CN111024121A - 一种光电设备自主精度鉴定的***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光电设备自主精度鉴定的***和方法,所涉及的领域主要为光电跟踪测量、飞行器测控领域中高精度光电设备精度鉴定。其中精度鉴定的***包括:1)时统***;2)GNSS卫星接收机;3)数据处理器;4)附属通信***。其中,***可以自主实现对GNSS卫星(包括GPS卫星、Glonass卫星、Galileo卫星或北斗卫星等)位置计算,并引导光电设备对目标进行捕获。同时,当光电设备独立实现对GNSS卫星轨迹测量后,可以和本***的位置进行数据比对,实现位置精度高精度鉴定的目的。本***实现简单,集成度高,自主性强,鉴定精度高。
Description
技术领域
本发明属于光电跟踪测量和飞行器测控领域,具体涉及光电设备精度鉴定的方法和***。
背景技术
在光电跟踪测量和飞行器测控领域,定期或者随机对光电设备进行精度鉴定是一项重要的工作,鉴定的结果可以评估光电设备的使用状态,也可以作为光电设备测量精度的依据。在精度鉴定中,一项重要的鉴定项就是对设备的航迹测量精度进行鉴定。从理论上讲,光电设备的测量误差包含多个因素:轴系误差,测角误差,探测器误差以及航迹测量补偿与处理误差。由于光电设备的精度相对较高,因而当进行精度鉴定时,当前的主要方法主要有两种:
1)和更高精度的光电设备同时测量某个目标航迹数据,以更高精度的光电设备测量数据为理论数据,进行数据比对,产生精度鉴定结果;
2)对已知更高精度的目标位置航迹进行测量,以高精度飞行器航迹为理论数据,进行误差比对,产生精度鉴定结果;
相对第一种方法,第二种精度鉴定方法由于未使用光电设备测量误差补偿与处理环节,因而精度鉴定更加客观。但现实中很难随时找到相应高精度的目标,因而对光电设备的精度鉴定尤其是在野外作业中精度鉴定,多采用恒星测量比对的方法进行。但由于恒星理论上是无穷远目标,其运动本质上是地球自转造成的,因而其规律性强,恒星间张角相对精度较高。一般而言通过拍星对光电设备进行精度鉴定时,其精度一方面反映了设备精度(尤其是光电设备轴系的精度),但更重要的是反映了光电设备测量精度的稳定性——并不能完全反应光电设备***的测量精度。结合光电设备测量目标的特点、外场使用的特点以及光电设备精度鉴定的特点,外场精度鉴定时高精度目标应当具有如下的特征:
1)目标为有限距离目标,且精度远高于光电设备的精度;
2)目标为运动的目标,且能够覆盖整个测量区域;
3)能够像恒星一样,具有合作目标特性,即能够在特定的时间和使用条件下被探测到;
4)能够与光电设备通信,并进行自主处理,不过多依赖外部条件。
针对以上特点,则GNSS***的卫星成为最合适的精度鉴定目标。GNSS***作为定位***,由于得到定期维护,因而其自身精度相对较高。GNSS***包括北斗、GPS、Glonass、Galileo等,当前在轨的卫星数量超过百颗。以北斗为例,按照其轨道特点可以分为GEO,IGSO和MEO三种卫星。其事后精密星历精度可达厘米级,考虑到地面的距离,则北斗卫星精密星历在极坐标系下的误差远小于0.01″。但GNSS***事后精密星历发布要晚数天,且需要通过网络到其运行维护网站下载,对于光电设备尤其是在野外作业的光电设备应用来说相对较为不便,而且在无目标数据情况下目标捕获也较为困难。因而为提高精度鉴定的自主性,选择卫星接收机使用广播星历既可以解决目标捕获自主性的问题,也可以解决自主精度鉴定的问题。但广播星历精度相对较差,以北斗为例,其广播星历位置精度:MEO卫星在10m以内,其它卫星在30m以内。因而从极坐标角度位置上观测卫星,MEO卫星的理论误差<0.096″(PV),地球同步轨道卫星的误差<0.17″(PV)。当前光电设备的最高精度在1″左右,因而采用广播星历的GNSS卫星目标完全可以作为精度鉴定的目标。而其它星座的卫星精度也基本相当。同时由于技术的进步,当前多频多模GNSS卫星接收机较为普遍,因而可以较为容易实现对天域内多颗卫星广播星历的接收和解析。
