计算测角精度和评估跟踪精度的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及光电设备【技术领域】，公开了一种计算测角精度和评估跟踪精度的系统和方法。所述系统包括时统单元、数据处理组件、旋转轴系、平行光管组件以及可调反射镜；其中，平行光管组件和可调反射镜安装在旋转轴系的旋转臂上并动态调整；数据处理组件利用时统单元的信号，根据旋转轴系的运动数据信息和待测光电设备发送的目标数据信息计算测角精度并评估跟踪精度。本发明仅在内场即可完成覆盖视场大部分范围的测试，且能够快速完成数据分析，相较于外场检飞试验的方式，实施成本极低，实施难度也较小，测试精度也较高。
【专利说明】计算测角精度和评估跟踪精度的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电设备【技术领域】，特别涉及一种计算测角精度和评估跟踪精度的系统和方法。
【背景技术】
[0002]光电设备的测角精度和跟踪精度一直是光电设备领域中需求最广泛的核心技术指标之一，在设备研制调试阶段必须对这些指标进行测试，外场长期使用后也需要进行定期测试以进行校准。动态测角精度是指光电经纬仪在规定的角速度和角加速度运动状态下，实时测量的目标空间指向值与真值之差，是衡量光电经纬仪最重要的技术指标之一。
[0003]目前已知常用的测角精度和跟踪精度测试通常采用外场检飞的方式完成，但该方法在实际应用中存在下列问题:
[0004]1.由于外场试验受气候、费用、时间等限制，外场检飞实施成本高，耗时长，难以覆盖视场全范围，且事后数据分析繁琐，不能满足快速测试的需求；
[0005]2.测角精度测试的精度不高，难以满足先进光电设备研制试验的需求；
[0006]3.难以创造出较高角速度、角加速度的目标，不能实时完成跟踪精度测试和评估。
[0007]因此，如何解决现有技术中无法满足对测角精度和跟踪精度的快速测试以及测试的精度不高、不能实时完成跟踪精度评估的问题，便成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何进行方便快捷的外场测角精度及跟踪精度的测试和评估。
[0009]为解决上述技术问题，一方面本发明提供了一种计算测角精度和评估跟踪精度的系统，所述系统包括:时统单元、数据处理组件、旋转轴系、平行光管组件以及可调反射镜，其中，
[0010]所述平行光管组件和所述可调反射镜安装在所述旋转轴系的旋转臂上；所述平行光管组件提供准直光；所述可调反射镜与所述平行光管组件的光学窗口对应设置，调整所述准直光的反射角度以形成多光谱点目标；
[0011]所述时统单元与所述数据处理组件相耦接，为所述数据处理组件提供标准时间和
频率信号；
[0012]所述数据处理组件还与所述旋转轴系和待测光电设备相耦接，利用所述时统单元的信号，根据所述旋转轴系的运动数据信息和所述待测光电设备发送的目标数据信息计算测角精度并评估跟踪精度。
[0013]优选地，所述平行光管组件包括多光谱光源、星点靶板、次反射镜以及主反射镜，其中，所述星点靶板中开有一小口，从所述多光谱光源辐射出的光透过所述星点靶板开设的小口并依次经所述次反射镜和主反射镜反射，辐射出所述准直光。
[0014]优选地，所述旋转轴系具有支撑底座和安装所述平行光管组件的旋转臂，所述旋转轴系由电机带动所述旋转臂做速度可调的圆周运动；所述平行光管组件和所述可调反射镜分别安装在所述旋转臂的两端。
[0015]优选地，所述多光谱光源为卤素灯光源。
[0016]优选地，所述运动数据信息包括旋转时的圆周角度和实时角速度，所述目标数据信息包括检测出的目标方位、俯仰角度以及跟踪脱靶量。
[0017]另一方面，本发明还同时提供了一种利用如上所述的系统计算测角精度和评估跟踪精度的方法，所述方法包括步骤:
[0018]探测点源目标:启动系统，由平行光管组件生成准直光，再调整可调反射镜角度，使待测光电设备方位、俯仰两轴旋转中心置于准直光光锥顶点位置，操作待测光电设备探测点源目标；
[0019]向数据处理组件输出运动数据信息和目标数据信息:控制旋转轴系旋转，使得点源目标相对于准直光光锥顶点做圆周运动，并实时输出多光谱点源目标相对于旋转轴系做圆周运动的运动数据信息给数据处理组件；操作待测光电设备，实时输出搜索或跟踪时的目标数据信息给所述数据处理组件；
[0020]计算待测光电设备的测角精度和评估跟踪精度:将旋转轴系发送的多光谱点目标相对于所述旋转轴系的运动数据信息换算成相对于所述待测光电设备的位置数据信息，然后与接收的所述待测光电设备发送的目标数据信息进行对比，再结合所述时统单元，计算测角精度和评估跟踪精度。
