好，省去了地勤人员对飞机进行姿态数据通讯、时钟同步对接、安装标校等工作，缩短了联调周期，消除了减震器误差，还可以节约成本并减轻飞机平台载荷重量。POS系统安装在光电侦察设备上后需要进行校靶，传统的校靶方法存在以下问题：1.场地要求，需要相对平整的校靶场地，每架载机都需要专用校靶仪器，飞机需要架水平；2.步骤繁杂，需要安装靶镜、安装目标靶、将飞机架水平、观测等步骤，大约需要5-10个小时；3.成本较高，仪器设计、生产费用，花费较高。地勤人员需要专业培训，操作较为复杂。另外传统的校靶方法都没有同时标定惯导坐标系和光轴坐标系，因而会造成较大的校靶误差，导致校靶精度不高。
技术实现思路
要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：当前所采用的校靶方法对准方式繁杂、对准时间长，对准精度差，不能满足实际使用过程中目标定位的精度要求。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种提高机载光电系统目标定位精度的校靶方法，该方法原理是通过天顶仪，标校出光电系统光轴所在坐标系，并计算出光电系统光轴坐标系与惯导坐标系之间的欧拉角，组成欧拉矩阵后实现校靶，校靶完成后将得到的欧拉矩阵引入目标定位算法，可大幅提高目标定位精度。本专利技术的方法通过将固连好的光电系统以及惯导架设于天顶仪中间，利用天顶仪的水平光管组的水平特性，标校光电系统光轴的俯仰角以及横滚角，读出惯导当前输出的横滚角与俯仰角，然后利用已知的平行光管对真北向的夹角和惯导输出的航向角，相减后计算出两个坐标系之间的航向偏差欧拉角。本专利技术的技术方案为：所述一种提高机载光电系统目标定位精度的校靶方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将光电系统与惯导固连，放置于天顶仪中心位置的三脚转台上；步骤2：给光电系统和与其固连的惯导上电，待惯导初始对准完成后，调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤3：操作光电系统转塔方位旋转90°，俯仰角度不变，使光电系统瞄准线指向天顶仪垂直方向的平行光管的十字中心；如果光电系统瞄准线未能对准天顶仪垂直方向的平行光管的十字中心，则返回步骤2，重新调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤4：操作光电系统转塔方位旋转，将光电系统瞄准线分别指向天顶仪其他平行光管的十字中心，若光电系统瞄准线均能对准天顶仪其他平行光管的十字中心，则表示光电系统瞄准线与大地水平，否则返回步骤2，重新调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤5：将光电系统瞄准线对准天顶仪中心平行光管中的十字，对光电系统转塔方位角度标零，并记录此时惯导输出的俯仰角θ、横滚角φ和航向角ψb；根据天顶仪中心平行光管与真北夹角ψr，计算光电系统瞄准线的方位角偏差ψ＝ψb-ψr；步骤6：根据俯仰角θ、横滚角φ和方位角偏差ψ，计算惯导坐标系到光电系统光轴坐标系的转换矩阵进一步的优选方案，所述一种提高机载光电系统目标定位精度的校靶方法，其特征在于：步骤5中方位角偏差通过以下方式得到：用差分卫星导航系统在室外进行选两点并标记，要求：两点在差分卫星导航系统上显示经度相同，两点间距1km以上，两点间在视线上无遮挡；选择纬度大的为D点，纬度小的为P点；将光电系统与惯导固连后放置在P点，调整安装支架，使惯导输出的俯仰角和横滚角等于步骤5中惯导输出的俯仰角θ、横滚角φ，且光电系统光窗中心处于P点；控制光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准D，记录下此时惯导输出的航向角ψb′和转塔方位角为ψr′，得到方位角偏差ψ＝ψb′-ψr′。有益效果本专利技术的有益效果体现在以下几个方面：(一)本专利技术测算欧拉角的校靶方法将传统的目视校靶方法变为电子校靶方法，并通过测算两个坐标系之间的偏差角，将传统的校靶方法变为两个坐标系之间的对准，精度高。(二)本专利技术的校靶方法需要的硬件资源较少，可以利用现有设备完成校靶，校靶时间短，便捷化程度高。(三)本专利技术的测算欧拉角的过程简便，具有较强的通用性和工程应用价值。附图说明图1是本专利技术方法的工作流程图。图2是本专利技术的操作示意图。具体实施方式下面结合附图及优选实施例对本专利技术作进一步的详述。采用本专利技术的机载光电系统包括光学传感器2、差分GPS、惯导1、天顶仪4、三脚转台3、操控手柄5(图2)。光学传感器安装在光电系统内的光具座上，天顶仪水平组7个光筒的水平度可以保持在20″以内，中心光筒通过惯导测量出其轴线与真北夹角ψr，其精度为5′，差分GPS定位精度优于1m。惯导从校靶开始前必须固连于光电系统顶盖上方。三脚转塔放置于天顶仪中心的平整地面上，三个调整脚的上下调节幅度大于3mm。将光电系统安置于三脚转塔上时对其操作并转动时应无晃动现象，按照图1所示的流程执行以下操作步骤：步骤一，将光电系统与惯导固连，惯导与光电系统之间的安装法兰的平行度在0.1mm以内，顶部的航向箭头大致与光电系统零位方向(正前方)对齐，放置于天顶仪中心位置的三脚转台上，三脚转塔应放置于平整的地面上，三个调整脚的上下调节幅度应大于3mm。