大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法
【專利摘要】大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法，涉及光電測(cè)控領(lǐng)域，解決現(xiàn)有由于加工與裝調(diào)過程中引入的誤差，并且該誤差與光學(xué)設(shè)計(jì)值不完全一致，從而導(dǎo)致大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀光電測(cè)量精度低的問題，本發(fā)明包括標(biāo)定檢測(cè)架、模型數(shù)據(jù)的采集、建立標(biāo)定模型和精度檢測(cè)，獲得測(cè)角的均方根值，發(fā)明將多元回歸分析方法用于脫靶量的修正，從而將觀測(cè)值與回歸值之間的殘差平方和最小，提高回歸精度。將大視場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)處理，對(duì)每個(gè)分區(qū)進(jìn)行多元回歸分析計(jì)算，有利于提高計(jì)算精度，從而間接提高測(cè)角精度。
【專利說明】大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電測(cè)控領(lǐng)域，具體涉及一種大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法，在光電經(jīng)緯儀精度檢測(cè)中，可用于提高大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀的測(cè)角精度。在外場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)中，可用于提高目標(biāo)的外彈道軌跡坐標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]在導(dǎo)彈、航天器發(fā)射試驗(yàn)過程中，火箭的飛行彈道和衛(wèi)星軌道等反映試驗(yàn)情況的數(shù)據(jù)，大多數(shù)是由無線電和光學(xué)外測(cè)設(shè)備通過測(cè)量獲得的，這些外測(cè)設(shè)備的測(cè)量精度，標(biāo)志著我國導(dǎo)彈、衛(wèi)星等航天器試驗(yàn)的測(cè)控水平。由于測(cè)量數(shù)據(jù)及精度分析對(duì)導(dǎo)彈、衛(wèi)星等航天器的研制、定型和改進(jìn)密切相關(guān)，因此國內(nèi)各相關(guān)單位對(duì)外測(cè)設(shè)備的精度鑒定工作都十分重視。而光電經(jīng)緯儀是靶場(chǎng)光電測(cè)量的主要設(shè)備，光電測(cè)量設(shè)備主要通過角度測(cè)量、交會(huì)處理完成被測(cè)目標(biāo)空間定位的，進(jìn)一步計(jì)算目標(biāo)的外彈道參數(shù)數(shù)據(jù)。測(cè)角誤差的大小直接影響定位精度，因此對(duì)測(cè)角誤差的來源、影響和檢測(cè)方法的研究是光電經(jīng)緯儀的重要研究?jī)?nèi)容之一。波長(zhǎng)為3 μ m?5 μ m的中波紅外相機(jī)是目前最常用的紅外相機(jī)，通過目標(biāo)與背景之間的熱輻射差別來識(shí)別目標(biāo)。相對(duì)于雷達(dá)等探測(cè)設(shè)備來說，具備隱蔽，抗干擾、高精度等優(yōu)點(diǎn)。目前紅外已經(jīng)成為各國大力發(fā)展的研究?jī)?nèi)容。紅外相機(jī)由于其作用距離明顯超過可見光相機(jī)，目前已經(jīng)逐漸成為光電經(jīng)緯儀的主要探測(cè)器。由于紅外成像機(jī)制原因，主要通過熱原理成像，在用于測(cè)量任務(wù)時(shí)，會(huì)影響其測(cè)量精度。
[0003]對(duì)于大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀的精度檢測(cè)研究在國內(nèi)還未見報(bào)道。主要原因是光學(xué)誤差對(duì)大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀的測(cè)角精度影響較大，而且紅外相機(jī)用于位置測(cè)量的內(nèi)容也不多。因此，紅外光電經(jīng)緯儀的精度檢測(cè)一直是光電測(cè)控領(lǐng)域的難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決目前由于加工與裝調(diào)過程中引入的誤差，并且該誤差與光學(xué)設(shè)計(jì)值不完全一致，從而導(dǎo)致大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀光電測(cè)量精度低的問題，提供一種大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法。