[0021]优选地，所述运动数据信息包括多光谱点源目标相对于旋转轴系做圆周运动时的实时圆周角度和实时角速度，所述目标数据信息包括对目标进行搜索时检测出的目标方位和俯仰角度，以及对目标进行跟踪时检测出的目标方位、俯仰角度和脱靶量。
[0022]优选地，所述计算测角精度包括:
[0023]使用数据处理组件实时换算多光谱点目标相对于待测光电设备的所述方位、俯仰角度，并与待测光电设备实时检测出的多光谱目标方位和俯仰角度进行比对，计算待测光电设备在搜索状态和跟踪状态时的测角精度。
[0024]优选地，所述评估跟踪精度包括:
[0025]不断增大旋转轴系旋转速度，直至待测光电设备实时输出的脱靶量持续大于或等于规定值，再结合时统，使用数据处理组件实时换算多光谱点目标相对于待测光电设备的角速度、角加速度，并与待测光电设备跟踪的多光谱点源目标的实时脱靶量进行比对，完成跟踪精度的测试和评估。
[0026]优选地，所述方法还包括:
[0027]调整可调反射镜反射角度，重复上述步骤，计算和评估待测光电设备在视场大部分范围内的测角精度和跟踪精度。
[0028]与现有技术相比，本发明所述的一种计算测角精度和评估跟踪精度的系统和方法，达到了如下效果:
[0029]I)本发明所述的一种计算测角精度和评估跟踪精度的系统和方法，仅在内场即可完成覆盖视场大部分范围的测试，且能够快速完成数据分析，相较于外场检飞试验的方式，实施成本极低，实施难度也较小。
[0030]2)本发明可以方便地完成测角精度测试，测试精度高，满足先进光电设备研制测试的需求。
[0031]3)本发明可以方便地提供角速度、角加速度精确可调的目标，并实时完成跟踪精度测试和评估。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明实施例所述的一种测角精度和跟踪精度的测试系统结构示意图。
[0033]图2是本发明实施例所述的测试系统与待测光电设备间的坐标变换关系图。
[0034]图3是本发明实施例所述的平行光管组件的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]现有的测角精度及跟踪精度测试均是通过外场检飞方式进行，由于每次试验飞行的时间短且成本极高，所能进行的测试内容有限，实际可以达到的效果并不理想。本发明为了控制测试成本，更重要地是为了能快捷而全方位地对光电设备进行测试，提出了 一种新型的计算测角精度和评估跟踪精度的系统和方法。
[0037]如图1所示，在本发明一个实施例中，计算测角精度和评估跟踪精度的系统在光电设备视场全范围内能够快速测试其静/动态测角精度和对不同角速度、角加速度运动目标的跟踪精度，所述系统包括:数据处理组件100、时统单元200、旋转轴系300、平行光管组件400以及可调反射镜500，其中，
[0038]平行光管组件400和可调反射镜500安装在旋转轴系300的旋转臂上，平行光管组件400提供准准直光源，可调反射镜500与平行光管组件400的光学窗口对应设置，调整准直光源的反射角度以形成多光谱点目标；时统单元200与数据处理组件100相耦接，为数据处理组件100提供标准时间和频率信号。
[0039]“时统”是时间统一系统的简称，它能为用户提供精确、统一的标准时间和频率信号。信息化条件下网络技术应用十分广泛，不同的时间标准和同步误差所造成的微小时间偏差，能直接导致计算机系统之间数据交互延迟或回跳。人们对时间的计量能力和使用要求已经远远高于直观感觉能力，统一时间度量和标准时间以及采用高精度时间频率测量设备已经越来越重要。
[0040]数据处理组件100分别与时统单元200、平行光管组件400以及待测光电设备相耦接，用于接收旋转轴系300发送的多光谱点目标相对于所述旋转轴系300的运动数据信息并将其换算成相对于所述待测光电设备的位置数据信息，然后与接收的所述待测光电设备发送的目标数据信息进行对比，再结合所述时统单元200，计算和评估测角精度和跟踪精度。
[0041]其中，所述运动数据信息包括多光谱点源目标相对于旋转轴系300做圆周运动时的实时圆周角度和实时角速度，所述目标数据信息包括对目标进行搜索时检测出的目标方位、俯仰角度以及对目标进行跟踪时检测出的目标方位、俯仰角度和脱靶量。
