賈文武，張三喜，雷 濤

1中國華陰兵器試驗(yàn)中心，陜西 華陰 714200；

2中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所，四川 成都 610209

1 引 言

隨著激光測距能力的不斷提高[1]，給光電經(jīng)緯儀加裝激光測距分系統(tǒng)構(gòu)成激光單站測量經(jīng)緯儀，實(shí)現(xiàn)單站外彈道參數(shù)測量能力已成為靶場經(jīng)緯儀的發(fā)展趨勢[2]。在測量時(shí)經(jīng)緯儀負(fù)責(zé)對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和角度測量[3]，同時(shí)引導(dǎo)激光測距分系統(tǒng)測量目標(biāo)的距離，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的單站定位與外彈道參數(shù)測量。在此過程中，由于激光光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸的軸間距離(移軸)和平行性誤差的存在，將會導(dǎo)致經(jīng)緯儀跟蹤位置與激光指向位置不一致，從而對激光單站測量產(chǎn)生不利影響。

目前雖然可以通過共軸光路設(shè)計(jì)的方法，使得激光發(fā)射系統(tǒng)與經(jīng)緯儀主跟蹤光學(xué)系統(tǒng)共軸[4-5]；同時(shí)通過精密裝調(diào)的方法提高激光光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸的平行性等方法來減小上述誤差的影響。但是靶場試驗(yàn)中有時(shí)不得不在大移軸、弱平行條件下開展測試工作。首先，靶場經(jīng)緯儀通常包含測量和捕獲兩級跟蹤系統(tǒng)，共軸設(shè)計(jì)只能解決其中一個(gè)跟蹤分系統(tǒng)的移軸問題，當(dāng)另一個(gè)跟蹤系統(tǒng)工作時(shí)仍然會存在移軸與光軸平行性問題。其次，針對可換負(fù)載式經(jīng)緯儀，激光測距分系統(tǒng)只能安裝在經(jīng)緯儀已有的載物臺上，導(dǎo)致激光光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸的軸間距離難以減小。最后，在外場測試環(huán)境下難以具備專門裝調(diào)設(shè)備保證更換后激光光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸之間嚴(yán)格平行。因此，在實(shí)際靶場測試中必需解決大移軸、弱平行條件下的經(jīng)緯儀跟蹤位置與激光指向位置的一致性問題。

綜上，對大移軸、弱平行條件下經(jīng)緯儀跟蹤位置與激光指向一致性問題開展研究，在分析移軸與平行性誤差的影響基礎(chǔ)上，提出了一種基于偏置跟蹤的激光指向動(dòng)態(tài)修正方法和針對初始距離未知目標(biāo)的一維搜索方法，有效解決了激光指向與經(jīng)緯儀跟蹤位置不一致問題。這對于降低激光單站測量經(jīng)緯儀中激光光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸的移軸量和平行性要求，并提高激光測距作用距離，降低測距盲區(qū)，提高目標(biāo)定位精度具有重要意義。

2 移軸與平行性誤差的影響分析

2.1 移軸影響分析

如圖1所示，假設(shè)激光發(fā)射光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸完全平行，軸向距離(移軸量)為z0，激光發(fā)散角為θ；同時(shí)經(jīng)緯儀穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)且位于跟蹤視場中心。顯然此時(shí)激光光軸指向的目標(biāo)位置與跟蹤光軸指向的目標(biāo)位置存在一個(gè)固定的偏差。由于該固定指向偏差的存在，以及激光光斑尺寸隨距離的變化，將導(dǎo)致激光測距盲區(qū)。

圖1 激光移軸對距離測量的影響Fig.1 The influence of off boresight to range detecting

首先對于小目標(biāo)，當(dāng)目標(biāo)距離較近且激光光斑尺寸小于移軸量時(shí)，激光不能照射到位于跟蹤視場中心的小目標(biāo)，從而無法完成距離的測量。隨著目標(biāo)距離的增大，激光光斑尺寸也隨之增大，當(dāng)其半徑大于移軸量時(shí)(如圖1中L3位置)，激光能夠照射位于視場中心的小目標(biāo)完成距離的測量。當(dāng)激光光斑尺寸剛好等于軸間距離時(shí)(如圖1中L2位置)，激光剛好能夠照射小目標(biāo)。此時(shí)目標(biāo)距離如式(1)所示。小于該距離則稱為移軸導(dǎo)致的測距盲區(qū)。

