光電經緯儀測站坐標轉換算法

張輝　丁林　陳滿升

【摘 要】在某型產品空中軌跡測量試驗中，由于試驗空域環境、設備跟蹤能力及布站站點可視范圍的綜合影響導致站點光電測量設備不能全程完成目標的捕獲跟蹤，各站點光電測量需要根據各站點及設備的實際情況在預定位置等候目標出現。本文通過將理論彈道數據和其中幾個理論特征點數據經本文推導的算法進行計算轉換后計算得到各測站點設備跟蹤高低角與方位角，引導設備到預定區域以確保跟蹤捕獲目標。

【關鍵詞】空中軌跡測量 理論彈道數據 坐標系轉換 設備跟蹤角度

1 前言

在某型產品空中軌跡測量試驗中，試驗規模較大，參試設備及人員較多，產品飛行時間較短，試驗空域環境變化復雜，單臺光電跟蹤測量設備跟蹤能力有限，現有試驗環境布置的各測站點可視跟蹤區域范圍有限，如何保證有限試驗條次都能獲得滿意的目標飛行圖像數據成為光學測量一大難題。測量方案采用多臺設備接力跟蹤測量方式，將各測站設備對準目標理論通過的本測站可視區域。本文依據理論數據坐標系與測站坐標系關系經坐標轉換推導出理論數據到各測站高低角與方位角的轉換關系，并應用到實際測量中對各測站測量設備的引導。在實航試驗中各測站依據算法得出的方位和高低角均能捕獲目標并完成階段跟蹤。

2 坐標系概述

通常意義上的坐標系是指描述空間位置的表達形式，即如何來表示空間位置。為了描述空間位置，采用了多種方法，從而也產生了不同的坐標系（見表1）。

3 模擬彈道數據到跟蹤角度值的轉換算法

一組模擬彈道數據：t=（x（i），0，H（i）），發射點坐標為：（Lf，Bf，Hf），Lf為大地經度，Bf為大地緯度，Hf為大地高；目標發射方位角為：AF，由大地北方向起按順時針方向計算；某一測站點坐標為：（Lc，Bc，Hc），Lc為大地經度，Bc為大地緯度，Hc為大地高。解算測站點設備跟蹤角度值（A，E）； A即方位角，測站原點與目標的連線與坐標北的夾角，順時針方向為正，范圍：0～360?； E即俯仰角，以水平為零值，抬頭為正，范圍：-90?～90?。將模擬彈道數據從法線發射坐標系轉換到地心空間直角坐標系，再從地心空間直角坐標系轉換到法線測量坐標系，在法線測量坐標系下計算跟蹤方位角和俯仰角。

（1）將發射點和測站原點坐標從地心大地坐標系轉換為地心空間直角坐標系，對應的空間直角坐標系坐標為（Xfo，Yfo，Zfo），（Xco，Yco ，Zco ）。

（2）將模擬彈道數據從發射坐標系轉換到地心空間直角坐標系：

先繞z軸逆時針旋轉AF角度，此時x軸指向大地北，繞y軸逆時針旋轉（90?-Bf）角度，繞z軸順時針旋轉（180?+Lf）角度，經過坐標旋轉和平移后，得到地心空間直角坐標系下的數據（XDX，YDX，ZDX）：

（3）從地心空間直角坐標系轉換到測量坐標系下的數據（XC，YC，ZC）：

（4）從測量坐標系直角坐標轉換到極坐標數據（R，A，E）：測站到目標的距離 ；跟蹤方位角A為：①if（XC < 0） A=180?- atan（YC/XC）*180/pi；②if（XC > 0，YC > 0） A=360?-atan（YC/XC）*180/pi；③if（XC > 0，YC <0） A=atan（YC/XC）*180/pi；跟蹤俯仰角為 ）。

通過MATLAB計算，模擬彈道數據經過坐標系轉換計算得到的跟蹤角度值圖形為：圖1-2所示：

4 結語

空中彈道測量試驗中，目標飛行時間一般較短，對操作人員來說跟蹤目標難度較大。通過將理論彈道數據轉換到設備跟蹤角度值，操作人員試前進行多次模擬練習，實航試驗中可以熟練跟蹤目標。當實航試驗中目標丟失時，操作人員也可以較快的做出反應進行處理，將設備定點引導到下一個最近的特征點處等待目標進入視場以重新跟蹤，確保獲得更多的目標飛行圖像數據供事后數據處理使用。

參考文獻：

[1] 賈興泉.連續波雷達數據處理[M].北京：國防出版社，2005（7）.

[2] 黨亞民，成英燕，薛樹強.大地坐標系統及其應用[M].北京：測繪出版社，2010（10）.

作者簡介：張輝（1982—），男，江蘇宿遷人，本科，工程師，研究方向：光電測試技術。