[0042]具体来说，结合时统，使用数据处理组件100实时将多光谱点目标相对于旋转轴系300做圆周运动的圆周角度换算成多光谱点目标相对于待测光电设备的方位、俯仰角度，并与待测光电设备实时检测出的多光谱目标方位、俯仰角度进行比对，可以计算出动态的测角精度。使用数据处理组件100实时将多光谱点目标相对于旋转轴系300做圆周运动的实时角速度换算成多光谱点目标相对于待测光电设备的角速度、角加速度，并与待测光电设备跟踪多光谱点目标的实时脱靶量进行比对，可以完成跟踪精度的测试和评估。
[0043]旋转轴系300分别与所述平行光管组件400和数据处理组件100相耦接，用于搭载所述平行光管组件400并控制其在不同方位进行转动，以及向数据处理组件100输出多光谱点目标相对于所述旋转轴系300的运动数据信息，包括旋转时的圆周角度和实时角速度等信息。
[0044]其中，所述旋转轴系300具有一条连接于所述平行光管组件400的旋转臂和一个支撑底座，所述旋转轴系300由电机带动所述旋转臂做速度可调的圆周运动，继而带动所述平行光管组件400运动。
[0045]平行光管组件400分别与所述旋转轴系300和可调反射镜500相耦接，用于产生并将辐射出的准直光辐射给所述可调反射镜500，继而为所述待测光电设备提供模拟点源目标。
[0046]其中，所述平行光管组件400包括多光谱光源401、星点靶板402、次反射镜403以及主反射镜404 ;所述星点靶板402中开有一小口，从所述多光谱光源辐射出的光源透过所述星点靶板402开设的小口并依次经所述次反射镜403和主反射镜404反射，辐射出准直光。所述多光谱光源401可以为低压汞灯、低压钠灯、原子光谱灯、氦灯、氢灯、氢弧灯、汞齐灯和微波无极光谱灯光源等。优选为卤素灯光源。
[0047]可调反射镜500分别与所述平行光管组件400和待测光电设备相耦接，用于调整所述准直光的发射角度，使得所述点源目标能够覆盖待测光电设备视场的大部分范围。
[0048]其中，所述平行光管组件400和可调反射镜500分别安装在旋转轴系300的旋转臂的两端；优选地，平行光管组件400设置在旋转臂的旋转轴心附近，可调反射镜500设置在旋转臂的末端，旋转轴系300转动旋转臂控制准直光的运动方向、速度和角速度。所述平行光管组件400辐射出的准直光经可调反射镜500发射，形成位置、速度可控的点源目标，通过调整所述可调反射镜500的反射角度，从而调整准直光光锥角度，使得点源目标覆盖待测光电设备视场大部分范围。
[0049]本发明的技术方案中，通过增加高精度的旋转轴系，将平行光管组件安装在旋转轴系的旋转臂上，控制其旋转为待测光电设备提供运动点目标。此外，本发明中增加了可调反射镜；通过调整可调反射镜的角度，形成不同的准直光光锥角，为待测光电设备提供覆盖不同视场范围的运动点目标。
[0050]本发明提供了方位、俯仰角度和运动角速度可控的运动点目标，并且可以覆盖待测光电设备不同视场范围，数据处理组件根据旋转轴系的运动数据信息将其换算成点目标相对于待测光电设备的位置数据信息，然后与从待测光电设备处接收的目标数据信息进行对比，并结合时统单元的信号计算和评估测角精度和跟踪精度，从而实现了在待测光电设备视场大部分范围内对多种动态核心指标的快速测试和评估。[0051]请参照图2，图2为本发明的测试系统与待测光电设备间的坐标变换关系图，图中O点为光电设备方位、俯仰两轴旋转中心，定义该点为坐标原点，a角为靶标装置旋转半锥角，b角为靶标装置旋转轴与水平面的夹角，A角为待测光电设备的方位角，E角为待测光电设备的俯仰角。设多光谱点目标位于空间最高点Stl处的旋转轴系300编码器值为零值(旋转轴系300角度传感器采用同轴安装绝对式编码器)，当目标从Stl点旋转至S1点(S1点为圆弧下任意一点，图中未示出)，旋转轴系300编码器的角度为Θ。当旋转轴系300带动多光谱点目标做匀速圆周运动时，其角速度ω是可调常量。
[0052]结合时统单元200使用数据处理组件100实时将多光谱点目标相对于旋转轴系300做圆周运动的圆周角度换算成多光谱点目标相对于待测光电设备的方位、俯仰角度，并与待测光电设备实时检测出的多光谱目标方位、俯仰角度进行比对，计算动态测角精度。
[0053]其中，俯仰角度:
[0054]E = arcsin (cosasinb+sinacosbcosθ)
[0055]方位角度:
[0056]A = arcsin (sinasin Θ/cosE)
[0057]结合时统单元200，使用数据处理组件100实时将多光谱点目标相对于旋转轴系300做圆周运动的实时角速度换算成多光谱点目标相对于待测光电设备的角速度、角加速度，并与待测光电设备跟踪多光谱点目标的实时脱靶量进行比对，完成跟踪精度的测试和评估。