其次目標(biāo)尺寸大小也會對測距盲區(qū)產(chǎn)生影響。如圖1中L1位置所示，目標(biāo)尺寸越大激光越容易照射到目標(biāo)。為簡化分析，假設(shè)目標(biāo)截面為圓形，半徑為r。則此時(shí)激光光束剛好能夠照射到目標(biāo)的距離有：

從以上分析可知，移軸將使激光光軸指向和經(jīng)緯儀跟蹤光軸指向之間產(chǎn)生一個(gè)固定偏差，使得激光測距位置與經(jīng)緯儀跟蹤位置不一致，并可能引發(fā)激光測距盲區(qū)。該測距盲區(qū)與移軸量、激光發(fā)散角以及目標(biāo)尺寸有關(guān)，移軸量越小則測距盲區(qū)越小，激光發(fā)散角越大測距盲區(qū)越小，目標(biāo)尺寸越大測距盲區(qū)越小，當(dāng)目標(biāo)尺寸大于移軸量時(shí)則不存在測距盲區(qū)。

對于靶場經(jīng)緯儀，其跟蹤系統(tǒng)光學(xué)成像孔徑較大，移軸量也相應(yīng)較大。如某型經(jīng)緯儀其光學(xué)系統(tǒng)的安裝位置與主跟蹤系統(tǒng)的距離可達(dá) 590 mm，而同時(shí)常規(guī)靶場中大量的火箭彈、導(dǎo)彈類目標(biāo)口徑很小。比如對于移軸量為590 mm，激光發(fā)散角為1 mrad，口徑為120 mm的目標(biāo)，根據(jù)式(2)移軸所引起的測距盲區(qū)約為1.06 km。顯然此時(shí)移軸的影響已經(jīng)不能忽略。

2.2 光軸平行性誤差影響分析

顯然激光光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸的平行性誤差將導(dǎo)致激光指向位置與經(jīng)緯儀跟蹤位置的不一致，尤其是兩者平行性誤差較大時(shí)，這種指向不一致將會產(chǎn)生較大影響。

一是對于小目標(biāo)而言，激光光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸的平行性誤差將導(dǎo)致激光測距作用距離的下降。圖2中目標(biāo)1為小目標(biāo)且位于經(jīng)緯儀跟蹤視場中心，則目標(biāo)位于激光光束的偏心位置，偏心量為平行性誤差。由于激光能量呈高斯分布，位于非光束中心的目標(biāo)反射的激光能量將減小，當(dāng)平行性誤差與激光發(fā)散角相當(dāng)時(shí)，需要考慮其對激光測距作用距離的影響。而對于小發(fā)散角的激光光束，在缺乏精密裝調(diào)條件的靶場試驗(yàn)環(huán)境下，必需考慮這種較大的光軸不平行誤差的影響。

圖2 光軸平行性誤差影響示意圖Fig.2 The influence of parallelism error

二是對于大目標(biāo)而言，激光指向位置與經(jīng)緯儀跟蹤位置的不一致將影響對目標(biāo)的定位精度。圖2中目標(biāo)2為大目標(biāo)，經(jīng)緯儀跟蹤時(shí)鎖定目標(biāo)尾部。由于平行性誤差的存在，當(dāng)目標(biāo)距離較近時(shí)，激光束中心指向目標(biāo)尾部；隨著目標(biāo)距離的增大，激光束中心逐漸指向目標(biāo)頭部，造成測角位置和測距位置的不一致，從而影響對目標(biāo)的定位精度。

在實(shí)際經(jīng)緯儀中，激光光軸與跟蹤光學(xué)系統(tǒng)光軸往往同時(shí)存在移軸和不平行。兩者疊加導(dǎo)致激光指向位置和經(jīng)緯儀跟蹤位置不一致，最終導(dǎo)致增大激光測距盲區(qū)、降低激光測距作用距離和降低定位精度等問題。為此，建立位于激光光束中心且距離為L的目標(biāo)在經(jīng)緯儀成像坐標(biāo)系下的成像位置關(guān)系，通過偏置跟蹤的方法使得目標(biāo)始終成像在跟蹤視場的特定位置，此時(shí)距離為L的目標(biāo)剛好位于激光束中心，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)修正激光指向并使得經(jīng)緯儀跟蹤目標(biāo)位置與激光束指向目標(biāo)位置始終保持一致的目的。

