针对可换负载式光电经纬仪更换成像探测组件后的光轴平行性检测, 提出了一种靶场适用的光电经纬仪光轴平行性检测方法。该方法在正倒镜状态下拍摄方位标, 结合经纬仪角度测量结果和方位标距离测量结果计算方位标十字丝中心在成像坐标系下的坐标, 通过基于坐标变换推导的光轴平行性检测公式计算成像光轴相对理想照准光轴的偏差, 从而实现对光轴平行性的检测。对该方法的检测精度进行了分析, 结果表明成像系统投影中心坐标测量误差和距离测量误差对光轴平行性检测误差随着方位标距离增大而减小, 当方位标距离为1 km、坐标测量误差为1 cm时, 坐标测量误差和距离测量误差对平行性检测精度的影响约为0.01 mrad; 当方位标距离足够远时, 平行性检测精度与成像系统的角度测量误差相当, 能够满足靶场使用需求。

针对激光光轴与经纬仪跟踪光轴的轴间距离(移轴)以及光轴平行性误差造成经纬仪跟踪位置与激光指向位置不一致问题开展研究。对离轴和平行性误差的影响进行了分析，表明大的移轴量和平行性误差将导致激光指向和经纬仪跟踪指向的不一致，进而导致激光测距盲区增大、作用距离下降、目标定位精度降低等问题。提出一种基于偏置跟踪的激光指向动态修正方法，通过使目标始终位于激光光束中心，同时使得激光测距位置和经纬仪跟踪锁定位置保持一致，有效解决了激光边缘能量下降对作用距离的影响，针对某型经纬仪可使目标的测距盲区从 1 km下降到 82 m。同时针对偏置跟踪算法需要目标初始距离以启动偏置跟踪的问题，提出初始距离未知目标一维搜索方法，大大提高了对初始距离未知目标的搜索效率。本文方法较好地解决了经纬仪跟踪位置与激光指向位置的一致性问题，大大降低了对激光光轴与经纬仪跟踪光轴的移轴与平行性限制。

在光电监视系统中, 广泛应用于运动目标分割的PBAS(pixel base adaptive segmenter)算法计算复杂、参数量大, 难以达到实时分割的要求。针对PBAS算法是对图像中每个像素点进行独立处理, 特别适合于GPU并行加速的特点, 对其在嵌入式GPU平台Jetson TX2上进行了并行优化实现。在数据存储结构、共享内存使用、随机数产生机制3个方面对该算法进行了优化设计。实验结果表明, 对于480×320像素分辨率的中波红外视频序列, 该并行优化方法可以达到132 fps的处理速度, 满足了实时处理的要求。

激光制导、微波制导的导引头由于不具备可视化功能, 在实际环境中进行性能考核时, 导引头是否成功截获指定目标、截获目标后的稳定跟踪过程是否正常以及在稳定跟踪过程中出现的问题都不易得到及时、准确的定位和分析。文中设计的可视化评估系统可有效解决上述问题, 通过加装可见光成像系统同步伴随导引头运动的方法, 将导引头搜索、跟踪目标的过程清晰成像, 直观显示导引头的整个工作过程, 同时利用图像跟踪系统和图像存储系统保存关键性能参数, 试验完成后对导引头的输出参数及跟踪性能进行验证及处理, 进而对导引头的性能参数进行分析和评估; 通过动态跟踪或加载干扰源试验验证, 该方法能利用可视化系统可靠同步跟随不可视导引头的运动, 并对导引头跟踪过程进行定性观察及定量分析。该方法不仅可以克服室内仿真环境不太真实的缺点, 又可进行多次重复性研究, 性价比高, 为导引头性能评估提供一种比较适用的研究手段。

目前, 制导**系统导引性能评估主要采用室内仿真和实弹射击方法。但是, 受模拟条件的限制, 室内仿真存在目标瞬变作用机理描述不足及过程复现可信度低等难题; 而外场实弹射击则存在试验样本量有限, 目标环境设定单一且射击条件无法保证一致性的问题, 难以全面考核出**系统对环境和干扰的适应性。针对这一问题, 提出了一种介于室内仿真与外场实弹试验之间的中间验证考核方法, 在接近真实复杂战场环境条件下, 构建了制导**系统的可视化动态测试平台, 获取导引头探测、识别和跟踪目标过程的同步、实时可视化观瞄图像, 提取目标信息并实现导引性能评估。这种方法在靶场环境下针对实际靶标目标进行静态、动态跟踪试验, 能够为激光、毫米波、电视以及红外等不同制导模式的导引头系统进行集成试验与测试, 可为室内仿真提供目标背景的直接驱动数据, 提升仿真逼真度;同时, 也可多次重复考核导引环节的关键能力, 弥补实弹射击试验数量的不足, 为**系统研制过程提供了一种全新的测试验证手段。

目前，靶场姿态测量以多台套交会测量为主，对于单站姿态测量尚没有较好的解决方案。为了解决该问题，以投影轴对称目标为例，提出了一种基于中轴线像长匹配的单站姿态测量方法。将透视投影拓展为2种等效形式，将体现目标姿态状态的中轴线向像面透视投影，可获得中轴线的投影像长或在等效物面的等效物长，根据目标中轴线的先验长度、相机内外参数及成像信息，经像长匹配即可获取目标的偏航角和俯仰角；实际工程试验验证了该算法的可行性，偏航角精度为1.7°， 俯仰角精度约1°，满足靶场单站测姿需求；并对姿态测量模型关键因素进行了误差分析。该方法可适用于非投影轴对称目标。

为了探讨弱透视投影应用于靶场远距离、小视场姿态测量的可行性, 以轴对称回转体目标为例, 充分利用透视成像信息及弱透视投影原理, 逆向推导了单站弱透视投影的姿态测量模型, 实际试验结果证明了弱透视投影在靶场姿态测量中的可行性, 在文中所述的试验环境下, 弱透视投影与透视投影之间误差不超过0.05°; 明确了在靶场远距离、小视场姿态测量环境下, 弱透视投影误差主要来源于作用距离; 推导了算法适用的极限作用距离。以上研究为靶场弱透视投影远距离、小视场姿态测量奠定了一定的理论基础。

攻角是指飞行中弹丸的轴线与其质心运动方向的夹角,是描述弹丸飞行姿态的重要参数,以往都是采用狭缝相机来进行测量.提出了一种基于高速面阵像机测量弹丸攻角的方法.该方法是从面阵序列图像每帧中提取出固定列像元,然后按时序拼接形成一幅图像,等同于线阵扫描的图像;对于扫描速度同影像运动速度不同步时,建立了攻角计算修正模型.采用2台像机从非正交方向进行拍摄,基于面面交会原理,得到三维攻角.实测结果表明:该方法能完成弹速达到1 000 m/s的目标测试,攻角测量精度优于0.1°.