1 长春理工大学光电工程学院，吉林长春 130012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
针对某机载平台中钢丝绳传动带来的非线性误差及外部扰动等因素直接影响平台相机成像质量的问题，提出一种模糊自适应前馈补偿的控制策略。首先对钢丝绳传动机构和高精度直流伺服电机进行了建模，并建立了摩擦模型，为转台速度环控制回路引入模糊自适应 PID控制器。设计出前馈补偿和模糊自适应控制器的复合控制策略。Matlab仿真结果以及实验表明该复合策略能有效消除飞机振动和钢丝绳非线性带来的抖动，转台的稳定精度从 1 mrad提高至 0.2 mrad，大幅地提高了成像质量。
稳定平台 模糊 PID 前馈控制 钢丝绳传动 自适应控制 stabilization platform, fuzzy PID, feed forward co
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 驻长春地区第一军事代表室，吉林长春1300
针对可见光和SAR遥感图像存在非线性辐射差异和几何差异，加之SAR的斑点噪声，使得可见光和SAR图像配准十分困难的问题。本文提出了一种基于改进相位一致性的可见光和SAR图像配准方法。首先，分别计算相位一致性的最大矩和最小矩，将二者叠加，利用Harris算子在叠加图上提取特征点，得到稳定的角点和边缘点作为待匹配的特征点；接着，分别构建相位一致性的方向图和基于多尺度融合的最大幅值索引图，借助于（Histogram of Oriented Gradients， HOG）模板，利用相位一致性方向对基于多尺度融合的最大幅值索引图进行投票，建立一种新颖的局部特征描述符；最后，利用欧式距离作为特征向量的度量，计算最近邻比率实现特征匹配，采用快速采样一致性算法剔除误匹配点。在四组图像数据上的实验结果表明，本算法相比于基于梯度的OS-SIFT算法具有更多的正确匹配点对和更高的匹配精度，正确匹配点数分别提高了11，8，15和11对，均方根误分别提升了57.5%，57.9%，23.5%和58%。
可见光和SAR图像 辐射差异 图像配准 相位一致性 optical and SAR images radiation difference image registration phase congruency
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 130023
本文介绍了一种基于光电倍增管的锁相放大光电探测系统, 并定量地对系统中光电倍增管、放大电路、高压电源的噪声特性进行研究, 发现高压电源的纹波对系统噪声的影响很大。实验利用三台不同纹波的高压电源测试系统噪声, 发现在无光条件下, 系统噪声以光电倍增管暗噪声为主, 高压纹波噪声近似线性地耦合进系统噪声中;在有光条件下, 系统噪声以阳极电流散粒噪声为主, 高压纹波贡献的噪声既随光电流增大而增大也与高压纹波正相关。基于以上研究, 分析了高压电源的传递函数并优化反馈系数, 设计了高稳定低纹波高压电源, 高压纹波小于 5 mV。系统整机信噪比测试表明, 使用自研高压可显著提升系统信噪比, 相比较于其他高压电源(纹波 15 mV, 50 mV), 最大信号下分别提升了 38%和 125%。
光电倍增管 噪声 高压电源 纹波 信噪比 photomultiplier tube noise high voltage power supply ripple wave signal noise ratio 光学 精密工程
2020, 28(12): 2674
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为实现无人机机载光电设备对多个目标的准确定位, 提出了基于数字高程模型的多目标定位系统, 建立了一种基于目标矢量的多目标定位模型。通过目标检测得到视场中各目标的像素坐标, 解算出各目标的视轴矢量, 融合无人机和光电侦察平台中各传感器的测量数据, 计算出各目标的地理位置信息。实验结果表明, 在3 000 m飞行高度下, 对主目标的定位误差约为16 m, 对次目标的定位误差约为26 m。分析了改进的滤波模型的效果, 滤波后主目标定位误差减小到7 m, 次目标定位误差减小到约11 m。通过飞行实验验证, 证明工程效果与仿真实验结果基本一致。该方法具有定位实时性好, 误差小, 便于工程应用的优势。
多目标定位 目标矢量 机载光电平台 无人机 误差分析 滤波 multi-target positioning target vector airborne optoelectronic platform UAV error analysis filtering 光学 精密工程
2020, 28(10): 2323
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
根据现有无人机光电定位方法对动态目标定位的局限性，借鉴光电经纬仪角度交会定位方法，提出改进的基于机载光电平台的双机交会定位系统.介绍了交会定位系统的构成及其工作原理，构建辅助坐标系，对视轴向量进行齐次坐标转换，建立双机交会定位模型.研究了交会定位中载机相对目标位置对定位精度的影响，给出了理想的测量位置，得到最优定位位置，最优交会角为69.984°.最优位置下，当目标距离双机基线20 km时，定位均方根误差为38.043 4 m.分析了卡尔曼滤波对定位结果的影响，建立合适的滤波模型，滤波后的定位均方根误差减小到13.584 2 m.
