[發明專利]一種基于虛擬平臺的外彈道光學測量精度分析方法

有效

• 申請號: 202011268580.4
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112598617B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 李慶豐;王偉魁;聶新建;彭泳卿;馮紅亮
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/20;G06T13/20
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 趙洋

本發明提供一種基于虛擬平臺的外彈道光學測量精度分析方法，包括以下步驟：S1、三維建模；S2、構建虛擬外彈道光學測量設備；S3、生成目標三維飛行動畫；S4、輸出二維圖像序列；S5、誤差項設置；S6、圖像處理和參數解算；S7、測量精度分析。本發明所述的一種基于虛擬平臺的外彈道光學測量精度分析方法，可以對圖像處理軟件算法進行精度分析，具備光學測量設備從硬件到軟件算法全系統的精度分析能力；可以分析飛行速度、攻角等與目標運動相關的動態外彈道參數的測量精度，具備外彈道靜、動態全參數測量精度分析能力。

技術領域

本發明涉及外彈道光學測量技術領域，具體涉及一種基于虛擬平臺的外彈道光學測量精度方法。

背景技術

外彈道光學測量是指以光學成像原理采集飛行目標圖像，經處理得到彈道軌跡、飛行速度、飛行姿態(俯仰角、偏航角和滾轉角)、和攻角等外彈道參數，通常主要用于完成目標飛行初始段和再入低空段彈道的測量。具有測量精度高、直觀性強(可記錄目標圖像)、不受“黑障”和地面雜波干擾等優點。可以為導彈和運載火箭技術性能和精度的評定、設計、改進以及武器的定型提供精確的飛行彈道參數。用于彈道測量的典型光學設備為光電經緯儀，工作時由兩臺或兩臺以上的光電經緯儀共同對準目標飛行的同一空域，對飛過該空域的目標在統一指令下進行拍照或攝像。事后或實時根據已知的經緯儀地理坐標、目標對經緯儀的方位角、俯仰角、鏡頭焦距等參數通過交會計算得到目標的空間位置。連續拍攝即可獲取飛行目標在該空域的外彈道參數。

測量精度是外彈道光學測量設備的核心技術指標。因此，為了掌握測量精度的影響因素和影響規律，國內外眾多研究聚焦于外彈道光學測量精度的分析和評定。目前，該領域的研究路線主要集中于以下四種途徑：

(一)理論分析：建立光學設備伺服機構(如：光電經緯機架)運動模型和光學系統成像模型，結合所采用的參數解算算法，建立外彈道參數β_i的數學模型。再根據誤差傳播定律，得出外彈道參數測量誤差Δβ_i與光學設備參數標稱誤差Δα_i的解析模型。根據該解析模型即可得到光學設備參數的測量誤差和標定誤差對外彈道參數測量誤差的影響規律。

一方面，光學設備伺服機構和光成像系統的結構極為復雜，在建立相應的運動模型和成像模型時，不可避免的要對原系統進行簡化和假設。另一方面，圖像處理算法包括圖像預處理、目標識別、特征參數提取和彈道參數計算等多個環節，理論分析模型很難對圖像預處理、目標識別和特征參數提取的效果和準確性進行有效的表征。因此，理論分析方法存在諸多局限性。

(二)數值仿真分析：首先，直接給定彈道軌跡和目標中軸線在測量坐標系中的數學方程，以及光學測量設備的位置坐標、圖像傳感器尺寸和分辨率、鏡頭焦距等參數。之后，根據理想的光學成像模型，逆運算得到攝影坐標系下目標法線傾斜角、方位角和俯仰角。最后，根據經驗給出光學設備參數的測量誤差和標定誤差Δα_i，利用蒙特卡洛數值仿真，分析在誤差Δα_i影響下的彈道參數測量誤差。

在該方法中，攝影坐標下目標法線傾角等參數是根據給定的目標中軸線方程經過數學計算得到的；而在實際測量中，該類參數需要通過圖像預處理、目標識別和特征參數提取等圖像處理算法獲得。因此，與理論分析方法類似，數值仿真分析方法同樣不能對圖像預處理、目標識別和特征參數提取的效果和準確性進行有效表征，仍然存在局限性。

(三)室內模擬目標驗證：在實驗室內，利用平行光管模擬無窮遠目標，采用尺寸縮比等效方法制作具有不同姿態的目標板，實現對遠處不同姿態目標的模擬。采用高精度三坐標測量機對姿態板上各目標之間的夾角進行精確標定，將標定結果作為真值。外彈道光學測量設備測量結果與真值之差即為該設備的測量精度。

室內模擬目標驗證方法在一定程度上解決了理論分析法和數值仿真分析法的局限性。但由于室內模擬的目標是靜止的，因此，在分析目標飛行速度、攻角等與運動相關的外彈道參數的測量精度時，室內模擬目標驗證法仍顯不足。