光電經緯儀測角精度分析

賈娜++張銳

摘 要：測角進度是事關光電經緯儀定位功能的重要因素。對光電經緯儀的測角誤差進行分析，可以讓這一設備的測角精度得到提升。本文主要從光電經緯儀的測角精度誤差問題入手，對這一設備的測角精度問題進行了分析。

關鍵詞：光電經緯儀；機架系統；測量精度

中圖分類號：TH761.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0046-02

光電經緯儀主要指的是在對電視測量技術進行應用的基礎上，發揮自動跟蹤功能和實時測量功能的測量設備。這一設備主要應用于飛機軌跡、輪船軌跡和一些特種試驗場空間目標運動軌跡測量工作之中。光電經緯儀的測角精度主要指的是廣電經緯儀測量目標的方位角、俯仰角測量值與目標值的偏離程度。

1 光電經緯儀的測角精度誤差分析

1.1 機架系統誤差

一般而言，光電經緯儀的機架結構機架系統的誤差主要由以下幾方面內容：一是垂直軸誤差；二是水平軸的誤差；三是視準軸誤差和編碼器碼盤與軸不垂直的情況下所產生的誤差[1]。其中，垂直軸誤差是在光電經緯儀垂直軸偏離鉛垂線角量以后出現的誤差；調平誤差、垂直軸晃動誤差和風載溫度等因素引起的誤差都可以被看作是機架系統的誤差

1.2 測角單元誤差

測角單元誤差主要指的光電經緯儀的使用過程中，編碼器在數據測量過程中出現的誤差。編碼器在定向、定零位的過程中出現的誤差也可以被看作是測角單元誤差。一般而言，編碼器測量精度的影響因素主要涉及到了碼盤光柵的質量問題，掃描信號的質量和信號處理電路的質量等多種因素。

1.3 脫靶量誤差

脫靶量誤差主要指的是目標圖象相對與光軸在靶面的投影中心點的片力量的問題。這種誤差通常是在時候判讀以后得到的。假設判讀儀所得出來的脫靶量為X和Y，X和Y的計算過程就可以用以下公式來形容

X=Xm+ΔX0

Y=Ym+ΔY0

在上面的兩個公式中Xm和Ym主要指的是目標在坐標系中偏離靶面十字絲中心的量。ΔX0和ΔY0則為十字心中心的誤差值。在對脫靶量X與Y的對應值進行確定以后，相關人員需要將誤差值轉換成目標脫靶量的角度值。假設這目標脫靶量的角度值分別為ΔA與ΔE。相關的物象幾何關系和函數關系，以下公式就成為了脫靶量的簡化關系式

ΔA=X/f·cosE

ΔE=Y/f

在上述公式中，ΔA和ΔE主要指的是方位與高低的脫靶量角量；E代表的是目標高低編碼器的測量值。F可以被看作是光學系統的焦距。

系統布局誤差與光電經緯儀的成像光學系統之間存在著密切的聯系。一般而言，經緯儀編碼器所給出的目標角度值主要以經緯儀三軸的交點為指向斷點。誤差問題產生于光學系統等效針孔與經緯儀三軸交點未實現有效融合的情況之下。從相關的研究結果來看，這一誤差與光學系統等效針孔與三軸交點之間的距離之間存在著正相關的關系[2]。它也可以隨著脫靶量的增大而增大。

2 光電經緯儀動態測角精度仿真測量分析

2.1 靶標運動規律仿真

旋轉靶標是對動態測角精度進行檢測的重要設備。從誤差理論對靶標的要求來看，靶標的精度需要在被測量設備的設備精度的3至10倍以上。在對靶標的運動過程進行分析以后，我們可以發現，靶標在運動過程中的誤差源主要涉及到了以下幾方面內容：一是軸系晃動所帶來的誤差；二是編碼器動態測角過程中所產生的誤差，三是機械變形誤差和靶標旋轉半錐角、靶標旋轉軸與水平面的夾角所產生的誤差。其中，靶標旋轉半錐角、靶標旋轉軸與水平面的夾角所產生的誤差已經包含在了靜態誤差的測量結果之中。從靶標的運動規律來看，在靶標參數一定的情況下，光電經緯儀跟蹤的角速度和角加速度會表現出不可改變的特點。在角加速度滿足系統要求的情況下，角加速度會表現出難以達到系統要求的問題。在實際測量工作中，相關人員通常會將角加速度看作是測量工作的主要依據。

