淺析大地坐標下的目標脫靶量交匯測量方法

摘 要：隨著數字技術的發展，如何應用現代技術手段和測量工具實現對目標的動態跟蹤，成為當前軍事領域重要的研究課題。而作為考核導戰術技術指標的重要參數，實現脫靶量的精準處理和測量，在導彈試驗中有著重要的意義。本文提出了一種在靶場的目標脫靶量測量系統中，應用基于大地坐標的數據交匯方法，并對其進行目標脫靶量的實測過程進行了分析和探討，以期對實現精確測量有所借鑒。

關鍵詞：目標脫靶量；交匯測量；大地坐標；測量方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.220

0 引言

在現代新式武器裝備發展的前提下，為更好地滿足脫靶量精度的需求，就需要采用更為快捷和高效的測量手段進行目標脫靶量的測量。當前我國靶場普遍應用的測量模式包括雷達和光電兩種，實現對外彈道跟蹤數據的獲取就需要借助光電經緯儀這一現代化的測量工具。作為一種光、機、電、算一體化的系統，光電經緯儀在地面靶場的測量中發揮著極其重要的作用。一般來講，測量飛行目標的空間位置，要借助三維坐標通過對同一目標的跟蹤測量和交匯處理才能實現。因此，在實際測量過程中，一般要應用兩臺或更多的經緯儀設備。此外，應用光電經緯儀進行目標的測量有著較高的測角精度。本文基于交匯測量的原理，提出了以大地經緯坐標建立空間坐標系，實現交匯測量的新方法。首先通過雷達系統接收兩臺經緯儀以及測定靶心的高程數據，在此基礎上建立直角坐標系，并根據其俯仰角度計算出不同時刻目標的空間坐標，以期有一定的借鑒意義。

1 交匯測量原理

1.1 建立空間直角坐標系

在目標脫靶量測量系統中，分別安排兩臺光電經緯儀進行布站，設其原點分別為O1和O2，靶心為O，并假設p為運動的目標在空中的瞬時位置，就可以利用經緯儀實現目標的跟蹤測量。當p進入經緯儀測量范圍中，就能對其方位和俯仰角進行準確的測量。根據目標測量角度、靶心以及兩經緯儀的坐標，利用空間幾何的關系就能解算出目標點的坐標，設其為p（x，y，z）。在此基礎上，就能進而得出目標脫靶量。

如圖1所示，靶心為原點O，兩個經緯儀的大地坐標就可以設為（L1，B1，H1）和（L2，B2，H2），原點坐標為（L0，B0，H0）。根據坐標計算公式，兩經緯儀坐標原點Oi（x0i，y0i，z0i）就可以表示為：（x0i y0i z0i）T=，則

其中，式中的α表示的是橢球長半徑，而e表示扁率。根據世界大地坐標系WGS-84中的規范性參數，其取值一般設為e=1/298.257，而α=6378137m。從以上坐標系中也可以得出，由于經緯儀和靶心的位置不同，與之對應的坐標軸也并不平行。

1.2 計算目標空間坐標，完成交匯

光電經緯儀根據空中飛行目標的圖像判讀及其成像位置，根據測量設備參數，就能計算目標脫靶量dxi，dyi。量經緯儀的觀測直線可以表示為：

在經緯儀坐標下的方向余弦即（pi′，qi′，ri′），其計算公式可以表示為：

式中，Ai為方位角，Ei為俯仰角。需要注意的是其中所定義的方向余弦應該在各自的坐標系中進行定義，才能保證數據交匯的完成。最后，還需要將兩方向余弦統一在靶心坐標系下，因此可以表示為

在此基礎上，可以通過直線參數方程和最小二乘法求出目標坐標p（x，y，z），定義為L1，L2的公共垂線與此兩線交點的中心坐標，得出如下結果：

2 目標角度測量

2.1 經緯儀測量的基本原理

根據光學系統原理，利用光電經緯儀進行測量，將現場中的景物及目標物等可以在CCD靶面上進行成像處理。其主要通過攝像機的測量元件，對飛行目標進行測量，形成相對光軸的方位角和俯視角。如圖2所示，在平面直角坐標系OXY中，形成垂直于靶面且經過原點的經緯儀視軸，就可以將目標在現場中的角度與之對應。

2.2 視頻圖像的預處理

借助實際測量的視頻圖像，經緯儀就可以據此實現目標圖像信息與背景的分離，準確獲取目標所在的平面位置信息，這也就是目標在其中的脫靶量。然后根據目標方位和俯仰角計算的信息，實現對角度數據的交匯處理，就能較好地得出空間脫靶量。對視頻圖像進行預處理，應用的是背景抵消和數字濾波的技術，即排除圖像中的噪音干擾，進行相減運算，并取其適當的量化閾值進行二值化處理，就能得到較為理想個目標圖像。進行預處理的具體流程如圖3所示。

2.3 目標脫靶量計算

基于上述分析，目標脫靶量的得出是通過經緯儀的跟蹤測量實現的。就當前的跟蹤方式來講，主要有重心、邊緣以及相關跟蹤三種方式。一般而言，對目標圖像的灰度分布進行的是重心跟蹤的方式，圖像中的脫靶量就可以用圖像中目標重心的偏移量來表示。根據相關定義，可以設經過預處理后的圖像為f（x，y），其應該滿足下述條件：

這樣，就能得出圖像中的脫靶量，如下式：

3 結束語

為有效提升交匯測量的精度，本文提出了利用大地坐標，建立空間直線坐標軸對目標脫靶量進行交匯測量的方法，并對其操作過程進行了相關的分析。在上述基礎之上，作為一種新思路，為保證該種方法的測量精度，也可以在具體的實踐過程中優化跟蹤算法或者改善光電成像設備等，以實現其在測量目標脫靶量中得到較好的應用效果。當然，在這一方面還需要進行相關深入細致的研究和探討，才能真正發揮交匯測量方法的有效性，切實提高跟蹤測量的精度。

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