CN107063304A - 一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法 - Google Patents

一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法，所涉及的领域主要为光电跟踪测量领域，高精度指向误差准实时或者实时验证。针对目标跟踪测量过程中，指向偏差是影响测量精度的最主要误差。随着日益增加的高精度测量的需求，对指向偏差的解算算法也越来越多，且朝着准实时解算甚至实时解算的方向发展。如何在目标跟踪过程中，验证指向误差的精度，且不和跟踪误差、目标轨迹误差进行耦合，是当前验证指向偏差工作的一个难题。本发明通过设计理论航迹，使得理论航迹的在指定的时间指向一颗恒星，并通过跟踪过程中恒星在指定时间在探测器视场中心的位置，以及测量航迹点和理论航迹的偏差作为指向误差验证方法。

Description

一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法
技术领域
本发明属于光电跟踪测量领域，具体涉及一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法。
背景技术
在光电跟踪测量领域，通常采用天文定位、轴系定位或者两种方法的混合定位三种方式对目标进行精确定位。在轴系定位或者混合定位过程中，定位精度受轴系变形、大气折射等参数影响产生误差，被称为指向偏差。指向偏差的存在导致光电跟踪测量设备整体性能下降，同时测量精度下降。为能够校正指向偏差，在试验中通常采用任务前或者任务后拍星——计算校正系数的方式进行。但由于轴系会随着周围环境的变化而变化，计算得到的校正系数会随时间的变化而降低精度，甚至无效。因而使得准实时或者实时计算指向偏差的方式越来越受到关注。如何评定准实时或实时指向偏差的精度，同时又不和目标真实轨迹误差相耦合，成为当前亟待解决的一个问题。
一般认为目标的测量位置为(AM，EM)，当光电跟踪测量设备指向目标时，目标的轴系位置为(AS，ES)，此时的指向偏差为(ΔA，ΔE)。则目标的测量位置为：
AM＝AS+ΔA (1)
EM＝ES+ΔE (2)
一般认为，在一定条件下光电跟踪测量设备的跟踪误差较小，如果目标的理论位置为(AT，ET)，则：
AT≈AM (3)
ET≈EM (4)
某一时刻，测量位置和理论位置之间的误差称为此时刻的指向误差，多个或者全天域理论位置和测量位置之差的均方误差称为***的指向误差，即：
APT＝Stdev(∑(AT-AM)) (5)
EPT＝Stdev(∑(ET-EM)) (6)
本发明通过虚拟航迹的方式，即航迹被假定为目标的理论航迹，不存在测量误差。光电跟踪测量设备对真实航迹的跟踪时主要误差有：指向偏差和跟踪控制误差。由于跟踪控制误差相对较为恒定，不会随周围环境变化产生较大的变化，且在一定条件下误差量级也远小于指向偏差。本发明即利用上述原理进行设计，发明的特点为测量误差和目标的真实轨迹不耦合。
发明内容
为解决实时或者准实时指向偏差标定等问题，提出一种基于虚拟轨迹的恒星穿越的方法。方法能够在关键时间点和关键位置，以及整个虚拟航迹过程对准实时或者实时指向偏差进行评定。
本发明采用的技术方案为：一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)、确定虚拟目标航迹的速度和加速度范围，以及航迹的跟踪时间和角度范围；
步骤(2)、选择时间T0、T1时刻，作为恒星穿越视场的时刻，并依据步骤(1)的跟踪时间和角度范围计算相近时间间隔内理论航迹走过的角度；
步骤(3)、依据步骤(2)理论轨迹，从恒星库中选择T0、T1时刻对应的恒星，确定T0、T1时刻航迹的理论位置；
步骤(4)、根据步骤(1)的跟踪时间和角度范围和步骤(3)的理论位置确定理论航迹；
步骤(5)、光电跟踪测量设备加载理论航迹，并准实时或者实时计算设备的指向偏差，引导设备指向理论航迹所虚拟目标的位置，并记录所有时刻设备的指向位置，指向偏差以及在T0、T1时刻恒星的实际位置；
步骤(6)、对数据进行具体分析：
61.假设T0、T1时刻，恒星的理论位置为(A0T，E0T)，(A1T，E1T)……，恒星的测量位置为(A0M，E0M)，(A1M，E1M)……，则对应的在T0、T1时刻的指向偏差为：(A0T-A0M，E0T-E0M)，(A1T-A1M，E1T-E1M)……
62.在T0、T1时刻，恒星在探测器视场中的脱靶量即T0、T1时刻为准实时或者实时指向误差；
63.如果在跟踪测量设备的探测器视场中，恒星在某时刻通过视场中心即探测器视场中脱靶量有同时为零的状态，但并不在T0和T1时刻，则说明指向偏差变化慢，但整套设备时间***存在误差；
64.当设计的虚拟航迹穿越多颗恒星时，可以通过多个时间点位置的指向误差计算***的指向误差。
其中，所述的虚拟轨迹中至少有两个时刻T0、T1有恒星穿越视场中心，且两个时刻间的时间差应不小于光电跟踪测量设备轴系保持精度的时间。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明由于采用虚拟理论航迹的方式，即当恒星穿越位置时，恒星的真实位置即为目标的位置。因而指向偏差和测量航迹不耦合。
(2)本法明容易实现，和实际光电跟踪测量设备的使用过程相类似，不需要增加其他相关功能。且不需要操作手不断的拍星，计算轴系的校正系数。
附图说明
图1为光电跟踪测量设备依据虚拟航迹以及准实时或实时指向偏差的引导数据进行运动(其中恒星在嵌入虚拟航迹中)示意图；
图2为指向误差数据处理示意图(虚线为虚拟航迹的，实线为光电测量设备具体的测量航迹，实心圆为固定时刻恒星的测量位置)；
图3为本发明一次指向误差验证试验示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1-2所示，一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)、确定虚拟目标航迹的速度和加速度大致范围，以及航迹的跟踪时间和角度范围；
步骤(2)、选择时间T0\T1等时刻，作为恒星穿越视场的时刻，并依据步骤(1)计算相近时间间隔内理论航迹大致走过的角度；
步骤(3)、依据步骤(2)理论轨迹的大致信息，从恒星库中选择T0\T1等时刻对应的恒星，确定T0\T1等时刻航迹的理论位置；
步骤(4)、根据步骤(1)和步骤(3)的信息详细，精确确定理论航迹；
步骤(5)、光电测量设备加载理论航迹，并准实时或者实时计算设备的指向偏差，引导设备指向理论航迹所虚拟目标的位置，并记录所有时刻(包括T0\T1等时刻)设备的指向位置，指向偏差以及在T0\T1等时刻恒星的实际位置；
步骤(6)、对数据进行具体分析：
61.假设T0\T1等时刻，恒星的理论位置为(A0T，E0T)，(A1T，E1T)……，恒星的测量位置为(A0M，E0M)，(A1M，E1M)……，则对应的在T0\T1等时刻的指向偏差为：(A0T-A0M，E0T-E0M)，(A1T-A1M，E1T-E1M)……
62.在T0\T1等时刻，恒星在探测器视场中的脱靶量即T0\T1等时刻为准实时或者实时指向误差；
63.如果在跟踪测量设备的探测器视场中，恒星在某时刻通过视场中心(即探测器视场中脱靶量有同时为零的状态)，但并不在T0和T1等时刻，则说明指向偏差变化慢，但整套***时间***存在误差；
64.当设计的虚拟航迹穿越多颗恒星时，可以通过多个时间点位置的指向误差计算***的指向误差。
图3为本发明一次指向误差验证试验，试验从夜晚8：30开始至9：00结束。恒星在8：38和8：58位于理论航迹位置。测试结果为：
时间 进入星号 理论方位 理论俯仰 方位误差 俯仰误差
20：38 1350298 236.79795° 52.67716° -1.6359″ 1.9423″
20：58 1351759 238.77414° 49.77510° 0.00004″ -1.1060″

