某型機載任務(wù)平臺自動校準算法模型的建立與應(yīng)用

摘 要：針對某型機載任務(wù)平臺適配校準工作數(shù)據(jù)采集效率低、人為誤差大、校準工作易出現(xiàn)反復(fù)調(diào)整、無規(guī)律可尋以及校準精度不受控等問題，本文結(jié)合該機載任務(wù)平臺適配校準工作原理和方法進行了研究，建立了適配校準理論計算與調(diào)整量計算模型，并利用程序化設(shè)計和光電技術(shù)將其應(yīng)用于工程化場景中的數(shù)據(jù)讀取和傳輸，形成一套操作性高、指導(dǎo)性強且界面友好的自動校準測試系統(tǒng)，經(jīng)過實際驗證，將適配校準調(diào)整次數(shù)控制在3次以內(nèi)且合格率不低于99%，可高效快捷地完成該型機載任務(wù)平臺校準工作，對改進同類型校準工作具有較好的借鑒價值。

關(guān)鍵詞：機載任務(wù)平臺；校準；模型

中圖分類號：V 248" " " 文獻標志碼：A

隨著計算機電子信息與光電技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)提取和分析處理能力日益強大，計算效率和精度穩(wěn)步提升，使日常需要進行大量數(shù)據(jù)采集和處理的場景更便捷，航空裝備維護技術(shù)更先進[1]。目前某型機載任務(wù)平臺校準工作采用的仍然是較落后的標準樣板、激光瞄點與人工判讀相結(jié)合的方式[2]。由于校準距離遠、場站工作環(huán)境嘈雜等外界環(huán)境限制，同時校準過程中前、后調(diào)整數(shù)據(jù)無法關(guān)聯(lián)，因此實際操作存在盲目性，經(jīng)驗主觀性較強，導(dǎo)致在校準過程中需要進行數(shù)次調(diào)整才能滿足要求，實際調(diào)整工作量大、效率低、誤差點多且整體校準精度差，可見該校準方法具有較大的改進空間。

本文對某型機載任務(wù)平臺適配校準工作原理和方法進行研究，明確校準坐標參數(shù)變化規(guī)律，并建立適配校準理論計算模型，利用程序化設(shè)計來進行數(shù)據(jù)采集、處理和調(diào)整來實現(xiàn)全流程自動化，提高該任務(wù)平臺適配校準的工作效率，對同類型校準工作具有較好的借鑒價值。

1 任務(wù)平臺坐標變化規(guī)律以及校準算法模型建立

1.1 任務(wù)平臺X、Y坐標變化規(guī)律

當調(diào)整任務(wù)平臺水平固定位置時，該任務(wù)平臺基準坐標系內(nèi)的X坐標即隨調(diào)整坐標系而變化，任務(wù)平臺X坐標調(diào)整后的變化如圖1所示。

假設(shè)初始任務(wù)平臺X坐標值為X1，如果X1≤e，要使任務(wù)平臺旋轉(zhuǎn)一定角度，就需要將任務(wù)平臺向右調(diào)整，即將固定位置水平調(diào)整螺栓進行相應(yīng)角度的微調(diào)，以滿足任務(wù)平臺X坐標分布在[e，f]。同時結(jié)合任務(wù)平臺固定位置水平調(diào)整螺栓螺距，可得到對應(yīng)X2坐標值的變化，如公式（1）所示。

（1）

式中：X2為任務(wù)平臺調(diào)整后的水平坐標值；L為任務(wù)平臺與標準樣板距離；X1為任務(wù)平臺初始水平坐標值；g為任務(wù)平臺固定位置水平調(diào)整螺栓螺距；a1為固定位置水平調(diào)整螺栓微調(diào)角度。

