动态靶标动态形变测角误差的标定装置及标定方法与流程

文档序号:14686291发布日期:2018-06-15 00:24

本发明属光学领域,涉及一种靶场动态靶标动态形变测角误差的标定装置及标定方法。



背景技术:

光电经纬仪通常以两台以上为组,布置在首区、航区或末区靶场,在导弹测控、卫星观测、常规兵器试验时承担弹道测量任务,光电经纬仪的跟踪速度、跟踪精度和捕获能力等在出厂时通常要在室内用动态靶标进行模拟测试。在测试时,动态靶标以特定速度转动,在转动时动态靶标往往会产生微量的机械形变,这种机械形变直接影响着光电经纬仪的标定精度。

传统标定方法是在动态靶标静止状态下进行的,通过标定动态靶标处于不同的空间位置时目标输出的空间角,来确定动态靶标的几何参数,同时结合动态靶标旋转轴上的轴角编码器读数,实现对动态靶标的标定。这种标定方法精度较低。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是提供一种标定精度高的动态靶标动态形变测角误差的标定装置及标定方法。

本发明的技术方案是:

动态靶标动态形变测角误差的标定装置,包括动态靶标;所述动态靶标包括轴角编码器、光源和反射镜;在光源和反射镜之间的光路上设置有准直物镜;所述轴角编码器的旋转轴与动态靶标的旋转轴重合;其特殊之处在于:还包括成像装置;所述成像装置包括通过镜筒依次刚性连接的第一物镜、漫射板、第二物镜和CCD;所述漫射板位于第一物镜的像方焦面上;所述CCD位于第二物镜的像面上;从光源发出的光经准直物镜准直后入射到反射镜上,反射镜的反射光束入射到成像装置上,由成像装置采集动态靶标的星点像坐标。

上述标定装置还包括控制分析软件,用于比对计算动态靶标以特定角速度运动时产生的机械形变所引入的角度误差。

基于上述述动态靶标动态形变测角误差的标定装置的标定方法,其特殊之处在于:包括以下步骤:

(1)动态靶标处于静态时对其事先标定

A、调整成像装置的位置,使第一物镜的光轴与轴角编码器的旋转轴同轴;

B、将动态靶标停留在特定位置处,并读取此时轴角编码器的读数θ;打开光源并调整成像装置的位置,使第一物镜能够完全接收动态靶标处于该位置时输出的平行光;

C、成像装置采集动态靶标在所述特定位置的星点像:步骤(1)B中的平行光经第一物镜在漫射板上成像,透过漫射板的光经第二物镜在CCD上成像,由CCD将图像信号转换为星点像坐标(xθ,yθ),θ为轴角编码器的示数;

(2)动态靶标以特定角速度运动时对其进行实时标定

A、将成像装置保持步骤(1)中状态不变;

B、使动态靶标以特定的角速度转动;

C、成像装置实时采集动态靶标的星点像:经准直物镜准直后输出的平行光经第一物镜在漫射板上成像,透过漫射板的光经第二物镜在CCD上成像,由CCD将动态靶标在各位置处的图像信号转换为相应的星点像坐标(xθ',yθ'),θ为轴角编码器的示数;

(3)计算动态靶标的机械形变所引入的角度误差

A、控制分析软件实时提取动态靶标旋转的角度,即轴角编码器的实时示数θ;

B、控制分析软件实时提取上述步骤(1)C中的星点像坐标(xθ,yθ)和步骤(2)C中的星点像坐标(x′θ,y′θ);

C、控制分析软件结合步骤(3)A、B的数据计算出动态靶标以特定角速度旋转,轴角编码器的示数为θ时,动态靶标的机械形变所引入的角度误差。

上述步骤(1)中所选取的特定位置为0°0′0″、90°0′0″、180°0′0″、270°0′0″这四个位置;调整成像装置的位置,使动态靶标在这四个位置处的四个星点像坐标落在同一圆上。

本发明的优点是:

可对运动的动态靶标的空间角度进行精确标定,从而对动态靶标运动时产生的机械形变所引入的空间角度误差进行定量准确的标定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图;

其中:1-光源;2-准直物镜;3-轴角编码器;4-反射镜;5-第一物镜;6-漫射板;7-第二物镜;8-CCD;9-镜筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示,本发明所提供的动态靶标动态形变测角误差的标定装置包括动态靶标、成像装置和控制分析软件。