Claims (2)

1.一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法，其特征在于，实现步骤如下：
步骤(1)、确定虚拟目标航迹的速度和加速度范围，以及航迹的跟踪时间和角度范围；
步骤(2)、选择时间T0、T1时刻，作为恒星穿越视场的时刻，并依据步骤(1)的跟踪时间和角度范围计算相近时间间隔内理论航迹走过的角度；
步骤(3)、依据步骤(2)理论轨迹，从恒星库中选择T0、T1时刻对应的恒星，确定T0、T1时刻航迹的理论位置；
步骤(4)、根据步骤(1)的跟踪时间和角度范围和步骤(3)的理论位置确定理论航迹；
步骤(5)、光电跟踪测量设备加载理论航迹，并准实时或者实时计算设备的指向偏差，引导设备指向理论航迹所虚拟目标的位置，并记录所有时刻设备的指向位置，指向偏差以及在T0、T1时刻恒星的实际位置；
步骤(6)、对数据进行具体分析：
61.假设T0、T1时刻，恒星的理论位置为(A0T，E0T)，(A1T，E1T)……，恒星的测量位置为(A0M，E0M)，(A1M，E1M)……，则对应的在T0、T1时刻的指向偏差为：(A0T-A0M，E0T-E0M)，(A1T-A1M，E1T-E1M)……
62.在T0、T1时刻，恒星在探测器视场中的脱靶量即T0、T1时刻为准实时或者实时指向误差；
63.如果在跟踪测量设备的探测器视场中，恒星在某时刻通过视场中心即探测器视场中脱靶量有同时为零的状态，但并不在T0和T1时刻，则说明指向偏差变化慢，但整套设备时间***存在误差；
64.当设计的虚拟航迹穿越多颗恒星时，可以通过多个时间点位置的指向误差计算***的指向误差。
2.根据权利要求1所述的一种光电跟踪测量设备指向误差验证方法，其特征在于，所述的虚拟轨迹中至少有两个时刻T0、T1有恒星穿越视场中心，且两个时刻间的时间差应不小于光电跟踪测量设备轴系保持精度的时间。
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