如果X1≥f，要使任務(wù)平臺旋轉(zhuǎn)一定角度，就需要將任務(wù)平臺向左調(diào)整，即將固定位置水平調(diào)整螺栓旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，以滿足任務(wù)平臺X坐標分布在[e，f]。同時結(jié)合任務(wù)平臺固定位置水平調(diào)整螺栓螺距，可得到對應(yīng)X3坐標值的變化，如公式（2）所示。

（2）

式中：X3為任務(wù)平臺調(diào)整后的水平坐標值；b1為固定位置水平調(diào)整螺栓微調(diào)角度。

當任務(wù)平臺垂直固定調(diào)整位置發(fā)生變化后，該任務(wù)平臺基準坐標系內(nèi)的Y坐標即隨調(diào)整坐標系而變化，任務(wù)平臺Y坐標調(diào)整后的變化如圖2所示。

假設(shè)初始任務(wù)平臺Y坐標值為Y1，如果Y1≤m，要使任務(wù)平臺旋轉(zhuǎn)c角度，就需要將任務(wù)平臺垂直向上調(diào)整，即將固定位置垂直調(diào)整螺栓微調(diào)c1角度，以滿足任務(wù)平臺Y坐標分布在[m，n]。同時結(jié)合任務(wù)平臺固定位置垂直調(diào)整螺栓螺距為h，可得出對應(yīng)Y2坐標值的變化如公式（3）所示。

（3）

式中：Y2為任務(wù)平臺調(diào)整后的垂直坐標值；Y1為任務(wù)平臺初始垂直坐標值；h為任務(wù)平臺固定位置垂直調(diào)整螺栓螺距；c1為固定位置垂直調(diào)整螺栓微調(diào)角度。

如果Y1≥f，此時要使任務(wù)平臺旋轉(zhuǎn)一定角度，就需要將任務(wù)平臺垂直向下調(diào)整，即將固定位置垂直調(diào)整螺栓旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，以滿足任務(wù)平臺Y坐標分布在[m，n]。同時結(jié)合任務(wù)平臺固定位置垂直調(diào)整螺栓螺距，可得到對應(yīng)Y3坐標值的變化，如公式（4）所示。

（4）

式中：Y3為任務(wù)平臺調(diào)整后的垂直坐標值；d1為固定位置垂直調(diào)整螺栓微調(diào)角度。

1.2 校準算法模型建立

針對該型任務(wù)平臺X、Y坐標變化規(guī)律，本文通過增加校準調(diào)整預(yù)估判據(jù)，建立校準算法模型。在完成任務(wù)平臺一次調(diào)整坐標判讀后，可根據(jù)該組數(shù)據(jù)快速判讀數(shù)據(jù)合理性，并給出下一次最優(yōu)坐標調(diào)整方案，整個調(diào)整次數(shù)≦3次，即保證調(diào)整后的合格率不低于99%。其模型原理如圖3所示。

首先，利用一次激光瞄點記錄任務(wù)平臺在水平、垂直和中間的坐標位置，計算平均坐標點（x、y）。當x≤e或x≥f時，增加判據(jù)一，將平均坐標點x平移至上一次激光瞄點分布趨勢范圍[e，f]的中間位置，并結(jié)合公式（1）、公式（2）得到a1和b1；當y≤m或y≥n時，增加判據(jù)一，將平均坐標點y平移至上一次激光瞄點分布趨勢范圍[m，n]的中間位置，并結(jié)合公式（3）、公式（4）得到垂直調(diào)整螺栓角度c1和d1。

其次，利用二次激光瞄點記錄任務(wù)平臺在水平、垂直和中間的坐標位置，并計算平均坐標點（x、y）。此時可滿足上一次激光瞄點分布趨勢e≤x≤f、m≤y≤n。當x＜0或x≥0時，增加判據(jù)二，將平均坐標點x平移至X軸，并結(jié)合公式（1）、公式（2）得出水平調(diào)整螺栓角度a2和b2；當y≥0時，增加判據(jù)二，將平均坐標點y平移至y軸上，并結(jié)合公式（4）得出垂直調(diào)整螺栓角度d2。

