CN104459646B - 一种对月跟踪光电偏差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天测控技术领域，公开了一种对月跟踪光电偏差检测方法，包括：雷达通过接收月球上嫦娥三号着陆器的下行信号稳定跟踪，同时对标校电视进行屏幕截图，利用着陆器与月面特征点的相对位置关系计算着陆器在标校电视屏幕截图中的准确像素点坐标，根据着陆器与标校电视光轴中心像素点坐标的相对位置关系计算得到着陆器在标校电视中的脱靶量，再利用角误差电压对脱靶量进行修正，得到天线电轴对准着陆器时的脱靶量，最后进行重力下垂修正得到光电偏差；本发明可以在海上无塔情况下，实现船载雷达的动态光电偏差检测，并简化检测操作、降低检测成本。

Description

一种对月跟踪光电偏差检测方法

技术领域

本发明涉及航天测控技术领域，特别涉及一种对月跟踪光电偏差检测方法。

背景技术

在理想情况下，船载雷达***标校电视的光轴、天线的电轴和机械轴三轴重合，可实现高精度测量。实际上，由于传统工艺等缺陷，光轴、电轴和机械轴不可能完全重合，标校电视的光轴是雷达进行角度测量的基准，已尽可能地与机械轴重合，代替机械轴与电轴进行标校。光轴与电轴的偏差称为光电偏差，***的光电偏差标定以后，受雷达天线运动的影响，光电偏差可能会发生变化，若不及时修正，将影响测量精度。

现有的光电偏差检测方法主要有两种：

1)标校塔法：在标校塔上放置信号源、信标天线、电源和光标。雷达天线对塔，接收标校塔发送的下行信号，并使跟踪接收机方位角误差电压和俯仰角误差电压输出为零，在标校电视中对光标进行锁定，直接读取脱靶量，进行光电偏差计算。

2)放标定球法：将信标固定在气球上，让气球在空中飞行，天线接收信标的下行信号并进行跟踪，在标校电视中锁定标定球，MAC记盘，录取标定球在标校电视中的脱靶量，再利用角误差电压和斜距对脱靶量进行修正后，进行光电偏差计算。

根据上述分析可知，上述现有技术存在以下缺点：

标校塔法必须具备标校塔才能实施，对于船载测控***，船出海后无标校塔可用，无法进行光电标校；且标校塔法需要专门组织人员将信号源搬运至标校塔上，实施复杂；

放标定球法也需要专门组织人员释放信标球，还需要脉冲雷达配合提供雷达与目标之间的斜距进行脱靶量修正，其操作复杂；并且，标定球无法重复利用，成本较高。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种光电偏差检测方法，以在海上无塔情况下，实现船载雷达的动态光电偏差检测，并简化检测操作、降低检测成本。

为了解决上述问题，本发明提供一种对月跟踪光电偏差检测方法，其采用的技术方案如下：

S1、月球上的着陆器发送下行信号至雷达接收机，雷达接收机将接收到的下行信号放大后，发送至跟踪接收机；

S2、跟踪接收机对所述放大后的下行信号进行解调后输出角误差电压，根据所述角误差电压控制雷达天线对着陆器进行跟踪；

S3、月球在标校电视上成像，所述标校电视加载在雷达天线上；对月球成像进行屏幕截图，并记录截图时刻跟踪接收机输出的角误差电压和天线大地俯仰角；

S4、计算月球上的着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标；

S5、根据步骤S4的计算结果，计算着陆器在标校电视中的脱靶量；

S6、利用所述角误差电压对所述着陆器在标校电视中的脱靶量进行修正，得到着陆器的修正脱靶量；

S7、根据所述着陆器的修正脱靶量和所述天线大地俯仰角，计算当前截图时刻的光电偏差；

S8、重复步骤S3至步骤S7多次，并将多次得到的光电偏差平均值作为光电偏差的检测结果，完成船载雷达的光电检测。

优选的，所述步骤S4包括：

S41、在标注有着陆器位置的月面图片中寻找两个特征点，所述两个特征点在标校电视中能够识别；

S42、在月面图片中，确定所述两个特征点与着陆器的相对位置关系；

S43、确定两个特征点在标校电视屏幕截图中的位置；

S44、根据两个特征点与着陆器的相对位置关系以及两个特征点在标校电视屏幕截图中的位置，计算着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标。