【权利要求】
1.一种计算测角精度和评估跟踪精度的系统，其特征在于，所述系统包括:时统单元、数据处理组件、旋转轴系、平行光管组件以及可调反射镜，其中， 所述平行光管组件和所述可调反射镜安装在所述旋转轴系的旋转臂上；所述平行光管组件提供准直光；所述可调反射镜与所述平行光管组件的光学窗口对应设置，调整所述准直光的反射角度以形成多光谱点目标； 所述时统单元与所述数据处理组件相耦接，为所述数据处理组件提供标准时间和频率信号; 所述数据处理组件还与所述旋转轴系和待测光电设备相耦接，利用所述时统单元的信号，根据所述旋转轴系的运动数据信息和所述待测光电设备发送的目标数据信息计算测角精度并评估跟踪精度。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述平行光管组件包括多光谱光源、星点靶板、次反射镜以及主反射镜，其中，所述星点靶板中开有一小口，从所述多光谱光源辐射出的光透过所述星点靶板开设的小口并依次经所述次反射镜和主反射镜反射，辐射出所述准直光。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旋转轴系具有支撑底座和安装所述平行光管组件的旋转臂，所述旋转轴系由电机带动所述旋转臂做速度可调的圆周运动；所述平行光管组件和所述可调反射镜分别安装在所述旋转臂的两端。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多光谱光源为卤素灯光源。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运动数据信息包括旋转时的圆周角度和实时角速度，所述目标数据信息包括检测出的目标方位、俯仰角度以及跟踪脱靶量。
6.一种利用如权利要 求1-5中任一项所述的系统计算测角精度和评估跟踪精度的方法，其特征在于，所述方法包括步骤: 探测点源目标:启动系统，由平行光管组件生成准直光，再调整可调反射镜角度，使待测光电设备方位、俯仰两轴旋转中心置于准直光光锥顶点位置，操作待测光电设备探测点源目标； 向数据处理组件输出运动数据信息和目标数据信息:控制旋转轴系旋转，使得点源目标相对于准直光光锥顶点做圆周运动，并实时输出多光谱点源目标相对于旋转轴系做圆周运动的运动数据信息给数据处理组件；操作待测光电设备，实时输出搜索或跟踪时的目标数据信息给所述数据处理组件； 计算待测光电设备的测角精度和评估跟踪精度:将旋转轴系发送的多光谱点目标相对于所述旋转轴系的运动数据信息换算成相对于所述待测光电设备的位置数据信息，然后与接收的所述待测光电设备发送的目标数据信息进行对比，再结合所述时统单元，计算测角精度和评估跟踪精度。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述运动数据信息包括多光谱点源目标相对于旋转轴系做圆周运动时的实时圆周角度和实时角速度，所述目标数据信息包括对目标进行搜索时检测出的目标方位和俯仰角度，以及对目标进行跟踪时检测出的目标方位、俯仰角度和脱靶量。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算测角精度包括: 使用数据处理组件实时换算多光谱点目标相对于待测光电设备的所述方位、俯仰角度，并与待测光电设备实时检测出的多光谱目标方位和俯仰角度进行比对，计算待测光电设备在搜索状态和跟踪状态时的测角精度。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述评估跟踪精度包括: 不断增大旋转轴系旋转速度，直至待测光电设备实时输出的脱靶量持续大于或等于规定值，再结合时统，使用数据处理组件实时换算多光谱点目标相对于待测光电设备的角速度、角加速度，并与待测光电设备跟踪的多光谱点源目标的实时脱靶量进行比对，完成跟踪精度的测试和评估。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 调整可调反射镜反射角度，重复上述步骤，计算和评估待测光电设备在视场大部分范围内的测角精度和 跟踪精度。
【文档编号】G01C25/00GK103471620SQ201310456865
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】叶鹏, 张灏烨, 邓天华, 刘晨晓 申请人:四川九洲电器集团有限责任公司