從光電經緯儀的實際測量要求來看，在跟蹤角的角速度高于30°/s的情況下，跟蹤角的加速度高于20°/s2。從光電以跟蹤的方位角速度、方位角加速度變化曲線、俯仰角速度和俯仰角加速度的變化曲線的變化情況來看，方位角的速度為29.8°/s，方位角加速度為20.0°/s2。光電經緯儀跟蹤的俯仰角速度和加速度分別為12.6°/s和12.6°/s2。在這樣的情況下，俯仰角的加速度要遠遠低于相關的要求，對此，先關人員需要對光電經緯儀的方位動態測角精度進行測量。從光電經緯儀在靶標為41.4°/s的等速運轉情況分析結果來看，光電經緯儀可能會表現出難以正常工作的問題，為了對這一問題進行解決，相關人員需要對靶標的正弦運動規律進行分析。

2.2 動態測角精度仿真測量

在對靶標運動的精度問題進行分析以后，我們可以發現，光電經緯儀的動態測角進度的方針測量工作主要涉及到了以下因素：第一，相關人員需要借助靶標靜態精度標定的步驟對靶標編碼器的的零點進行確定。第二，在光電經緯儀的安置過程中，光電經緯儀的三軸旋軸中心需要置于靶標旋轉光錐的頂點處，并要借助GPS授時功能對靶標和光電經緯儀之間的時統終端進行調試。在時統終端調試工作完成以后，相關人員可以將靶標編碼器的采樣頻率控制在50Hz以內，并要讓靶標編碼器的采樣頻率與光電經緯儀的采樣頻率保持一致性。從跟蹤測量的仿真結果來看，相關人員可以借助仿真結果對靶標的等速和正弦運動參數進行設置，進而讓光電經緯儀在靶標的運動過程中自動跟蹤靶標。在穩定跟蹤以后，相關人員需要借助光電經緯儀記錄至少一個周期的數據。在高精度旋轉靶標建立以前，相關工作人員主要借助與動態系統誤差和動態隨機誤差有關的測量方式開展測量，這一測量方式所應用的公式如下所示

σ2=σ2S+σ2r+σ2Δ

在上述公式中，σ指的是光電經緯儀的動態測角誤差，σS主要指的是靜態測角系統誤差的均方值，σr表示的是動態隨機誤差均方值，σΔ主要指的是動態誤差的測量。

3 提升光電經緯儀測角精度的措施

從測角誤差的來源和誤差的分布特性來看，在對各項測角誤差進行綜合hu匯總以后，針對一些高角為65°的點目標，電視投影到水平面和垂直面的方位角和俯仰角的均方根誤差需要控制在5.2"以內。在焦距得到精確標定以后，光電經緯儀的指向精度需要控制在2"以內。為了對光電經緯儀的測角進度進行保障，相關人員可以對垂直軸滾道的直徑和水平軸兩軸承的跨距進行增加，以便對光電經緯儀在實際應用過程中出現的晃動誤差問題進行避免。第二，在對編碼器多個位置的誤差值進行確定以后，相關人員可以借助擬合的方式對誤差曲線進行分析，進而借助差值對編碼器的輸出值進行修正。第三，為了對光電經緯儀的測角精度進行提升，相關人員也需要讓相機曝光的中間時刻與編碼器的采樣時刻之間保持一致性的特征；第四，相關人員在光電經緯儀的使用過程中，需要對相關修通的跟蹤精度和跟蹤平穩性進行提升[3]。一些膨脹系數相對較小和熱穩定性相對較強的材料可以被應用在設備的主要構件之中。

4 結語

光電經緯儀測量精度的影響因素主要涉及到了機架系統和系統布局等多方面因素。事后空間指向精度2"是當前工藝水平下光電經緯儀事后空間指向精度的最佳值。從相機曝光時間和系統跟蹤進度等因素進行優化，可以讓光電經緯儀的測角精度得到有效的提升。

參考文獻

[1]杜俊峰，張孟偉，張曉明.光電經緯儀測角精度分析[J].應用光學，2012，03：466-473.

[2]賀庚賢，沈湘衡，周興義.光電經緯儀動態測角精度仿真測量[J].系統仿真學報，2008，12：3127-3129+3137.

[3]趙懷學，趙建科，田留德，段炯.光電經緯儀動態測角精度隨機誤差檢測方法研究[J].應用光學，2013，06：1010-1013.endprint