一种光学跟踪测量数据系统误差补偿方法

摘要

本发明提供了一种光学跟踪测量数据系统误差补偿方法，在测站跟踪测量成像中，选取运载火箭任一特征点，得到该特征点在测站坐标系中的方位角和俯仰角数据均值；根据测站在发射坐标系中XOZ平面不同象限的位置，获得特征点在测站坐标系下的理论方位角数据；根据测站在发射坐标系的不同高度位置，获得特征点在测站坐标系下的理论俯仰角；得到误差补偿后的方位角和俯仰角。本发明能干准确计算出运载火箭的飞行航迹，避免了错误地估计飞行弹道参数，为分析和评定火箭飞行性能提供了准确、可靠的数据依据。

权利要求

1.一种光学跟踪测量数据系统误差补偿方法，其特征在于包括下述步骤：(1)在测站跟踪测量成像中，选取运载火箭任一特征点，对火箭静态下视频图像中的特征点进行判读，获取20个不同时刻的测量数据，经过量纲复原和部位修正，修正到火箭中轴后，得到该特征点在测站坐标系中的方位角数据均值Ac和俯仰角数据均值Ec；

(2)根据测站O1在发射坐标系中XOZ平面不同象限的位置，获得特征点在测站坐标系下的理论方位角数据式中，A0为运载火箭发射瞄准方位角，x、y、z为测站在发射坐标系中的站址坐标；

则得到定向误差ΔA＝Al-Ac；

(3)根据测站O1在发射坐标系的不同高度位置，获得特征点在测站坐标系下的理论俯仰角 式中，h为特征点至发射坐标系坐标原点的垂直距离；

则得零位误差ΔE＝El-Ec；

(4)得到误差补偿后的方位角A补偿后＝A补偿前+ΔA和俯仰角E补偿后＝E补偿前+ΔE。

2.根据权利要求1所述的光学跟踪测量数据系统误差补偿方法，其特征在于：所述运载火箭的特征点是指运载火箭箭体上用于测量火箭漂移所喷涂的蓝色环。

说明书

一种光学跟踪测量数据系统误差补偿方法

技术领域

[0001] 本发明属于航天测量与控制领域，涉及一种跟踪测量数据的误差补偿方法。

背景技术

[0002] 在航天实验靶场中，一般采用三台高速电视测量设备完成跟踪测量火箭垂直起飞段的测量任务，其系统误差通常有定向误差和零位误差。用于跟踪测量火箭垂直起飞段的高速电视测量设备通常采用短焦距大视场的光学结构，使得设备在仅仅有一丝微小的误差时，就会引起明显的测量误差反映。在没有条件(如：用于标定系统误差的方位标拍摄无效、或因标定设备无条件安装、或因跟踪码盘无法链接等)检测出设备系统误差的情况下，直接利用测量数据无法实现准确地反应火箭飞行的轨迹和姿态。所以，没有系统误差参数的支撑，高速电视测量系统测得的数据便失去了意义。而如果因此就轻易放弃测量数据，对航天测量任务来说，则是一次资源的浪费和数据处理的遗撼。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光学跟踪测量数据系统误差补偿方法，利用现有的箭体外形尺寸和各测站站址参数，通过空间解析几何的关系建立系统误差的补偿方法，准确反映出火箭的飞行状态。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

[0005] (1)在测站跟踪测量成像中，选取运载火箭任一特征点，对火箭静态下视频图像中的特征点进行判读，获取20个不同时刻的测量数据，经过量纲复原和部位修正，修正到火箭中轴后，得到该特征点在测站坐标系中的方位角数据均值Ac和俯仰角数据均值Ec；

[0006] (2)根据测站O1在发射坐标系中XOZ平面不同象限的位置，获得特征点在测站坐标系下的理论方位角数据

[0007] 式中，A0为运载火箭发射瞄准方位角，x、y、z为测站在发射坐标系中的站址坐标；

[0008] 则得到定向误差ΔA＝Al-Ac；

[0009] (3)根据测站O1在发射坐标系的不同高度位置，获得特征点在测站坐标系下的理论俯仰角至发射坐标系坐标原点的垂直距离；

[0010] 则得零位误差ΔE＝El-Ec；

[0011] (4)得到误差补偿后的方位角A补偿后＝A补偿前+ΔA和俯仰角E补偿后＝E补偿前+ΔE。

[0012] 所述运载火箭的特征点是指运载火箭箭体上用于测量火箭漂移所喷涂的蓝色环。

[0013] 本发明的有益效果是：通过系统误差补偿后，可准确计算出运载火箭的飞行航迹，避免了错误地估计飞行弹道参数，为火箭型号部门分析和评定火箭飞行性能提供了准确、可靠的数据依据。

