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51, 042303(2014)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2014《中国激光》杂志社
042303-1
舰载光电跟踪系统视场消旋方法研究
吕 舒
1,2
张涯辉
1
包启亮
1
陈洪斌
1
1
中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2
中国科学院大学, 北京 100049
摘要 在舰载平台上的 光电跟踪系统,由于船体姿态的 变化,其视场会沿视轴转动从而 引起跟踪误差。为了解决 这
一问题,提出了一种基于四元数坐标变换的补偿方法。通过研究视场在各个坐标系下的状态,定量地给出了船体姿
态对视场旋转的影响,并确定了视场旋转量与方向,同时,研究了跟踪系统装配误差对视场旋转的影响,为实时消除
由船摇引起的视场旋转提供了理论依据。
关键词 光学器件; 光电跟踪; 视场消旋; 四元数; 舰载
中图分类号 TP391.7 文献标识码 A doi: 10.3788/LOP51.042303
Despinning Scheme of Shipboard Electro-Optical Tracking System
Lü Shu
1,2
Zhang Yahui
1
Bao Qiliang
1
Chen Hongbin
1
1
Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan 610209,China
2
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract A kind of tracking error of shipboard electro- optical tracking system is caused by the rotation of
vessel. In order to solve this problem, a method using coordinate transformation based on quaternion is
proposed. By analyzing the viewing field in each coordinate system, the effect of vessel attitude on the viewing
field is deduced. Meanwhile, the effect of the installation misalignment on the viewing field is deduced too. The
result provides a theoretical basis for real-time despinning of shipboard electro-optical tracking system.
Key words optical devices; electro-optical tracking; despinning; quaternion; shipboard
OCIS codes 230.2090; 100.4999; 150.5495
1 引 言
视场旋转在潜水导航
[1]
、运动体精确测量
[2-5]
和动平台下光电跟踪
[6-7]
等任务中影响着目标定位的精度,因
为这些观测与传统的固定基观测是不同的。观测设备所在平台的姿态变化,使得观测设备的视轴以及视场
会受到较大的影响,为精确测量定位带来了很大的困难。现行的解决方案大致分为两类:其一为机械方法,
即设计稳定平台削弱或隔离平台姿 态变化,将测量系统置于稳定平台之上;其二为补偿法
[3]
,即计算出动平
台对测量系统视轴方位俯仰方向上的影响,通过控制系统加以补偿。
目前,大部分动平台视轴稳定技术只关注动平台对测量视轴方位和俯仰方向上的影响,而忽略了视轴的
旋转,而且将平台与观测设备简化为同一参考系。然而,在一些特殊应用中,测量点与视轴并不重合,而是有
一固定距离,称为偏置量。当视轴旋转时,视轴会依据测量点与偏置量而偏移,从而引入测量误差。针对这一
问题,本文以舰载光电跟踪系统为例,推算出视轴的旋转角,来修正偏置向量,从而消除因此引入的误差。
2 相关坐标系定义
与地 基光 电跟踪系统相比,作为运动平 台的 船体 的姿态变化使得舰载光电 跟踪 系统 的描述更加复杂。
本文采用坐标变换的方法,涉及以下几个坐标系。
收稿日期: 2013-10-20; 收到修改稿日期: 2013-11-12; 网络出版日期: 2014-03-28
基金项目: 国家 863 计划
作者简介: 吕 舒(1987—),女,博士研究生,主要从事信息融合方面的研究。E-mail: lvshu0523@163.com
导师简介: 包启亮(1967—),男,研究员,主要从事控制系统方面的研究。E-mail: control@ioe.ac.cn
本文电子版彩色效果请详见中国光学期刊网 www.opticsjournal.net
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weixin_38655284
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