多目標立靶密集度測試技術研究

田 園,楊曉東

（西安工業大學北方信息工程學院,陜西西安,710021）

1 引言

常見的CCD交匯測量系統是由兩個線陣CCD交匯所組成，它具有結構簡單、使用方便、實時性強和自動化程度高等諸多優點，并已成功地應用于現代靶場中的大型動態飛行目標（比如炮彈彈丸）的跟蹤測量。但是針對發射兩個或者兩個以上目標的這類武器系統均無法測試其立靶密集度。本文在現有雙CCD交互測量立靶密集度的原理和測試技術不足的基礎上，提出三CCD交匯測量原理并對其進行理論分析和測量公式推導。

2 雙CCD交匯測量原理的不足

雙CCD交匯測量單個彈丸坐標公式的推導過程中，只考慮單發彈丸到達靶面的情況，通過理論分析和公式計算，可以較為準確地測量出彈丸的坐標位置[2]。但如果兩個彈丸(彈丸1和彈丸2)同時穿越靶面，此時每個相機各獲取兩個信號，兩兩組合后則一套測試系統得到四個位置參數，其中必然存在兩個虛假點的坐標。如下圖1所示，其中可能產生的四個彈丸坐標點中，彈丸1和彈丸2是真實彈丸通過的坐標點，而坐標點A、B就是虛假點的位置。顯然在單個測量系統下無法分辨出兩個彈丸的真實坐標位置，如何剔除虛假坐標點，是新設計方案必須考慮的關鍵問題。

3 三CCD交匯測量系統

三線陣CCD 交互測量系統是在雙CCD 交匯的基礎上, 在同一垂直平面內適當位置增加一個CCD, 使它們兩兩交匯, 其中CCD1和CCD3相互成一定角度，CCD2垂直地面放置。三CCD交互測量原理如下圖2所示，三臺CCD相機放置在同一豎直平面內，它們的光軸在物空間交于一點M，構成一個豎直的測量光電靶面。對于該平面可成像范圍(即三個CCD的視場在靶面內的交疊區)內任意兩點來說，在每個子系統下都有四個坐標值。由于CCD1與CCD2構成的交匯測量系統一和CCD1與CCD3構成的交匯測量系統二在同一坐標 下，因而對所有坐標值進行比對，可以發現其中數值相同的點即為兩個真實的彈丸坐標值。對于成像范圍內任意一點N，它與三個CCD光軸的夾角依次為 ；三個CCD光軸與 軸的夾角依次為；系統中的三個CCD的中心分別為；N點發出的光線與 軸的夾角依次為，并與 軸的交點分別為A,B,C。根據雙CCD交互測量系統公式推導三CCD交互測量系統的計算公式[3]。

由圖2可知，視場范圍內任意一點在CCD上的像高和鏡頭焦距已知，便可得，

(1)CCD1與CCD2組成子系統一，在三角形ANB中由三角形邊角關系得到，

圖1 兩個彈丸同時到達靶面的示意圖

(2)CCD1和CCD3組成子系統二，在三角形ANC中由三角形邊角關系得到，

上述分析表明綜合式(1)~(8)可以計算出彈丸在子系統一中的坐標位置(x,y)；綜合式(1)~(3),(9)~(13)可以計算出彈丸在子系統二中的坐標位置(x,y)。同理，如果同時有兩個彈丸著靶，也可以計算各個子系統下的彈丸坐標值，由于系統一和系統二在同一個坐標系 下，因此，通過將所有坐標值進行比對，有兩組相同的點的坐標即為真實彈丸坐標，進而解決了雙目標著靶坐標測量的問題[4]。

4 結論

綜上所述，為了解決多發彈丸同時著靶的位置測量，可在傳統的雙CCD交匯測量的基礎上，采用多個CCD，使其兩兩交匯。在實際測試中，整個系統只要有兩個或者兩個以上的CCD捕獲了目標信號，就可得出目標的過靶坐標，從而大大提高了系統的捕獲率。同時, 也可以根據所需要的捕獲率來設計多CCD 系統的最佳組成。

圖2 三CCD交互測量原理圖

參考文獻

[1] 雷志勇，姜壽山.線陣CCD技術及其在靶場測試中的應用[J].西安工業學院學報，2002，22(3):220-224.

[2] 左丹.線陣CCD立靶在低伸彈道測量中的應用[J].無線電工程,1993,23(5):57-61.

[3] 呂海寶,楊華勇,黃銳,等.多CCD交匯測量技術研究[J].光電工程,1998,25(2):14-19.

[4] 顏樹華,葉湘濱,王躍科,等.多個CCD交匯測量系統的理論研究[J].光學技術,1999,6:26-29.