发明内容
为实现光电设备精度鉴定的目的,本发明提出一种光电设备自主精度鉴定的***和方法。该方法利用GNSS***卫星广播星历或者精密星历产生的目标位置数据,作为测量的理论位置数据,通过光电设备对GNSS***卫星目标进行航迹测量,产生目标的测量数据,最后将两组数据进行比对实现精度鉴定的目的。
本发明采用的技术方案为:一种光电设备自主精度鉴定的方法,实现步骤如下:
步骤(1)、该精度鉴定***主要由GNSS卫星接收机,时统,数据处理器和附属通信***组成;
步骤(2)、数据处理器能够依据GNSS卫星接收机接收到的卫星的广播星历数据,并结合光电设备的位置,以及时统输出的时间信息计算卫星在地平坐极标系下的A,E和R数据,自主引导光电设备对目标进行捕获,同时记录目标在所在时间的A,E和R数据以及当前接收机能够接收到的所有卫星的广播星历;
步骤(3)、光电设备捕获目标后,光电设备可不依赖卫星的外引导数据进行独立跟踪和数据记录,并依据光电设备数据处理的流程,实现对目标位置的测量;
步骤(4)、以时间为索引,比对卫星广播星历产生的理论位置和测量位置,以均方差作为光电设备的鉴定精度,在不强调自主性的前提下,可以采用精密星历的数据和测量数据进行精度鉴定;
步骤(5)、在步骤(2)产生卫星位置时,可以选择一颗卫星的轨迹作为精度鉴定的数据,也可以像拍星一样选择选择覆盖全天域的多颗卫星进行精度鉴定;在不强调自主性的前提下,也可以采用精密星历数据进行比对,产生鉴定精度。
一种光电设备自主精度鉴定的***,用于实现上述光电设备自主精度鉴定方法,该***的主要由以下四个部分组成:GNSS卫星接收机,时统,数据处理器和附属通信***,其中GNSS卫星接收机主要负责接收GNSS卫星的广播星历,时统提供精确的时间信息;数据处理器提供对广播星历数据的转换以及对转换数据进行保存,附属通信***主要负责采集***数据,并发送处理数据到光电设备。
该***具有卫星捕获功能:数据处理器能够依据操作手的选择,依据当前的时间和光电设备的站址,将相应卫星的广播星历转换为光电设备地平坐标系下的极坐标位置,用于光电设备对目标的捕获。
该***具有数据记录功能:能够记录需要捕获目标的地平系极坐标位置数据,同时记录广播星历的参数数据,以便光电设备完成目标测量后实现数据比对。
本发明与现有技术相比的特点在于:
1)自主性强:本套精度鉴定***,进行精度鉴定时不依赖外部工作条件,可以独立完成精度鉴定;
2)可操作性强:GNSS卫星和恒星一样,每天都在天空中运动,规律性强,但恒星为无穷远目标,而GNSS卫星则为有限距离目标;
3)成本低:与其它高精度有限距离目标相比,本***每次进行精度鉴定时其成本十分低廉仅为***成本和运行维护成本;
4)功能优秀:当测量过程不考虑标定因素时,可以像拍星一样鉴定设备的稳定性;也可以鉴定测量全过程的绝对精度。
附图说明
图1为自主精度鉴定***组成示意图,其中,1为光电设备,2为数据处理器,3为时统,4为GNSS接收机;
图2为精度鉴定方法流程图;
图3为2018年5月19日22:30GNSS卫星分布图;
图4为图3北斗16理论引导航迹图;
图5为精度鉴定方位误差和俯仰误差。
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所示,本发明一种光电设备自主精度鉴定的***,该***的主要由以下四个部分组成:GNSS卫星接收机,时统,数据处理器和附属通信***,其中GNSS卫星接收机主要负责接收GNSS卫星的广播星历,时统提供精确的时间信息;数据处理器提供对广播星历数据的转换以及对转换数据进行保存,附属通信***主要负责采集***数据,并发送处理数据到光电设备。