优选的，步骤S41中，着陆器的像素点坐标为T(x_T，y_T)，两个特征点的像素点坐标分别为A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)；

则步骤S42中，两个特征点与着陆器的相对位置关系K_p为：

步骤S43中，两个特征点在标校电视屏幕截图中的对应像素点坐标分别为A₁(x_A1，y_A1)和B₁(x_B1，y_B1)，着陆器在标校电视屏幕截图中像素点坐标为T₁(x_T1，y_T1)；

则步骤S44中，着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标为：

优选的，所述步骤S5包括：

S51、在标校电视屏幕截图中的十字标上分别找到光轴中心、横向正偏1mil以及纵向负偏1mil的像素点坐标；

S52、分别计算横向正偏单位像素点以及纵向正偏单位像素点相对于光轴中心的角度偏移量；

S53、根据着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标，分别计算着陆器在标校电视中的横向脱靶量和纵向脱靶量。

优选的，步骤S51中，十字标上光轴中心的像素点坐标为O(x_O，y_O)、十字标上代表横向正偏1mil的像素点坐标为Z_A(x_ZA，y_ZA)、代表纵向负偏1mil的像素点坐标为Z_B(x_ZB，y_ZB)；

则步骤S52中，横向正偏单位像素点相对于光轴中心的角度偏移量为：

纵向正偏单位像素点相对于光轴中心的角度偏移量为：

步骤S53中，着陆器在标校电视中的横向脱靶量ΔA_W为：

ΔA_w＝K_A(x_T1-x_O)

着陆器在标校电视中的纵向脱靶量ΔA_E为：

ΔE_w＝K_E(y_T1-y_O)。

优选的，所述步骤S3中，角误差电压包括方位角误差电压ΔV_A和俯仰角误差电压ΔV_E，则步骤S6中：

着陆器的横向修正脱靶量ΔA为：

着陆器的纵向修正脱靶量ΔE为：

其中，K_v为跟踪接收机角误差电压灵敏度。

优选的，所述步骤S7中，当前截图时刻的横向光电偏差为：

C_s(n)＝-ΔA

当前截图时刻的纵向光电偏差为：

C_e(n)＝-ΔE-ΔE_gcosθ_e

其中，ΔE_g为重力下垂修正量，θ_e为天线大地俯仰角。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种对月跟踪光电偏差检测方法，基于现成着陆器发送的下行信号，雷达天线可以正常接收并稳定跟踪的特点，且在标校电视中，月球也可以清晰成像，使得在对月跟踪的同时能够完成光电检测；本发明在海上无塔情况下也能进行光电偏差检测；且其组织实施方便，不需要专门人员上塔和放球，也不需要脉冲雷达配合进行测距，涉及岗位人员少，降低检测成本；另外，月球上的着陆器为现成的设备，不需要增加其他设备就可以多次重复利用，进一步降低了光电偏差的检测成本。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供一种对月跟踪光电偏差检测方法，包括以下步骤：

S1、月球上的着陆器发送下行信号至雷达接收机，雷达接收机将接收到的下行信号放大后，发送至跟踪接收机；

设置雷达接收机的接收频点与着陆器的发射频点一致，跟踪接收机加载相应频点的相位和斜率，实现着陆器、雷达接收机以及跟踪接收机之间的通信。

现有的着陆器为嫦娥三号着陆器，由于着陆器与雷达接收机的距离很远，雷达接收机接收到的下行信号较弱，因此需要对下行信号进行放大，现有的雷达接收机均具有放大信号的功能。