附图说明

[0014] 图1是运载火箭、发射系、瞄准方向之间关系示意图；

[0015] 图2是火箭外形示意图；

[0016] 图3是测站布站情况示意图(水平方向)，其中，①是第一种布站情况，②是第二种布站情况，③是第三种布站情况，④是第四种布站情况；

[0017] 图4是测站布站情况示意图(纵向方向)，其中，①是第一种站址情况，②是第二种站址情况，③是第三种站址情况。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

[0019] 以某一测站的系统误差补偿过程为例，首先进行数据准备，包括箭体特征点静态的实际测量数据、测站在发射坐标系中的站址坐标和特征点的火箭外形尺寸，然后进行系统误差计算和补偿，包括以下步骤：

[0020] (1)定向误差为光学测量设备方位码盘零位偏离大地北或天文北的角度值；零位误差为光学测量设备高低码盘的零位偏离水平方向的角度值。根据此概念，可利用不同测站在发射坐标系中的位置、运载火箭相应测量点的设计数据，以及发射瞄准方向情况，获取不同测站设备的定向误差和零位误差量。

[0021] 图1为运载火箭、发射系和瞄准方向关系示意图，图中，O-XYZ为发射坐标系，N为发射瞄准方向，O-O为发射基准水平面。

[0022] 首先，在测站跟踪测量成像中，选取运载火箭某一特征点(指箭体上用于测量火箭漂移所喷涂的蓝色环)位置，如图2所示中的A点，对火箭静态下视频图像中的特征点进行判读，获取20个点(理论上讲，样本总数达到20个以上时，S曲线变化的趋势非常小，故取20点即可)不同时刻的测量数据，再经过量纲复原、部位修正(修到火箭中轴)后，得到该点在测站坐标系中的方位角数据、俯仰角数据均值Ac、Ec。

[0023] (2)图3为测站O1(光学测量设备三轴交点)在发射坐标系中的布站情况。根据各测站在不同象限的位置，可获得某一特征点的测站坐标系下的理论方位角数据Al(即由大地北按顺时针方向至O1与发射点的连线的夹角)。

[0024] 设测站在发射坐标系的站址坐标为x、y、z，根据图3的不同布站情况，建立计算模型：

[0025]

[0026] 式中，A0为运载火箭发射瞄准方位角，x、z为测站在发射坐标系的x方向和z方向的站址坐标。

[0027] 则得定向误差：

[0028] ΔA＝Al-Ac  (2)

[0029] (3)如图4所示，根据测站O1在发射坐标系的不同位置情况，尤其是测站O1的高低位置情况，可得特征点在测站坐标系下的理论俯仰角El。

[0030] 设测站O1在发射坐标系的站址坐标为x、y、z，根据图4的不同布站情况，建立计算模型：

[0031]

[0032] 式中，h为火箭上的某测量点至发射系坐标原点的垂直距离。

[0033] 则得零位误差：

[0034] ΔE＝El-Ec  (4)

[0035] (4)误差补偿

[0036]

[0037] 通过误差补偿后，得到“零”时刻的外弹道数据处理计算结果：x方向的坐标值与理论值相差为-0.0006米，y方向的坐标值与理论值相差为-0.0092米，z方向的坐标值与理论值相差为-0.0189米；而未做误差补偿时，x方向的坐标值与理论值相差为0.5029米，y方向的坐标值与理论值相差为0.2184米，z方向的坐标值与理论值相差为-9.016047米。

[0038] 误差补偿前和补偿后，在0秒～20秒任务跟踪弧段内，x、y、z三个方向坐标相差的量值分别为：-4.5526米～0.2250，0.5451米～24.8054米，-8.9989米～-2.0613米。