3 基于偏置跟蹤的激光指向動(dòng)態(tài)修正方法

由于經(jīng)緯儀成像跟蹤系統(tǒng)的視場相對激光發(fā)散角更大，可以采用偏置跟蹤方法使得目標(biāo)成像在經(jīng)緯儀跟蹤視場的特定位置[6-8]，此時(shí)，目標(biāo)剛好位于激光光束中心，從而有效減小激光測距盲區(qū)，提高激光測距作用距離，從而實(shí)現(xiàn)激光測距位置與經(jīng)緯儀鎖定目標(biāo)位置一致。

3.1 經(jīng)緯儀跟蹤偏置量

與經(jīng)緯儀通常以照準(zhǔn)軸為基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系不同，為討論方便，以經(jīng)緯儀跟蹤光軸為基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系。如圖3所示，該坐標(biāo)系以跟蹤光學(xué)系統(tǒng)的投影中心為原點(diǎn)，水平向右為z軸正方向，豎直向上為y軸正方向，以跟蹤光軸為x軸其指向?yàn)檎较?，?gòu)建右手坐標(biāo)系?？稍谠嚽皹?biāo)定激光光軸與z-y平面相交的交點(diǎn)坐標(biāo)為(z0,y0)，激光光軸相對于跟蹤光軸的平行性偏差在水平方向上的角度為α(順時(shí)針方向?yàn)檎?，俯仰方向上的角度為β(逆時(shí)針方向?yàn)檎?。

圖3 跟蹤偏置量計(jì)算示意圖Fig.3 The offset value of bias tracking

假設(shè)目標(biāo)位于激光光束的中心且距離為L，則可以求得目標(biāo)在跟蹤坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為

根據(jù)光學(xué)成像原理，可以求得此時(shí)目標(biāo)在經(jīng)緯儀跟蹤系統(tǒng)中的成像位置坐標(biāo)為

顯然當(dāng)目標(biāo)在經(jīng)緯儀跟蹤視場中成像位置滿足式(4)時(shí)，目標(biāo)剛好位于激光光束中心，因此式(4)即為經(jīng)緯儀跟蹤過程中需要的偏置角度大小。其中ΔA和ΔE的取值不能超出經(jīng)緯儀的跟蹤視場，將ΔA或ΔE位于視場邊緣時(shí)對應(yīng)的距離L值定義為針對小目標(biāo)的最近測量距離(測距盲區(qū))。由于經(jīng)緯儀跟蹤視場大于激光發(fā)散角，因此與偏置跟蹤前相比，測距盲區(qū)將大大減小。同時(shí)由于目標(biāo)位于激光光束中心，激光能量更高，有利于提高激光測距作用距離。

3.2 經(jīng)緯儀偏置跟蹤流程

在靶場光電經(jīng)緯儀跟蹤過程中，目標(biāo)通過光學(xué)成像系統(tǒng)成像，圖像跟蹤器對目標(biāo)進(jìn)行檢測與識別同時(shí)提取出目標(biāo)的脫靶量(ΔAr, ΔEr)。主控系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)緯儀的當(dāng)前指向的方位、俯仰角度以及目標(biāo)的脫靶量計(jì)算目標(biāo)的真實(shí)位置(合成方位、俯仰角)，并將目標(biāo)的真實(shí)位置傳遞給伺服控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)接收目標(biāo)的真實(shí)位置和經(jīng)緯儀的指向位置從而控制經(jīng)緯儀進(jìn)行跟蹤，以盡量使目標(biāo)的脫靶量減小至零。

為了實(shí)現(xiàn)激光測距位置與經(jīng)緯儀跟蹤系統(tǒng)鎖定位置的一致性，需要在經(jīng)緯儀跟蹤過程中保持目標(biāo)位于激光光束的中心而不是跟蹤視場的中心。相當(dāng)于脫靶量是相對于位于激光光束中心的成像位置而不是跟蹤視場中心，因此需要對脫靶量進(jìn)行修正，修正公式為

其中：ΔA、ΔE為根據(jù)式(4)計(jì)算的目標(biāo)在跟蹤視場中的成像位置。以修正后的脫靶量ΔA′、ΔE′與經(jīng)緯儀的當(dāng)前實(shí)際指向合成目標(biāo)的“真實(shí)位置”，引導(dǎo)伺服進(jìn)行跟蹤，可使目標(biāo)位于激光光束中心位置。