[0005]大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0006]步驟一、標(biāo)定檢測(cè)架；采用高精度萊卡經(jīng)緯儀，測(cè)量三個(gè)平行光管的角度值，所述平行光管的角度值為標(biāo)定三個(gè)平行光管的正倒鏡數(shù)據(jù)，并取獲得的三個(gè)正倒鏡數(shù)據(jù)的平均值作為真值；
[0007]步驟二、模型數(shù)據(jù)的采集；調(diào)整紅外光電經(jīng)緯儀，使紅外光電經(jīng)緯儀的中心位于三個(gè)平行光管的正交中心，所述紅外光電經(jīng)緯儀在全視場(chǎng)內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將獲得的每幀圖像對(duì)應(yīng)的脫靶量數(shù)據(jù)作為建立模型的數(shù)據(jù)；
[0008]步驟三、建立標(biāo)定模型；采用步驟一獲得的真值及步驟二獲得的每幀圖像的脫靶量數(shù)據(jù)按區(qū)域進(jìn)行線性擬合，分別計(jì)算每個(gè)區(qū)域的脫靶量數(shù)據(jù)的多元線性回歸線系數(shù)；
[0009]步驟四、精度檢測(cè)；采用紅外經(jīng)緯儀對(duì)全視場(chǎng)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量；獲得每幀圖像對(duì)應(yīng)的脫靶量信息，將每幀圖像對(duì)應(yīng)的脫靶量信息使用該區(qū)域的多元回歸模型修正后，獲得修正的脫靶量數(shù)據(jù)，然后將修正后的脫靶量數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，獲得測(cè)角的均方根值，實(shí)現(xiàn)光電經(jīng)纟韋儀精度的標(biāo)定。
[0010]本發(fā)明的有益效果:本方法采用數(shù)學(xué)的多元回歸分析方法，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)建立標(biāo)定模型，在精度檢測(cè)過程中，使用該標(biāo)定模型修正脫靶量，將修正后的脫靶量用于精度測(cè)量。該方法有效地提高了大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀的測(cè)量精度。本發(fā)明將多元回歸分析方法用于脫靶量的修正，從而將觀測(cè)值與回歸值之間的殘差平方和最小，提高回歸精度。將大視場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)處理，對(duì)每個(gè)分區(qū)進(jìn)行多元回歸分析計(jì)算，有利于提高計(jì)算精度，從而間接提高測(cè)角精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明所述的大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法中檢測(cè)架相對(duì)位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0013]一、標(biāo)定檢測(cè)架；檢測(cè)架標(biāo)定在室內(nèi)的裝校標(biāo)校車間完成的，需要將經(jīng)緯儀放置于檢測(cè)平臺(tái)后工作，標(biāo)定系統(tǒng)包括穩(wěn)定平臺(tái)、紅外光電經(jīng)緯儀、大口徑平行光管、檢測(cè)架、
0.5 "萊卡經(jīng)緯儀等系統(tǒng)。將檢測(cè)平臺(tái)調(diào)整穩(wěn)定后，使用0.5 "萊卡經(jīng)緯儀對(duì)方位角0°、俯仰角0°的1#光管，方位角90°、俯仰角0°的5#光管以及方位角90°、俯仰角65°的6#光管進(jìn)行標(biāo)定；所述標(biāo)定值作為計(jì)算真值。標(biāo)定數(shù)據(jù)包括三次正倒鏡數(shù)據(jù)，然后以三次數(shù)據(jù)的平均值作為真值。同時(shí)，使用0.5 "萊卡經(jīng)緯儀的標(biāo)定三個(gè)光管的正倒鏡數(shù)據(jù)，用于計(jì)算系統(tǒng)誤差，即零位差、照準(zhǔn)差、橫軸差。系統(tǒng)誤差用于真值修正。
[0014]二、測(cè)量數(shù)據(jù)采集；調(diào)整光電經(jīng)緯儀，將其放置在三個(gè)平行光管的中心位置，使紅外光電經(jīng)緯儀的中心為三個(gè)平行光管的正交中心，然后使用0.2"電子水平儀將光電經(jīng)緯儀調(diào)平。測(cè)量經(jīng)緯儀的記錄對(duì)三個(gè)平行光管的正倒鏡數(shù)據(jù)，并將標(biāo)定結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)誤差。在全視場(chǎng)內(nèi)，以0.12°為步長(zhǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。記錄時(shí)間信息、圖像信息、角度信息(包括方位角與俯仰角)、同時(shí)記錄每幀圖像對(duì)應(yīng)的脫靶量信息。該測(cè)量數(shù)據(jù)用于建立標(biāo)定模型。直接使用采集數(shù)據(jù)得到的脫靶量數(shù)據(jù)計(jì)算靜態(tài)測(cè)角精度均方根值如下.，ΚΑ = 21.44" δ ΔΕ =26.81"
