王繼光，白云塔，高文靜，李金亮

（解放軍91404部隊，秦皇島066000）

0 引 言

紅外成像制導(dǎo)由于精度高和準全天候的特點而成為精確打擊的重要手段。成像制導(dǎo)導(dǎo)彈造價昂貴，測試成本高，采用模擬導(dǎo)引頭工作的紅外成像制導(dǎo)仿真系統(tǒng)進行測試具有重復(fù)性高和成本低的優(yōu)點。仿真系統(tǒng)由紅外熱像儀和伺服機構(gòu)組成，通過計算機控制，模擬紅外導(dǎo)引頭捕獲，跟蹤目標的工作機理。在外場，通常使用車載或艦載平臺，這樣，靈活性高，尤其對距離的調(diào)整有巨大優(yōu)勢。但是，紅外成像制導(dǎo)仿真設(shè)備模擬導(dǎo)引頭的跟蹤過程，其輸出角度為相對坐標。對于測試，要實時獲取與GPS數(shù)據(jù)一致的方位和俯仰角度［1－2］，所以有必要采用一種簡單、實時地進行角度轉(zhuǎn)換和誤差修正的方法。

基于艦船機動平臺，對于海上目標采用海天線基準進行角度修正的方法取得了很好的效果。

1 紅外成像制導(dǎo)仿真設(shè)備工作原理及測試誤差分析

1.1 紅外成像制導(dǎo)仿真模擬設(shè)備工作機理

圖1是用于“海爾法”的紅外成像尋的導(dǎo)引頭工作原理圖，其主要由探測、處理跟蹤、自動駕駛和控制器組成。

圖1 用于“海爾法”的紅外成像尋的導(dǎo)引頭

圖2 是紅外成像制導(dǎo)仿真系統(tǒng)原理圖，解算后的偏角要送往伺服系統(tǒng)，使熱像儀始終對準目標，紅外成像導(dǎo)引頭與之不同的是偏角是送往彈體，使彈體始終對準目標。

圖2 紅外成像制導(dǎo)住址模擬系統(tǒng)工作原理

1.2 基于機動平臺測試誤差分析

紅外成像制導(dǎo)仿真系統(tǒng)在裝備測試中需要布設(shè)在固定或機動平臺上。固定站點布設(shè)可以利用工具嚴格地進行測試前參數(shù)的標校，測量數(shù)據(jù)比較準確。但是為了模擬導(dǎo)引頭對攻擊目標的逼近過程，需要安裝在機動平臺上進行測量［3－4］。

對海上測量，設(shè)備安裝固定在測量船上，必須有足夠的方位和俯仰作用范圍，對機動的海面或空中目標進行跟蹤測量。船搖對測量的影響很大，可造成目標方位、俯仰測量值的偏差。一般情況下，船的縱橫搖信息由于接口等因素很難實時得到。利用圖像實時處理的方法，可以通過坐標變換實現(xiàn)對目標方位真值的精確測量［5］。

設(shè)備方位指示的0刻度與船頭方向一致，設(shè)備豎軸與水平面嚴格垂直時，紅外視場中心線與海天線重合，此時俯仰刻度為0°。測量方位角和俯仰角分別用A和E表示。設(shè)在某個時刻測得的在海天線上的目標圖像如圖3所示。設(shè)備跟蹤目標，海天線在視場中顯示為1條實線，此時跟蹤方位角和俯仰角分別為A1和E1。

圖3 機動平臺獲得的瞬時視場圖像

設(shè)備載體船在海上，近似重心海拔高度不變，船頭隨波浪起伏，船身傾斜。據(jù)此建立坐標系如圖4所示，以船重心為原點，設(shè)備坐標系為O′－X′Y′Z′，以船頭水平方向為x軸建立大地坐標系為O－XYZ。為便于計算，設(shè)這3個原點重合，則設(shè)備坐標系為大地坐標系沿Y軸轉(zhuǎn)φ角，再繞自身X′軸旋轉(zhuǎn)θ角構(gòu)成。2個坐標系的關(guān)系為：

圖4 設(shè)備坐標系與大地坐標系

進一步簡化，設(shè)原點與海平面平齊，則海天線在XOY平面上。在設(shè)備坐標系中，瞬時視場中的海天線為CD，視場中心為M，在X′OZ′平面的投影分別為C′、D′，M′，由幾何關(guān)系知D′在OY′上，OM垂直于CD，OM′垂直于C′D′，DD′垂直于OD′，CD與C′D′相交于B點。根據(jù)圖1所示，∠DBD′＝ψ，B點在設(shè)備坐標系中的坐標可以確定為（X′B，Y′B，0），根據(jù)B點坐標和M點坐標，可以確定θ和φ角：

式（2）有6個方程，6個未知數(shù)，方程可解。

根據(jù)圖4的幾何關(guān)系，可以確定M在大地坐標中的方位角∠COM：

得到：

2 結(jié)果分析

由以上分析知，根據(jù)圖4中海天線的位置和傾斜角度，可以通過計算確定設(shè)備機動平臺縱橫搖的偏角，并可確定對于大地坐標系下海天線附近目標的位置信息。對于不在海天線的目標位置，可以通過瞬時視場每個像素對應(yīng)的角度算出對海天線的偏角來確定。

圖5 機動平臺獲得的不在海天線上的目標圖像

如圖5所示，設(shè)瞬時視場的縱向角度為6°，圖像像素為800×600，ΔE對應(yīng)的像素為N，則：

目標俯仰角加海天線偏角為海天線在設(shè)備坐標系中的俯仰角E1，其他計算與以上相同。

船頭方向與正北的偏角通過電子測量儀器或GPS可以測得［6－7］，于是可以近似計算對正北的目標方位角度，從而獲取真實的導(dǎo)引頭攻擊態(tài)勢的實時位置信息。

3 結(jié)束語

基于坐標變換和瞬時視場圖像像素測量，可以對機動平臺的縱橫搖角度進行計算修正，并對目標在大地坐標中的實際方位角度進行校準修正，為目標絕對位置測量提供可靠數(shù)據(jù)，為設(shè)備和目標的態(tài)勢演變提供實時信息，對測量訓(xùn)練有重要意義。

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