彈道相機(jī)星體標(biāo)校系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

梁國(guó)龍　何丁龍

（中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長(zhǎng)春　130033）

彈道相機(jī)星體標(biāo)校系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

梁國(guó)龍何丁龍

（中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長(zhǎng)春130033）

為了提高光電經(jīng)緯儀測(cè)角精度，實(shí)現(xiàn)經(jīng)緯儀對(duì)目標(biāo)的精確空間定位，本文設(shè)計(jì)了外場(chǎng)星體標(biāo)校系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)組成、工作原理及試驗(yàn)結(jié)果分析。利用xxxx彈道相機(jī)作為載體，進(jìn)行了設(shè)計(jì)、加工、運(yùn)輸，在外場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該彈道相機(jī)可實(shí)現(xiàn)精確定位，精度優(yōu)于10″，滿足指標(biāo)要求。

星體標(biāo)校經(jīng)緯儀彈道相機(jī)

1　引言

星體標(biāo)校是利用恒星在天上的準(zhǔn)確位置作為真值來(lái)標(biāo)定光電經(jīng)緯儀的各單項(xiàng)誤差并結(jié)算系統(tǒng)指向精度的方法。光電經(jīng)緯儀從生產(chǎn)到運(yùn)輸?shù)交?，再到在基地?jīng)歷過(guò)維修后，其總精度和各個(gè)單項(xiàng)誤差都需要計(jì)算，利用星體標(biāo)校是一種最簡(jiǎn)單也最準(zhǔn)確的方法。

2　系統(tǒng)組成及工作原理

根據(jù)天文學(xué)原理，對(duì)于確定的恒星，在已知的時(shí)刻，星體相對(duì)于測(cè)量站的地理位置（β，）的視位置（A，E）是準(zhǔn)確可知的，即在某已知時(shí)刻T，地球某觀測(cè)點(diǎn)的光電經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)星體時(shí)，其俯仰角真值E和方位角真值A(chǔ)與測(cè)量站的地理位置（λ，Φ）的關(guān)系是確定的的，其關(guān)系式為

星體標(biāo)校采用加拿大的1m60CCD相機(jī)，分辨率1024x1024。可見光標(biāo)校分系統(tǒng)是拍星光學(xué)系統(tǒng)。圖像記錄分系統(tǒng)負(fù)責(zé)記錄拍星圖像，隨動(dòng)分系統(tǒng)負(fù)責(zé)引星，操作與控制分系統(tǒng)負(fù)責(zé)與相機(jī)通訊、引導(dǎo)儀器跟蹤星位置、操作各個(gè)分系統(tǒng)完成星體標(biāo)校。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)上電后，操作人員在操作與控制分系統(tǒng)中選擇星號(hào)，并根據(jù)星號(hào)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻星的位置，1m60CCD相機(jī)采集，操作與控制系統(tǒng)引導(dǎo)主機(jī)跟蹤當(dāng)前星體，對(duì)采集到的圖像經(jīng)過(guò)處理后計(jì)算出當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)際指向在通過(guò)最小二乘法計(jì)算出各單項(xiàng)誤差。

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

相機(jī)采用加拿大的1m60高靈敏度ccd相機(jī)，通過(guò)自研光學(xué)系統(tǒng)，焦距200，視場(chǎng)可達(dá)4°x4°，對(duì)星的探測(cè)能力為3-5等星，相機(jī)與光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)物如圖2所示。

圖2　相機(jī)及光學(xué)系統(tǒng)實(shí)物圖

圖3　主控軟件界面

操作與控制分系統(tǒng)是在Windows XP中文操作系統(tǒng)SP2+操作平臺(tái)下，VC++面向?qū)ο缶幊虒?shí)現(xiàn)。充分利用XP操作系統(tǒng)的多任務(wù)多線程機(jī)制，軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中采用模塊化結(jié)構(gòu)。拍星界面如圖3所示。其中主要部分為星庫(kù)的顯示，在初始化星庫(kù)之后通過(guò)點(diǎn)擊星圖進(jìn)行選星，在選擇完星體之后通過(guò)引導(dǎo)使光學(xué)系統(tǒng)對(duì)星體成像。對(duì)圖像進(jìn)行閾值計(jì)算、目標(biāo)分割、脫靶量合成后得出光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際指向，與此時(shí)的真值進(jìn)行比較，可得出定向差、照準(zhǔn)差、零位差和橫軸差等單項(xiàng)誤差。

4　試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖4拍星原始數(shù)據(jù)

值的誤差的均方根，在方位上是：4.0″，在俯仰上是7.2″。試驗(yàn)得到的原始數(shù)據(jù)如圖4所示。

5　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)裝載已知恒星庫(kù)，設(shè)計(jì)了xxxx彈道相機(jī)的星體標(biāo)校系統(tǒng)，在總裝某基地進(jìn)行了外場(chǎng)驗(yàn)證。經(jīng)試驗(yàn)表明，星庫(kù)提供角度準(zhǔn)確，系統(tǒng)跟蹤穩(wěn)定，精度結(jié)算算法高效、精確，精度結(jié)果滿足要求。

［1］劉中富.應(yīng)用GPS授時(shí)時(shí)角拍星法標(biāo)校測(cè)角精度［J］.光電工程，2004，31（增刊）：1-4.

［2］車雙良.光電經(jīng)緯儀外場(chǎng)星校方法的理論與實(shí)踐［J］.光子學(xué)報(bào)，2004，33（10）：1-6.

梁國(guó)龍（1983—），男，吉林公主嶺人，博士學(xué)位，助理研究員，主要從事數(shù)字圖像處理方面的研究；何丁龍（1988—），男，吉林長(zhǎng)春人，工程碩士，研究實(shí)習(xí)員，主要從事光電經(jīng)緯儀設(shè)計(jì)和研究。