红外与激光工程
2023, 52(4): 20220732
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710019
2 中国科学院大学, 北京 100049
为实现实时计算多个目标飞行轨迹, 并引导设备跟踪目标, 根据目标运动特性和光电经纬仪跟踪测量的固有特性, 设计了一种多目标实时交会方法, 解决了同名目标点的排序和假目标轨迹剔除问题, 最终得到正确的目标轨迹.试验证明, 对于跟踪目标N≤3, 通信周期50 ms的光电经纬仪测量系统, 利用该多目标实时交会算法处理测量数据, 可实时、精确、稳定引导测量设备进行跟踪工作.
多目标实时交会 多目标跟踪 异面直线交会 光电经纬仪 Multi-target real-time intersection Multi-target track Non-coplane line intersection Optic-electronic theodolite
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
在靶场光学测量中为了兼顾目标跟踪测量和实况记录，提出一种使用CMOS相机进行色彩还原的方法。设计了基于该方法的硬件平台，并对软件算法的还原质量进行了定量分析。介绍了基于彩色滤波阵列的Bayer滤波算法原理，并建立了数学模型。介绍了双线性插值算法并分析了算法在图像边缘会造成拉链效应的不足，加入了边缘检测方法以克服该缺点。介绍了基于该算法的硬件平台和软件设计。实验结果表明，基于最高峰值比评价方法，还原效果可提高14%左右，时间性能满足实时性要求。改进的算法可以兼顾实时跟踪测量和实况记录的要求,客观判据和主观观感均表明还原效果较好。
光电经纬仪 Bayer滤波 图像处理 色彩还原 opticelectronic theodolite Bayer filter image processing color reversion
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了分析光电经纬仪机架的温度变形, 建立了经纬仪机架结构的三维模型, 利用 Ansys/Workbench有限元分析软件对整机机架进行了稳态热分析。给出了机架温度场分布、机架总体变形以及沿 Z轴方向的变形情况。通过仿真结果与实验对比分析表明, 光电经纬仪机架在太阳照射不均匀及环境温度变化条件下, 局部会发生较大变形。机架结构在 27.938 ℃时的最大变形为 0.133 mm, 左右立柱变形造成水平轴倾斜 2.8″, 机架变形会降低经纬仪的指向精度。这些分析为下一步机架结构优化设计、温度传感器布点及局部温度控制提供了参考信息。
光电经纬仪 有限元分析 机架变形 指向精度 photo-electronic theodolite finite element analysis structure deformation pointing accuracy
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
研究了用Zernike环多项式分析光电经纬仪主反射镜变形的方法。首先推导了将有限元分析的变形结果转换成基于波前坐标系的数据形式的转换公式，然后用Zernike环多项式对某光电经纬仪主反射镜的变形进行拟合，计算了主反射镜变形引起的面形误差的峰谷值(30.7 nm)和面形误差均方根值(6.3 nm)，与实际测量结果相比误差分别为9.2%和10.5%。根据Zernike环多项式系数与Seidel多项式系数的关系，得到了主反射镜变形对光学系统像差造成的影响。将Zernike环多项式系数导入光学系统分析软件Zemax中，可对主反射镜变形后的光学系统进行综合分析，为光学系统修正提供参考。
光学设计 Zernike环多项式 光电经纬仪 主反射镜 有限元分析 拟合 激光与光电子学进展
2013, 50(7): 072201
华中科技大学 机械科学与工程学院 仪器科学与技术系, 武汉 430074
为了解决全站仪、激光跟踪仪等设备进行空间坐标测量时设备昂贵、存在测量盲点等问题, 提出一种基于电子经纬仪和激光测距仪的空间坐标测量方式。用激光测距仪测得激光束所在直线上的几个点到激光测距仪的距离, 同时用经纬仪观察这些点, 得到各个点对应的水平角和天顶角; 数据处理时, 首先通过最小二乘法得到经纬仪原点和各个目标点所构成的多根射线所决定的公共平面, 然后将这些射线投影到这个公共平面内, 得到对应的投影射线; 通过这些共面的投影射线和已知的各个目标点之间的距离用最小二乘法得到这些目标点的坐标解, 然后拟合得到一条直线, 即激光测距仪的光束所在的空间直线解。工作时, 通过测距仪测得待测点到测距仪之间的距离, 由这根空间直线的表达式方程, 即可得到待测点在经纬仪坐标系中的坐标。结果表明,该测量方式可以在一定条件下实现全站仪、激光跟踪仪难以实现的多点动态非接触空间坐标测量。