最后，根據(jù)3次激光瞄點記錄任務(wù)平臺在水平、垂直和中間的坐標位置，并計算平均坐標點（x、y）。此時任務(wù)平臺坐標調(diào)整已基本達到預(yù)期，可視情況進行微量調(diào)整，即可完成該型任務(wù)平臺的校準工作。

2 自動校準系統(tǒng)的設(shè)計與驗證

2.1 自動校準系統(tǒng)的設(shè)計

鑒于上述校準算法模型在實際使用中存在數(shù)據(jù)提取誤差大、計算煩瑣、校準距離遠和場站工作環(huán)境嘈雜等外界環(huán)境限制，本文設(shè)計了自動校準系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理模塊等[3-4]，可在數(shù)據(jù)采集區(qū)將數(shù)據(jù)進行自動采集后傳輸至校準作業(yè)區(qū)，完成數(shù)據(jù)處理和任務(wù)平臺調(diào)整，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、遠距離傳輸和自動判讀的目標，通過加密方式生成校準報告。其系統(tǒng)原理如圖4所示[5]。

數(shù)據(jù)采集區(qū)的數(shù)據(jù)采集裝置可自動實時采集激光瞄點坐標數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)組打包后遠距離傳輸至校準作業(yè)區(qū)。作業(yè)區(qū)處處理模塊、接收模塊接受數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，并通過校準算法計算模型計算裁斷瞄點、平均點坐標和點坐標均方差等信息，同時裁斷平均點坐標和點坐標均方差是否滿足預(yù)設(shè)要求。如果裁斷無法滿足技術(shù)要求，系統(tǒng)就會給出最優(yōu)調(diào)整決策，輸出對應(yīng)的任務(wù)平臺以適配校準的調(diào)整量，使其更符合機載任務(wù)平臺的實際情況，實現(xiàn)平臺的快速、精準適配，并在調(diào)整后重新進行數(shù)據(jù)采集和裁斷。

2.2 自動校準系統(tǒng)驗證

針對上文建立的自動校準系統(tǒng)，本文結(jié)合多臺次任務(wù)平臺校準過程對該程序進行驗證，所得驗證結(jié)果見表1。

由表1數(shù)據(jù)分析得到的校準后的平均坐標點（x、y）坐標值變化如圖5所示。由圖5可知，使用該自動校準算法后，任務(wù)平臺校準后的x坐標基本分布于X軸上、下且變化趨勢逐漸趨于X軸，y坐標整體分布于Y軸負方向且趨于Y軸，分布規(guī)律滿足該任務(wù)平臺校準技術(shù)要求，整體誤差范圍在5%以內(nèi)。

另外，由表1可知，該自動校準系統(tǒng)可有效提高該型任務(wù)平臺校準合格率，同時將原本4 h的工作時長縮短至1.6 h內(nèi)，將原校準次數(shù)不可控降至3次以內(nèi)，校準工作效率提高了60%，同時保證校準合格率不低于99%。

3 結(jié)論

對某型機載任務(wù)平臺自動校準模型進行建立和應(yīng)用，所得結(jié)論如下。1）建立了某型機載任務(wù)平臺校準算法模型，明確了該任務(wù)平臺校準時x、y坐標的變化規(guī)律。2）根據(jù)自動化設(shè)計原理將任務(wù)平臺校準模型進行程序化和系統(tǒng)化設(shè)計，建立了該型任務(wù)平臺自動校準系統(tǒng)。3）對該型任務(wù)平臺自動校準系統(tǒng)進行驗證可知，該系統(tǒng)可較好地完成校準工作且校準工作效率提高了60%，校準合格率不低于99%。

參考文獻

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[4]吳青娥，張煥龍，姜利英.目標圖像的識別與跟蹤[M].北京：科學(xué)出版社，2017.

[5]邵明，張偉.Visual Basic程序設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2020.