步骤二，给光电系统和其固连的惯导上电，待惯导初始对准完成后，调整三脚转台，操作光电系统，使可见光电视调整至最小视场，使得十字线充满当前视场的中心，然后操作光电系统令图像中的瞄准线与中心平行光管(A光筒)中的十字中心重合，观察并记录此时光电系统输出的俯仰角T，输出的俯仰角应精确至10″以内(输出的角度值应精确至小数点后第三位)。步骤三，操作光电系统向左方位旋转90°，调整俯仰角度至T，指向垂直方向的平行光管(B光筒)的十字中心，操作光电系统反向旋转180°对准另一方向的平行光管(C光筒)，若无法对准则需重复步骤二，重新调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心。步骤四，操作光电系统观察其他四个平行光管，保证瞄准线十字横向与各个光筒内的十字线的横线在同一高度，否则重复步骤二，重新调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心。步骤五，操作光电系统，将瞄准线十字和A光筒中的十字重合，对进行光电系统当前输出的方位、俯仰角的角度进行标零并锁定光电转塔至当前位置。记录下此时惯导输出的俯仰角θ和横滚角φ。θ即为欧拉转换矩阵中的俯仰偏差角，φ为欧拉转换矩阵的横滚偏差角，输出的角度值应精确至小数点后第三位。算航向角(方位角)偏差：读出此时惯导输出的航向角ψb，已知A光筒与真北夹角为ψr，那么光轴的方位角偏差ψ＝ψb-ψr。至此可以得到光轴坐标系与惯导所坐标系之间转换的三个欧拉角：方位角偏差ψ、俯仰角θ、横滚角φ。步骤六，惯导所在的坐标INS，通过连续旋转方位角ψ、俯仰角θ以及横滚角φ，便可传递至光轴坐标系EO。计算惯导坐标系到光电系统光轴坐标系的转换矩阵该转换矩阵即为由惯导坐标系到光电系统光轴坐标系的转换矩阵。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高机载光电系统目标定位精度的校靶方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将光电系统与惯导固连，放置于天顶仪中心位置的三脚转台上；步骤2：给光电系统和与其固连的惯导上电，待惯导初始对准完成后，调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤3：操作光电系统转塔方位旋转90°，俯仰角度不变，使光电系统瞄准线指向天顶仪垂直方向的平行光管的十字中心；如果光电系统瞄准线未能对准天顶仪垂直方向的平行光管的十字中心，则返回步骤2，重新调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤4：操作光电系统转塔方位旋转，将光电系统瞄准线分别指向天顶仪其他平行光管的十字中心，若光电系统瞄准线均能对准天顶仪其他平行光管的十字中心，则表示光电系统瞄准线与大地水平，否则返回步骤2，重新调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤5：将光电系统瞄准线对准天顶仪中心平行光管中的十字，对光电系统转塔方位角度标零，并记录此时惯导输出的俯仰角θ、横滚角φ和航向角ψb；根据天顶仪中心平行光管与真北夹角ψr，计算光电系统瞄准线的方位角偏差ψ＝ψb‑ψr；步骤6：根据俯仰角θ、横滚角φ和方位角偏差ψ，计算惯导坐标系到光电系统光轴坐标系的转换矩阵...

【技术特征摘要】
2017.04.24 CN 20171026889651.一种提高机载光电系统目标定位精度的校靶方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将光电系统与惯导固连，放置于天顶仪中心位置的三脚转台上；步骤2：给光电系统和与其固连的惯导上电，待惯导初始对准完成后，调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤3：操作光电系统转塔方位旋转90°，俯仰角度不变，使光电系统瞄准线指向天顶仪垂直方向的平行光管的十字中心；如果光电系统瞄准线未能对准天顶仪垂直方向的平行光管的十字中心，则返回步骤2，重新调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤4：操作光电系统转塔方位旋转，将光电系统瞄准线分别指向天顶仪其他平行光管的十字中心，若光电系统瞄准线均能对准天顶仪其他平行光管的十字中心，则表示光电系统瞄准线与大地水平，否则返回步骤2，重新调整三脚转台，操作光电系统转塔，使光电系统瞄准线对准天顶仪的中心平行光管的十字中心；步骤5：将光电系统瞄准线对准天顶仪中心平行光管中的十字，对光电系统转塔方位角度标零，并记录此时惯导输出的俯仰角θ、横滚角φ和航向角ψb；根据天顶仪中心平行光管与真北夹角ψr，计算光电系统瞄准线的方位角偏差ψ＝ψb-ψr；步骤6：根据俯仰角θ、横滚角φ和方位角偏差ψ，计算惯导坐标系到光电系统光轴坐标系的转换矩阵

【专利技术属性】
技术研发人员：常新宇，严乾真，冯涛，吕勃龙，成刚，宁飞，梁冰，赵志草，郑凤翥，张文博，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61