动态靶标包括轴角编码器3、光源1和反射镜4;在反射镜4的入射光的光路上设置有准直物镜2,并且轴角编码器3的旋转轴与动态靶标的旋转轴重合;准直物镜2位于光源1和反射镜4之间。

成像装置包括通过镜筒9依次刚性连接的第一物镜5、漫射板6、第二物镜7和CCD8,并且漫射板6位于第一物镜5的像方焦面上,CCD8位于第二物镜7的像面上。本发明通过在第一物镜5和CCD8之间设置漫射板6和第二物镜7,通过两次成像将反射镜4的反射光成像到CCD8上,可有效避免由于第一物镜5的焦距过长导致光束不能完全被CCD8接收,从而保证了标定精度。

控制分析软件用于提取轴角编码器3的实时读数(即动态靶标旋转的角度)和CCD8采集的星点像坐标(动态靶标静态时的星点像坐标、动态靶标以特定角速度旋转时的星点像坐标),并以此比对计算动态靶标以特定角速度运动时产生的机械形变所引入的角度误差。

本发明还提供了一种基于上述动态靶标动态形变测角误差的标定装置的标定方法,包括以下步骤:

(1)动态靶标处于静态时对其事先标定

A、调整成像装置的位置,使第一物镜5的光轴与轴角编码器3的旋转轴同轴;

B、将动态靶标停留在特定位置处(0°0′0″、90°0′0″、180°0′0″、270°0′0″这四个位置),并读取相应的轴角编码器3的示数θ;打开光源1并调整镜筒9的位置,使第一物镜5能够完全接收反射镜4处于该特定位置时反射镜4输出的平行光;

C、步骤(1)B中的平行光经第一物镜5在漫射板6上成像,透过漫射板6的光经第二物镜7在CCD8上成像,由CCD8将图像信号转换为星点像坐标(xθ,yθ),θ为轴角编码器3的示数;

具体原理和过程为:

轴角编码器3示数为0°0′0″时,CCD8拍摄到的星点像坐标为(x1,y1);轴角编码器3示数为90°0′0″时,CCD8拍摄到的星点像坐标为(x2,y2);轴角编码器3示数为180°0′0″时,CCD8拍摄到的星点像坐标为(x3,y3);轴角编码器3示数为270°0′0″时,CCD8拍摄到的星点像坐标为(x4,y4);若四个星点像坐标落在同一圆上,则系统调整到位。该圆方程可表述为:

( x θ - Σ i = 1 4 x i 4 ) 2 + ( y θ - Σ i = 1 4 y i 4 ) 2 = ( x 1 - x 3 ) 2 + ( x 2 - x 4 ) 2 + ( y 1 - y 3 ) 2 + ( y 2 - y 4 ) 2 2 ]]>

式中,(xθ,yθ)为编码器示数为θ时,星点像在CCD8上的坐标位置。

(2)动态靶标以特定角速度运动时对其进行实时标定

A、将成像装置保持步骤(1)中状态不变;

B、使动态靶标以特定的角速度转动;

C、成像装置实时采集动态靶标的星点像:经准直物镜2准直后输出的平行光经第一物镜5在漫射板6上成像,透过漫射板6的光经第二物镜7在CCD8上成像,由CCD8将动态靶标在各位置处(即动态靶标在各空间角度处)的图像信号转换为相应的星点像坐标(x′θ,y′θ),θ为轴角编码器的示数;

(3)计算动态靶标的机械形变所引入的角度误差

A、控制分析软件实时提取动态靶标旋转的角度,即轴角编码器3的实时读数θ;

B、控制分析软件实时提取上述步骤(1)C中的星点像坐标(xθ,yθ)和步骤(2)C中的星点像坐标(x′θ,y′θ);

C、控制分析软件结合步骤(3)A、B的数据计算出动态靶标以特定角速度旋转,轴角编码器的示数为θ时,动态靶标的机械形变所引入的角度误差。

按照上述步骤(3),动态靶标以特定角速度动态旋转时,当编码器示数为θ时,CCD8采集的星点像坐标为(x′θ,y′θ),则动态靶标的机械形变引入的角度误差Δrθ为:

Δr θ = β ( x θ - x θ ) 2 + ( y θ - y θ ) 2 ]]>

式中,β为CCD8单位像素表征的动靶标角度值。

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