S2、跟踪接收机对所述放大后的下行信号进行解调后输出角误差电压，根据所述角误差电压控制雷达天线对着陆器进行跟踪；

S3、月球在标校电视上成像，所述标校电视加载在雷达天线上；对月球成像进行屏幕截图，并记录截图时刻跟踪接收机输出的角误差电压和天线大地俯仰角；

在该步骤中，应调整标校电视的视场大小和焦距，使得月球在标校电视中清晰可见。月球在标校电视上成像后在另外一台计算机上显示，并在该计算机上完成屏幕截图。

S4、计算月球上的着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标；具体包括：

S41、在标注有着陆器位置的月面图片中寻找两个在标校电视中能够识别的特征点，其对应的像素点坐标分别为A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)，着陆器的像素点坐标为T(x_T，y_T)；

S42、在月面图片中，确定所述两个特征点与着陆器的相对位置关系K_p为：

S43、确定两个特征点在标校电视屏幕截图中对应的像素点坐标分别为A₁(x_A1，y_A1)和B₁(x_B1，y_B1)，着陆器在标校电视屏幕截图中像素点坐标为T₁(x_T1，y_T1)；

S44、根据两个特征点与着陆器的相对位置关系以及两个特征点在标校电视屏幕截图中的位置，计算着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标为：

S5、根据着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标，计算着陆器在标校电视中的脱靶量；具体包括：

S51、在标校电视屏幕截图中的十字标上分别找到光轴中心的像素点坐标O(x_O，y_O)、横向正偏1mil的像素点坐标Z_A(x_ZA，y_ZA)以及纵向负偏1mil的像素点坐标Z_B(x_ZB，y_ZB)；

S52、横向正偏单位像素点坐标相对于光轴中心的角度偏移量为：

纵向正偏单位像素点相对于光轴中心的角度偏移量为：

其中，K_A和K_E的单位均为角秒。

S53、根据着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标T₁(x_T1，y_T1)，计算着陆器在标校电视中的横向脱靶量ΔA_W为：

ΔA_w＝K_A(x_T1-x_O)

着陆器在标校电视中的纵向脱靶量ΔA_E为：

ΔE_w＝K_E(y_T1-y_O)；

S6、利用所述角误差电压对所述着陆器在标校电视中的脱靶量进行修正，得到着陆器的修正脱靶量；

所述角误差电压包括方位角误差电压ΔV_A和俯仰角误差电压ΔV_E；

则着陆器的横向修正脱靶量ΔA为：

着陆器的纵向修正脱靶量ΔE为：

其中，K_v为跟踪接收机角误差电压灵敏度，当跟踪接收机确定时，K_v为常数，单位为V/mil。

S7、根据所述着陆器的修正脱靶量和所述天线大地俯仰角，计算当前截图时刻的横向光电偏差为：

C_s(n)＝-ΔA

当前截图时刻的纵向光电偏差为：

C_e(n)＝-ΔE-ΔE_gcosθ_e

其中，ΔE_g为重力下垂修正量，θ_e为天线大地俯仰角。

S8、重复步骤S3至步骤S7多次，分别计算多次得到的横向光电偏差的平均值C_s以及纵向光电偏差的平均值C_e：

将多次检测结果的平均值C_s和C_e作为船载雷达的光电偏差检测结果，以提高检测精度。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种对月跟踪光电偏差检测方法，基于现成着陆器发送的下行信号，雷达天线可以正常接收并稳定跟踪的特点，且在标校电视中，月球也可以清晰成像，使得在对月跟踪的同时能够完成光电检测；本发明在海上无塔情况下也能进行光电偏差检测；且其组织实施方便，不需要专门人员上塔和放球，也不需要脉冲雷达配合进行测距，涉及岗位人员少，降低检测成本；另外，月球上的着陆器为现成的设备，不需要增加其他设备就可以多次重复利用，进一步降低了光电偏差的检测成本。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (1)

1.一种对月跟踪光电偏差检测方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、月球上的着陆器发送下行信号至雷达接收机，雷达接收机将接收到的下行信号放大后，发送至跟踪接收机；