无人机 机载光电平台 交会定位 坐标转换 精度分析 交会角 卡尔曼滤波 Unmannedaerialvehicle Airborne optoelectronic platform Intersection localization Coordinate transformation Accuracy analysis Intersection angle Kalman filtering
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京10004
飞机姿态测量是无人机系统目标定位的重要环节。该文拟采用多台北斗天线测姿, 分析了北斗接收天线测姿精度对机载光电平台目标定位精度的影响。为此, 本文建立机载光电平台目标定位系统模型, 用蒙特卡洛法分析目标定位误差,并对飞机姿态测量误差在0.05°~1°范围内以及飞行高度在1 000~8 000 m时的垂直下视和斜视目标定位误差进行比较。实验结果表明, 在姿态测量误差及飞行高度范围内, 垂直下视目标定位高程误差在20 m左右, 平面定位误差为23~65 m; 斜视定位（-60°斜视, 俯仰轴以水平向前为0°）大地高误差为20~30 m,平面定位误差为24~71 m。同时分析了天线摆放及基线长度对测姿精度的影响。目标定位误差主要与飞机姿态角测量误差、北斗系统误差、光电平台方位角和高低角测量误差有关, 还与目标与飞机之间的斜距有关。飞行高度越大, 光电平台高低角越小, 斜距越大, 则目标定位误差越大。基线越长, 测姿精度越高, 当基线垂直时, 横滚角误差最小。
北斗接收天线 姿态精度 蒙特卡洛法 目标定位误差 BDS receivers Monte Carlo method accuracy of the attitude determination error of target localization
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
3 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林长春130033
为同时对多个目标实施实时或准实时定位，建立了机载光电成像平台多目标自主定位系统，针对该系统提出一种基于像元视线向量的多目标自主定位模型。通过目标检测算法得到视场中各目标的像素坐标，根据单面阵电荷耦合器件(CCD)传感器的成像原理，构造各目标的视线向量并计算其与图像中心主目标的像元视线角，结合已测得的主目标相对光电平台的方位角、高低角和距离，计算出各目标与机载光电平台的角度与距离关系，应用全球定位系统(GPS)、航姿测量技术获取载机的位置姿态信息，通过齐次坐标变换方法计算出单幅图像中多个目标的大地坐标。针对镜头畸变引起的定位误差，提出基于畸变率的方法进行畸变修正。在1100 m 高空对地面目标定位时，多目标定位的圆概率误差(CEP)约为28.74 m，大地高定位误差约为18 m，能同时对50 个目标进行实时地理定位。当镜头畸变率为2%时，畸变修正后圆概率误差减小了7%。该多目标自主定位方法具有效率高，便于工程应用的优点。
测量 多目标自主定位 视线向量 齐次坐标变换 畸变修正 递归最小二乘
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院 北京 100039
为了提高机载光电测量设备定位精度，搭建了机载光电测量设备目标自主定位系统。利用齐次坐标转换的方法，构建了机载测量系统跟踪目标时的目标定位方程和定位误差方程，并利用蒙特卡洛法分析目标自主定位误差。引入小波分析理论对定位误差进行优化以提高目标自主定位精度。对实验数据和飞行实测数据进行了分析，结果显示，采用小波分析理论优化目标自主定位误差可以大幅提高目标自主定位精度，提高幅度达到70%，得到的结果验证了目标自主定位技术的可行性和优越性。文中的分析方法和内容同样也适用于地面跟踪测量平台和舰载跟踪测量设备。
机载光电测量设备 目标自主定位 坐标转换 误差分析 小波分析 airborne photo-electric measuring device target automatic positioning coordinate conversion error analysis wavelet analysis 光学 精密工程
2013, 21(12): 3133
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了解决机载光电平台与载机间存在相对角位移造成目标定位精度下降问题，设计了一种机载光电平台相对角位移实时测量系统。对现阶段使用的机载光电平台目标定位精度不高的原因以及基于改进的多控制点相机在线标定与姿态测量等理论进行研究。分析了机载光电平台目标定位误差的主要原因；对基于单目视觉理论的机载光电平台相对角位移测量方案进行研究，并以相机标定理论为原型给出了相对角位移测量的数学模型；结合多控制点立体靶标并使用随机并行梯度下降算法(SPGD)与直接线性变换方法(DLT)，给出了三步法求解机载光电平台相对角位移的方法；使用设计的方法对机载光电平台相对角位移进行了测量，给出了实验与仿真结果。实验结果表明：设计的机载光电平台相对角位移测量方法精度优于0.092°，单次测量平均耗时小于0.54 ms，完全满足现阶段机载光电平台相对角位移测量的精度与实时性等相关要求。
测量 相对角位移 并行梯度下降算法 直接线性变换 机载光电平台 目标定位
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
传统的无人机目标定位技术要求在外场对惯导基准，减振器基座和光电平台坐标系之间进行复杂的标校，利用空间坐标系转换理论对地面目标进行定位。但由于各坐标系之间标校的偏差和飞机经纬度的误差，使得定位结果精度较低。航空吊舱采用惯导系统和光电转台固联的安装方式，可以彻底消除减振器带来的误差。光电转台在垂直下视状态下，利用飞机海拔高度和激光测距值就可以算出目标点海拔高度。同时利用目标点和GPS基准点之间的像素关系并结合基准点地理经纬度可以准确计算出目标点的GPS坐标。通过仿真实验可以看出航空吊舱在垂直下视模式下，基于GPS基准点进行地面目标定位的方法可以得到较高的精度。相比空间坐标变换的定位方法节省了复杂的系统标校过程，简化了算法公式，不仅提高了定位精度，还增加了解算的实时性。
航空吊舱 垂直下视 坐标转换 目标定位 GPS基准点 air pod vertical down of view coordinate transformation target location GPS datum mark