测量与计量 空间坐标测量 非接触测量 电子经纬仪 激光测距仪 measurement and metrology space coordinates measurement non-contact measurement electronic theodolite laser rangefinder
1 长春理工大学 通讯与信息学院，吉林 长春130022
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
提出了基于构建最优函数来提高飞机姿态测量精度的方法。首先，利用模板匹配法获得飞机在两个测站投影的同名特征点，在发射坐标系下采用交会获得飞机同名特征点的坐标值，根据飞机在空间的特征三角形解算飞机姿态的初值。然后，建立飞机体坐标系；利用成像的共线方程，重新计算空间特征点对应的像点坐标；以重投影结果与实际像点之间的偏差最小作为优化目标函数。最后，通过迭代提高目标姿态解的精度。实验结果表明，飞机轴向成像在大于500 pixel时，姿态角测量误差小于0.1°。与中轴线法及飞机角平分线方向向量法测量精度比对，本文提出的方法采用的数学模型正确、算法合理，有效地提高了飞机姿态的测量精度。
光电经纬仪 交会测量 姿态测量 最优函数 optical-electronic theodolite intersecting measurement attitude estimation optimization function
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
设计了一种基于视觉的激光电子经纬仪跟踪引导系统来提高电子经纬仪工作效率，实现其在大空间范围内目标点的动态测量。介绍了跟踪引导系统结构组成并分析了外置扫描设备以及激光电子经纬仪的运动特性。建立扫描设备运动学模型，说明了利用空间坐标转换关系，通过光轴搜索法实现了经纬仪激光点自动引导的策略。然后，给出了镜头的变焦控制方法。最后，提出了基于扩展Kalman滤波估值的运动目标动态跟踪方法，将动态目标物与经纬仪激光点同时定位于摄像机视场中心区域。实验结果表明，所提方法能够正确预测估计运动目标状态，经纬仪激光点引导精度最终可达0.08 (°)/m。该系统结合了激光跟踪动态测量以及电子经纬仪不受测量目标类型限制的优势，实现了基于激光电子经纬仪的传统空间角度交汇方法在动态精密测量领域的应用。
电子经纬仪 Denavit-Hartenberg模型 Kalman滤波器 目标跟踪 引导 electronic theodolite Denavit-Hartenberg model Kalman filtering object tracking guidance 光学 精密工程
2011, 19(11): 2671
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 长春理工大学, 吉林 长春 130022
为了获得大视场高分辨率的图像，提出了多镜头成像拼接的方法，并将该方法应用于经纬仪系统中。首先，结合经纬仪特点对几种可能的拼接形式进行了分析，并以4个镜头十字型两维拼接形式为例，建立了数学模型。然后，确定拼接镜头间的夹角以及相对位置关系，同时对经纬仪跟踪架的结构尺寸提出设计要求。最后，对拼接夹角精度进行复核标定。设计结果表明：在相机靶面像元数为1 280×1 024，像元尺寸为12 μm，镜头焦距为400 mm的条件下，可获得方位方向最大6.6°，俯仰方向最大3.52°的视场。两个方向的拼接夹角的最大误差均在10″以内，能够满足图像拼接时单幅图像坐标转换到经纬仪坐标系下数据处理的需要，达到了增大视场的目的，扩展了经纬仪的应用领域。
多镜头成像拼接 光电经纬仪 高分辨率 大视场 multi-lens image stitching opto-electronic theodolite high resolution rate large field of view
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
对子母弹多目标提取算法进行了研究。首先,采用改进的最大类间方差法(OSTU)对数字图像进行二值处理,分别提取目标的形心位置和目标面积的大小,同时对目标区域进行标记,设定面积阈值,根据目标的面积大小,初步判断目标粘连与遮挡;然后,根据粘连目标区域灰度直方图波峰、波谷的变化情况分离目标,求目标灰度平均值,采用Hough变换拟合算法获得目标中轴线;最后,计算目标的倾角。在匹配过程中,采用卡尔曼滤波预测目标匹配搜索区域;在获得目标形心位置、面积大小、灰度平均值、目标倾角后,利用改进的特征函数来完成序列图像子母弹多目标的数据关联,实现子母弹多子弹目标提取。实验结果表明,目标提取的正确率可达90%,所采用的数学模型正确、算法合理,有效地获得了序列图像子母弹多目标参数。
光电经纬仪 子母弹多目标 最大类间方差法 卡尔曼滤波 photo-electronic theodolite missile bullet multiple targets OSTU method Kalman filtering 光学 精密工程
2008, 16(11): 2140
