孫 強(qiáng)，吳 輝，宋 敏，馮 婕，袁 博，呂 祥（.西安應(yīng)用光學(xué)研究所，70065；.西安飛行自動(dòng)控制研究所，70065）

論一種機(jī)載光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)照射精度的測(cè)量方法

孫 強(qiáng)1，吳 輝1，宋 敏2，馮 婕1，袁 博1，呂 祥1
（1.西安應(yīng)用光學(xué)研究所，710065；2.西安飛行自動(dòng)控制研究所，710065）

本文采用成像法對(duì)機(jī)載光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的照射精度進(jìn)行測(cè)量，用光斑監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)目標(biāo)靶和照射光斑進(jìn)行攝像監(jiān)測(cè)。對(duì)攝取的視頻圖像中，激光光斑中心與目標(biāo)靶十字中心點(diǎn)的偏離進(jìn)行處理，統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到照射過(guò)程中的照射精度。

照射精度測(cè)量；成像法；光斑著靶分布

1　照射精度的定義和誤差分析

照射精度是作為機(jī)載光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的重要指標(biāo)，從使用角度出發(fā)，主要考慮最遠(yuǎn)作用距離上對(duì)規(guī)定尺寸的目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)、照射，必須有一定概率的照射點(diǎn)（光斑中心）落在目標(biāo)上（一般取概率不低于90%）。照射誤差由固定誤差和隨機(jī)誤差兩部分構(gòu)成。設(shè)固定誤差為零，即可得到照射精度。

如圖1所示，將光斑中心隨機(jī)著靶分布按二維正態(tài)分布處理，且兩個(gè)方向分布的標(biāo)準(zhǔn)差相等，則單方向上的光斑著靶概率P可以用如下公式表示：

式中：

P-光斑著靶概率；

Δx-固定誤差；

a-靶寬的二分之一，一般靶寬2.3，單位米。

圖1　單方向上的光斑著靶概率分布示意

圖2　激光光斑偏差角示意圖

式中：

2　照射精度的測(cè)量原理和實(shí)施方法

采用成像法測(cè)量照射精度，圖3為成像測(cè)量法示意圖。即在照射精度試驗(yàn)中，用光斑監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)目標(biāo)靶和照射光斑進(jìn)行攝像監(jiān)測(cè)。對(duì)攝取的視頻圖像中，激光光斑中心與目標(biāo)靶十字中心點(diǎn)的偏離進(jìn)行處理，統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到一次照射過(guò)程的照射精度。

圖3　成像測(cè)量法示意圖

在測(cè)量過(guò)程中照射誤差是穩(wěn)瞄系統(tǒng)一次照射（一組照射）過(guò)程中激光光斑中心與目標(biāo)靶十字中心點(diǎn)的偏離誤差。激光光斑偏差量的示意圖如圖4所示。

圖4　激光光斑偏差量示意圖

激光光斑偏差量可以通過(guò)圖像成像方法，利用圖像二維平面上的距離測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。以圖像上目標(biāo)靶十字中心點(diǎn)為原點(diǎn)，以圖像面水平方向?yàn)檩S，垂直方向?yàn)檩S建立直角坐標(biāo)系，在一次照射（一組照射）過(guò)程中第 幀/場(chǎng)激光光斑中心點(diǎn)的圖像坐標(biāo)為，則極坐標(biāo)偏差量用圖像距離量可以用如下公式表示：

式中：

將公式（3）用視場(chǎng)角來(lái)表示，也就是激光光斑與目標(biāo)靶十字中心點(diǎn)之間的偏差角度，稱(chēng)為激光光斑偏差角。激光光斑偏差角是在-90°＜＜+90°范圍內(nèi)的角度值。

圖3為成像測(cè)量法示意圖。如圖所示目標(biāo)靶十字的位置是固定的；激光光斑的位置是不斷變化的，假設(shè)測(cè)量誤差足夠小，可以忽略不計(jì)，則對(duì)于測(cè)量攝像機(jī)和穩(wěn)瞄系統(tǒng)而言，激光光斑偏差量是同一值，區(qū)別在于兩種設(shè)備相對(duì)于目標(biāo)靶的距離不同，傳感器的空間分辨率不同，顯然對(duì)應(yīng)的激光光斑偏差角不同。激光光斑測(cè)量偏差角可以用如下公式表示：

式中：

式中：

式中：

式中：

式中：

3　總結(jié)

本文通過(guò)光斑監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)目標(biāo)靶和照射光斑進(jìn)行攝像監(jiān)測(cè)，對(duì)獲得的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)照射精度進(jìn)行測(cè)量，取得了較好的效果。

［1］王家琪，金光，顏昌翔.機(jī)載光電測(cè)量設(shè)備的目標(biāo)定位誤差分析［J］.光學(xué)精密工程，2005，13（2）：105-116.

［2］王小鵬，紀(jì)明.光電系統(tǒng)工程概念設(shè)計(jì)與思考［J］.應(yīng)用光學(xué)，2007 32 （6），31-33.

［3］谷素梅.大型光學(xué)慣性穩(wěn)定跟蹤儀器穩(wěn)像精度測(cè)試系統(tǒng)原理方案探討.應(yīng)用光學(xué)，1998，19（6），5-8.

［4］羅先和.光電檢測(cè)技術(shù)［M］..北京：航空航天大學(xué)出版社，1995.

A method for measuring the radiation accuracy of airborne electro optical stabilization system

Sun Qiang1，Wu Hui1，Song Min2，F(xiàn)eng Jie1，Yuan Bo1，Lv Xiang1
（1.Xi’an Institute of Applied Optics 710065；2.Xi’an Fight Automatic Control Research Institute，710065）

The imaging method is used to measure the accuracy of the airborne electro-optical stabilization system，monitoring the target and the illumination spot by the spot monitoring equipment.In video images，the deviation of the center of the laser spot and the center of the cross center of the target is processed， the accuracy of the radiation is calculated by the statistical calculation.

exposure measurement；spot target distribution；imaging method