该***具有卫星捕获功能:数据处理器能够依据操作手的选择,依据当前的时间和光电设备的站址,将相应卫星的广播星历转换为光电设备地平坐标系下的极坐标位置,用于光电设备对目标的捕获。
该***具有数据记录功能:能够记录需要捕获目标的地平系极坐标位置数据,同时记录广播星历的参数数据,以便光电设备完成目标测量后实现数据比对。
目标特性明显:GNSS***卫星覆盖全天域,地球上任何位置都存在观测到目标的可能性。在特定条件下,光电设备可以完成对目标的观测。由于目标为有限距离目标,其方位速度和俯仰速度(尤其MEO目标),不能被忽略。
ΔAm=Am-At (1)
ΔEm=Em-Et (2)
其中,[At,Et]为GNSS卫星在光电设备的地平坐标系下的理论位置,[Am,Em]为GNSS卫星在光电设备的地平坐标系下的测量位置,[ΔAm,ΔEm]为光电设备观测目标的残差。通过一条航迹产生的观测目标残差序列,或者根据全天域观测卫星产生的观测目标残差序列,求均方差,即为光电设备的精度。
如图2所示,在粗线方框内的处理流程为自主模式下精度鉴定的流程,和虚线方框内的非自主模式下的精度鉴定流程相比,自主模式下光电设备更容易捕获目标,同时精度鉴定过程更灵活——可以选择较多位置的目标进行精度鉴定。如图3所示,GNSS卫星覆盖全天域,满足精度鉴定的需求。当在地平坐标系内观测目标时,如图4所示,在观测能力允许的条件下,可以对GNSS卫星目标进行较长时间的观测,为精度鉴定提供较为有利的条件。如图5所示,通过比对得到精度鉴定的结果。
Claims (4)
1.一种光电设备自主精度鉴定的方法,其特征在于,实现步骤如下:
步骤(1)、该精度鉴定***主要由GNSS卫星接收机,时统,数据处理器和附属通信***组成;
步骤(2)、数据处理器能够依据GNSS卫星接收机接收到的卫星的广播星历数据,并结合光电设备的位置,以及时统输出的时间信息计算卫星在地平坐极标系下的A,E和R数据,自主引导光电设备对目标进行捕获,同时记录目标在所在时间的A,E和R数据以及当前接收机能够接收到的所有卫星的广播星历;
步骤(3)、光电设备捕获目标后,光电设备可不依赖卫星的外引导数据进行独立跟踪和数据记录,并依据光电设备数据处理的流程,实现对目标位置的测量;
步骤(4)、以时间为索引,比对卫星广播星历产生的理论位置和测量位置,以均方差作为光电设备的鉴定精度,在不强调自主性的前提下,可以采用精密星历的数据和测量数据进行精度鉴定;
步骤(5)、在步骤(2)产生卫星位置时,可以选择一颗卫星的轨迹作为精度鉴定的数据,也可以像拍星一样选择覆盖全天域的多颗卫星进行精度鉴定;在不强调自主性的前提下,也可以采用精密星历数据进行比对,产生鉴定精度。
2.一种光电设备自主精度鉴定的***,用于实现上述权利要求1所述的光电设备自主精度鉴定的方法,其特征在于:该***主要由以下四个部分组成:GNSS卫星接收机,时统,数据处理器和附属通信***,其中GNSS卫星接收机主要负责接收GNSS卫星的广播星历,时统提供精确的时间信息;数据处理器提供对广播星历数据的转换以及对转换数据进行保存,附属通信***主要负责采集***数据,并发送处理数据到光电设备。
3.根据权利要求2所述的一种光电设备自主精度鉴定的***,其特征在于:该***具有卫星捕获功能:数据处理器能够依据操作手的选择,依据当前的时间和光电设备的站址,将相应卫星的广播星历转换为光电设备地平坐标系下的极坐标位置,用于光电设备对目标的捕获。
4.根据权利要求2所述的一种光电设备自主精度鉴定的***,其特征在于:该***具有数据记录功能:能够记录需要捕获目标的地平系极坐标位置数据,同时记录广播星历的参数数据,以便光电设备完成目标测量后实现数据比对。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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