為此需要對經(jīng)緯儀跟蹤流程進(jìn)行改造，改造前后的流程如圖4、圖5所示。圖像跟蹤器保持不變，其提取的目標(biāo)脫靶量輸入給主控系統(tǒng)；主控系統(tǒng)接收目標(biāo)的距離值，在剔除距離野值后計(jì)算目標(biāo)在成像靶面上的成像位置，同時(shí)對圖像跟蹤器輸入的脫靶量按照式(5)進(jìn)行修正；然后根據(jù)經(jīng)緯儀的當(dāng)前指向方位、俯仰角度以及修正后的目標(biāo)脫靶量計(jì)算目標(biāo)的“真實(shí)位置”(合成方位、俯仰角)，并將修正后的目標(biāo)“真實(shí)位置”傳遞給伺服控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)接收修正后的目標(biāo)位置和經(jīng)緯儀指向位置從而控制經(jīng)緯儀進(jìn)行跟蹤。在此過程中，圖像跟蹤器與經(jīng)緯儀伺服控制系統(tǒng)保持不變，只需對經(jīng)緯儀主控系統(tǒng)進(jìn)行改造，減輕了改造難度。

圖4 改造前經(jīng)緯儀跟蹤流程Fig.4 The tracking procedure of theodolite before rebuilding

圖5 改造后經(jīng)緯儀偏置跟蹤流程Fig.5 The tracking procedure of theodolite after rebuilding

4 距離未知目標(biāo)的一維搜索方法

根據(jù)式(4)，偏置跟蹤的偏置量的設(shè)置依賴目標(biāo)距離的測量。當(dāng)目標(biāo)初始距離未知或目標(biāo)丟失后重新捕獲時(shí)，如果此時(shí)目標(biāo)剛好出現(xiàn)在激光測距盲區(qū)內(nèi)，則激光測距系統(tǒng)無法測量目標(biāo)距離使偏置跟蹤難以繼續(xù)。為此，提出針對距離未知目標(biāo)的一維搜索方法對目標(biāo)進(jìn)行搜索使之盡快被激光測距系統(tǒng)捕獲。在光電經(jīng)緯儀搜索目標(biāo)時(shí)通常采用玫瑰掃描、利薩如掃描、逐行掃描、螺旋掃描等搜索掃描路線[9-10]，如圖6所示。上述搜索掃描路線均在二維方向上進(jìn)行掃描，掃描時(shí)間較長不利于快速捕獲目標(biāo)。

為此，提出距離未知目標(biāo)的一維搜索方法，加快搜索目標(biāo)距離的速度。根據(jù)式(4)，當(dāng)跟蹤光學(xué)系統(tǒng)焦距以及激光光軸相對跟蹤光軸的移軸、角度偏差確定后，目標(biāo)在經(jīng)緯儀跟蹤成像靶面中的成像位置僅與目標(biāo)的距離有關(guān)。因此，在搜索過程中可以僅根據(jù)距離維度在經(jīng)緯儀跟蹤視場中進(jìn)行一維搜索，從而可以大大提高搜索效率。

圖6 搜索掃描曲線。(a) 玫瑰掃描；(b) 利薩如掃描；(c) 逐行掃描；(d) 螺旋掃描Fig.6 Searching cure.(a) Rose curve scanning,(b) Lissajous curve; (c) Branch scanning; (d) Spiral scanning

首先，對于目標(biāo)成像位置(角度)上限，根據(jù)式(4)可以得到當(dāng)目標(biāo)距離趨向無窮大時(shí)，位于激光束中心的目標(biāo)在跟蹤系統(tǒng)中的成像角度ΔA極限值為水平方向上的偏差α，ΔE的極限值為俯仰方向上的平行度偏差β。

其次，于目標(biāo)成像位置(角度)下限，根據(jù)式(4)，目標(biāo)距離趨向零時(shí)，位于激光束中心的目標(biāo)在跟蹤系統(tǒng)中的成像角度ΔA趨向±π/2。但是經(jīng)緯儀跟蹤系統(tǒng)的成像視場較小，搜索位置不能超出經(jīng)緯儀的跟蹤視場。因此設(shè)定目標(biāo)在距離跟蹤視場邊緣約激光發(fā)散角的1/4視場角時(shí)，重新從視場中心開始搜索，一方面避免造成目標(biāo)丟失跟蹤失敗，另一方面當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到可測距區(qū)間時(shí)能夠快速啟動(dòng)激光與經(jīng)緯儀聯(lián)合測量。

最后，于搜索路徑，盡管成像位置僅與距離有關(guān)，是其與距離是非線性函數(shù)，因此對搜索路徑進(jìn)行改進(jìn)。對水平方向的成像位置進(jìn)行線性取值ΔAi，根據(jù)式(4)計(jì)算對應(yīng)俯仰方向上的成像角度值ΔEi，減小非線性對搜索的影響；在此基礎(chǔ)上根據(jù)式(5)對脫靶量進(jìn)行修正:

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以某型光電經(jīng)緯儀為基礎(chǔ)對本文方法進(jìn)行初步驗(yàn)證。該經(jīng)緯儀具有如圖7所示三個(gè)載物臺，分別裝有可見光測量跟蹤、紅外測量跟蹤、紅外捕獲跟蹤三個(gè)成像光學(xué)系統(tǒng)。其中，可見光測量跟蹤與紅外測量跟蹤系統(tǒng)在經(jīng)緯儀回轉(zhuǎn)中心上下分布，紅外捕獲跟蹤在經(jīng)緯儀回轉(zhuǎn)中心右側(cè)分布?？筛鶕?jù)需要將其中一個(gè)成像分系統(tǒng)更換為激光測距分系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離測量和單站外彈道參數(shù)測量。

圖7 某型光電經(jīng)緯儀負(fù)載分布圖Fig.7 The loads of a kind of theodolite

由于缺乏短波相機(jī)對1550 nm激光光斑成像，按照光路可逆原理用紅外測量系統(tǒng)的成像視場模擬激光測距系統(tǒng)的激光光束。如圖 8(a)所示，以紅外測量跟蹤系統(tǒng)的成像光軸代表激光光軸(圖中紅色十字絲中心)，以合適的成像視場代替激光發(fā)散角(圖中紅色圓圈范圍約1 mrad)，模擬激光對目標(biāo)的照射情況。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將紅外測量跟蹤系統(tǒng)對準(zhǔn)距離為627.8 m的方位標(biāo)，其十字絲中心的目標(biāo)位置即為激光光軸指向位置，通過判讀其在可見光測量跟蹤系統(tǒng)和紅外捕獲跟蹤系統(tǒng)中的成像脫靶量，與本文的理論跟蹤偏置量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，證明偏置量理論計(jì)算的正確性。

其中，可見光測量跟蹤系統(tǒng)的成像如圖8(b)所示，其中紅色十字絲為跟蹤視場中心，藍(lán)色十字絲為判讀的目標(biāo)成像位置，對應(yīng)脫靶量為(-62.7″，-158.9″)。將“激光光軸”相對于可見光測量跟蹤系統(tǒng)的光軸平行性偏差(-60.5″，-62.6″)、移軸距離(0，-0.287 m)、目標(biāo)距離627.8 m帶入式(4)，可得跟蹤偏置量(成像位置)為(-60.5″，-156.9″)，與實(shí)際判讀結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。兩者不一致則主要是由于判讀誤差引起。圖中藍(lán)色圓圈為方位標(biāo)位置處的激光光斑大小，此時(shí)傳統(tǒng)跟蹤時(shí)將目標(biāo)置于視場中心(紅色十字絲)處時(shí)，激光光斑將不能照射成像尺寸小于紅色十字絲中心至藍(lán)色圓圈的小目標(biāo)。

紅外捕獲跟蹤系統(tǒng)的成像如圖 8(c)所示，其中紅色十字絲為跟蹤視場中心，藍(lán)色十字絲為判讀的目標(biāo)成像位置，對應(yīng)脫靶量為(-165.0″，-41.2″)。將“激光光軸”相對于可見光測量跟蹤系統(tǒng)的光軸平行性偏差(23.3″，3.7″)、移軸距離(-0.59 m，-0.137 m)、目標(biāo)距離 627.8 m 帶入式(4)，可得跟蹤偏置量(成像位置)為(-170.5″，-41.3″)，與實(shí)際判讀結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。從而驗(yàn)證了關(guān)于移軸與不平行性誤差的影響及跟蹤偏置量的計(jì)算方法。

圖8 激光束中心目標(biāo)成像位置。(a) 模擬激光束及激光光軸指向；(b) 可見光成像系統(tǒng)中的成像；(c) 在紅外捕獲系統(tǒng)中的成像Fig.8 The imaging location of target in center of laser beam.(a) Simulating laser beam and its pointing;(b) The imaging location in visible imaging system; (c) The imaging location in infrared capture system

圖9 搜索路徑。(a) 可見光測量跟蹤系統(tǒng)搜索路徑；(b) 紅外捕獲跟蹤系統(tǒng)搜索路徑Fig.9 Searching path.(a) Searching path for the visible imaging system; (b) Searching path for the infrared capture system