[0015]從計(jì)算結(jié)果上可以看出，測(cè)角精度的均方根值均大于20"，超出10"的技術(shù)指標(biāo)。
[0016]三、計(jì)算多元回歸分析系數(shù)；紅外相機(jī)圖像的分辨率為320X256，焦距為220mm與60mm兩檔，當(dāng)焦距為220mm時(shí)，視場(chǎng)角為1.24° X0.99°，每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的的角度為14.1";當(dāng)焦距為60mm時(shí)，視場(chǎng)角為4.57° X3.66。，每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的角度為51.52";由于長(zhǎng)焦、短焦計(jì)算方式一致，以長(zhǎng)焦為例進(jìn)行計(jì)算。
[0017]由于圖像分辨率為320X256，在多元回歸分析過程中，將整幅圖像按4X3分析進(jìn)行分區(qū)域處理，表I (區(qū)域I的測(cè)量數(shù)據(jù))是采集到的原始數(shù)據(jù)中的區(qū)域1，下面以區(qū)域I為例計(jì)算多元回歸分析過程。表1中的數(shù)據(jù)分別為像面坐標(biāo)X、像面坐標(biāo)y、方位角A與俯仰角E，其中像面坐標(biāo)真值X與像面坐標(biāo)真值I。
[0018]表 I
【權(quán)利要求】
1.大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一、標(biāo)定檢測(cè)架；采用高精度萊卡經(jīng)緯儀，測(cè)量三個(gè)平行光管的角度值，所述平行光管的角度值為標(biāo)定三個(gè)平行光管的正倒鏡數(shù)據(jù)，并取獲得的三個(gè)正倒鏡數(shù)據(jù)的平均值作為真值； 步驟二、模型數(shù)據(jù)的采集；調(diào)整紅外光電經(jīng)緯儀，使紅外光電經(jīng)緯儀的中心位于三個(gè)平行光管的正交中心，所述紅外光電經(jīng)緯儀在全視場(chǎng)內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將獲得的每幀圖像對(duì)應(yīng)的脫靶量數(shù)據(jù)作為建立模型的數(shù)據(jù)； 步驟三、建立標(biāo)定模型；采用步驟一獲得的真值及步驟二獲得的每幀圖像的脫靶量數(shù)據(jù)按區(qū)域進(jìn)行線性擬合，分別計(jì)算每個(gè)區(qū)域的脫靶量數(shù)據(jù)的多元線性回歸線系數(shù)； 步驟四、精度檢測(cè)；采用紅外經(jīng)緯儀對(duì)全視場(chǎng)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量；獲得每幀圖像對(duì)應(yīng)的脫靶量信息，將每幀圖像對(duì)應(yīng)的脫靶量信息使用該區(qū)域的多元回歸模型修正后，獲得修正的脫靶量數(shù)據(jù)，然后將修正后的脫靶量數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，獲得測(cè)角的均方根值，實(shí)現(xiàn)光電經(jīng)諱儀精度的標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法，其特征在于，步驟一所述的采用萊卡經(jīng)緯儀對(duì)方位角0°、俯仰角0°的平行光管，方位角90°、俯仰角0°的平行光管以及方位角90°、俯仰角65°的平行光管進(jìn)行標(biāo)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場(chǎng)紅外光電經(jīng)緯儀精度標(biāo)定方法，其特征在于，步驟二中，光電經(jīng)緯儀在全視場(chǎng)內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的信息還包括記錄采集的時(shí)間信息、圖像信息以及方位角與俯仰角的角度信息。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK103727962SQ201410016120
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】劉巖俊, 閆海霞 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所