S2、跟踪接收机对所述放大后的下行信号进行解调后输出角误差电压，根据所述角误差电压控制雷达天线对着陆器进行跟踪；

S3、月球在标校电视上成像，所述标校电视加载在雷达天线上；对月球成像进行屏幕截图，并记录截图时刻跟踪接收机输出的角误差电压和天线大地俯仰角，所述角误差电压包括方位角误差电压ΔV_A和俯仰角误差电压ΔV_E；

S4、计算月球上的着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标；具体包括：

S41、在标注有着陆器位置的月面图片中寻找两个特征点，所述两个特征点在标校电视中能够识别；其中，着陆器的像素点坐标为T(x_T，y_T)，两个特征点的像素点坐标分别为A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)；

S42、在月面图片中，确定所述两个特征点与着陆器的相对位置关系K_p为：

$K_p=\frac{\sqrt{{(x_T-x_A)}^2+{(y_T-y_A)}^2}}{\sqrt{{(x_B-x_A)}^2+{(y_B-y_A)}^2}}$

S43、确定两个特征点在标校电视屏幕截图中的位置，其对应像素点坐标分别为A₁(x_A1，y_A1)和B₁(x_B1，y_B1)，着陆器在标校电视屏幕截图中像素点坐标为T₁(x_T1，y_T1)；

S44、根据两个特征点与着陆器的相对位置关系以及两个特征点在标校电视屏幕截图中的位置，计算着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标，其计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{T1}=x_{A1}+K_p(x_{B1}-x_{A1})\\ y_{T1}=y_{A1}+K_p(y_{B1}-y_{A1})\end{array}\right.;$

S5、根据步骤S4的计算结果，计算着陆器在标校电视中的脱靶量，具体包括：

S51、在标校电视屏幕截图中的十字标上分别找到光轴中心、横向正偏1mil以及纵向正偏1mil的像素点坐标；所述十字标上光轴中心的像素点坐标为O(x_O，y_O)、十字标上代表横向正偏1mil的像素点坐标为Z_A(x_ZA，y_ZA)、代表纵向正偏1mil的像素点坐标为Z_B(x_ZB，y_ZB)；

S52、分别计算横向正偏单位像素点以及纵向正偏单位像素点相对于光轴中心的角度偏移量；

所述横向正偏单位像素点相对于光轴中心的角度偏移量为：

$K_A=\frac{0.06\×3600}{x_{ZA}-x_O}$

所述纵向正偏单位像素点相对于光轴中心的角度偏移量为：

$K_E=\frac{0.06\×3600}{y_{ZB}-y_O}$

S53、根据着陆器在标校电视屏幕截图中的像素点坐标，分别计算着陆器在标校电视中的横向脱靶量和纵向脱靶量；

所述着陆器在标校电视中的横向脱靶量ΔA_W为：

ΔA_w＝K_A(x_T1-x_O)

所述着陆器在标校电视中的纵向脱靶量ΔE_w为：

ΔE_w＝K_E(y_T1-y_O)；

S6、利用所述角误差电压对所述着陆器在标校电视中的脱靶量进行修正，得到着陆器的修正脱靶量；

所述着陆器的横向修正脱靶量ΔA为：

$\mathrm{\Δ}A={\mathrm{\ΔA}}_w-\frac{{\mathrm{\ΔV}}_A}{K_v}\×0.06\×3600$

所述着陆器的纵向修正脱靶量ΔE为：

$\mathrm{\Δ}E={\mathrm{\ΔE}}_w-\frac{{\mathrm{\ΔV}}_E}{K_v}\×0.06\×3600$

其中，K_v为跟踪接收机角误差电压灵敏度；

S7、根据所述着陆器的修正脱靶量和所述天线大地俯仰角，计算当前截图时刻的光电偏差；其中：

所述当前截图时刻的横向光电偏差为：

C_s(n)＝-ΔA

所述当前截图时刻的纵向光电偏差为：

C_e(n)＝-ΔE-ΔE_gcosθ_e

其中，ΔE_g为重力下垂修正量，θ_e为天线大地俯仰角；

S8、重复步骤S3至步骤S7多次，并将多次得到的光电偏差平均值作为光电偏差的检测结果，完成船载雷达的光电检测。