同樣，紅外測量跟蹤系統(tǒng)位置作為激光測距系統(tǒng)安裝位置，對于可見光測量跟蹤系統(tǒng)其成像視場為0.627°×0.470°，激光發(fā)散角為 1 mrad，則如果以搜索步長為 1/4激光發(fā)散角(0.0143°)來繪制初始距離未知目標(biāo)的搜索路徑，結(jié)果如圖 9(a)所示。從圖中可以看出，搜索路徑經(jīng)過了方位標(biāo)距離處的目標(biāo)?？梢愿鶕?jù)式(1)計(jì)算出邊緣位置處的搜索點(diǎn)對應(yīng)的目標(biāo)距離為82.0 m，大大降低了大移軸弱平行條件下的測距盲區(qū)。同時(shí)，在上述成像視場和搜索步長的條件下，由于僅需搜索從中心視場到邊緣視場的一維搜索，故如果按照搜索步長搜索位置，則可近似計(jì)算為(0.470°/2)/0.0143°=16個(gè)位置，并減去距離視場邊緣1/4激光發(fā)散角停止搜索的一個(gè)位置，因此僅需搜索15個(gè)位置。而如果是相同視場和步長條件下逐行掃描的二維搜索算法，需要在全視場范圍內(nèi)進(jìn)行二維搜索，需搜索位置數(shù)約為 0.627°/0.014°=44 列，0.470°/0.014°=33 行，即44×33個(gè)位置。隨著成像視場的增大，二維搜索算法需要搜索的位置近似呈平方數(shù)增長。

對于紅外捕獲跟蹤系統(tǒng)，其成像視場為3.7°×2.9°，搜索步長仍然為1/2激光發(fā)散角，繪制初始距離位置目標(biāo)的搜索路徑如圖9(b)所示?？梢娝阉髀窂浇?jīng)過了方位標(biāo)距離處的目標(biāo)，其中可以計(jì)算邊緣位置處的搜索點(diǎn)對應(yīng)的目標(biāo)距離為18.6 m，大大降低了大移軸弱平行條件下的測距盲區(qū)；與可見光測量跟蹤系統(tǒng)分析類似，此時(shí)僅需搜索約128個(gè)位置，大大提高了搜索效率。

6 結(jié) 論

針對現(xiàn)有經(jīng)緯儀改造、可換負(fù)載式經(jīng)緯儀在加裝激光測距時(shí)需要在大移軸、弱平行條件下測量無人機(jī)、火箭彈等目標(biāo)外彈道參數(shù)的情況，分析了激光光軸相對經(jīng)緯儀跟蹤光軸的軸間距離(移軸)及平行性誤差的影響。分析表明，移軸與平行性誤差將會導(dǎo)致激光指向與經(jīng)緯儀跟蹤的不一致，進(jìn)而導(dǎo)致激光測距盲區(qū)、降低激光測距作用距離、降低目標(biāo)定位境地。其中移軸將導(dǎo)致對小目標(biāo)的測距盲區(qū)，移軸量越大測距盲區(qū)越大。平行性誤差將降低激光測距的作用距離，同時(shí)測距位置隨著目標(biāo)距離變化而變化，從而降低目標(biāo)定位精度。針對上述問題，提出了一種基于偏置跟蹤的激光指向動(dòng)態(tài)修正方法，通過偏置跟蹤使目標(biāo)始終位于激光光束中心而不是跟蹤視場中心，有效解決了激光邊緣能量下降對作用距離的影響。針對某型經(jīng)緯儀，該方法可使目標(biāo)的測距盲區(qū)從1 km下降到82 m，約一個(gè)數(shù)量級，并且實(shí)現(xiàn)了激光測距位置與跟蹤鎖定位置的一致，從而有利于提高定位精度。由于偏置跟蹤算法需要目標(biāo)初始距離以啟動(dòng)偏置跟蹤，但是當(dāng)初始目標(biāo)位于測距盲區(qū)內(nèi)時(shí)則無法測量目標(biāo)的距離，因此針對該問題，提出初始距離未知目標(biāo)一維搜索方法，大大提高了對初始距離未知目標(biāo)的搜索效率，有效解決了大移軸弱平行條件激光指向與經(jīng)緯儀跟蹤的一致性問題。這對于降低激光單站測量經(jīng)緯儀對激光光軸與經(jīng)緯儀跟蹤光軸移軸量與平行性限制，提高外彈道測量精度具有重要意義。