光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)前向運(yùn)動(dòng)及地理掃描

任元斌，王惠林，謝娜，劉棟，韓瑞

(西安應(yīng)用光學(xué)研究所, 陜西 西安 710065)

0 引言

光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)[1-3]是飛機(jī)對(duì)地觀測(cè)成像的核心裝備，它通常固連在載機(jī)下方，在載機(jī)飛行過(guò)程中，執(zhí)行監(jiān)視、搜索、測(cè)繪等任務(wù)，可為用戶提供晝夜全天候高分辨率圖像。

近年來(lái)，由于航空和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，超高空長(zhǎng)航時(shí)飛行平臺(tái)逐漸興起，傳統(tǒng)的單一視場(chǎng)小范圍監(jiān)視已經(jīng)不能滿足迅速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的需求。飛機(jī)在高空對(duì)目標(biāo)區(qū)域使用高分辨率大范圍地理掃描技術(shù)，能快速獲取目標(biāo)區(qū)域附近全面的高清圖像信息。

光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)在執(zhí)行對(duì)地觀察成像任務(wù)時(shí)，無(wú)論是處于凝視還是地理掃描模式，都需要結(jié)合飛機(jī)的速度和姿態(tài)等飛行狀態(tài)。根據(jù)飛行狀態(tài)采取適當(dāng)?shù)目刂浦噶铗?qū)動(dòng)光電系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)，才能保證光電系統(tǒng)掃描時(shí)地面瞬時(shí)視場(chǎng)(GIFOV)序列在地理表面高效連結(jié)形成區(qū)域覆蓋或者預(yù)期軌跡。

研究廣域地理掃描技術(shù)，就需要分析飛機(jī)和光電系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、姿態(tài)和振動(dòng)等狀態(tài)對(duì)地理表面成像的影響。這其中作用機(jī)理復(fù)雜，內(nèi)部環(huán)節(jié)相互作用較多，若要逐一掛飛實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，成本高昂。在這種情況下，搭建地理掃描的全鏈路模型，是在實(shí)驗(yàn)室分析掃描機(jī)理和各環(huán)節(jié)相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系的一種低成本、高效率方法。

在地理掃描過(guò)程中，飛機(jī)前向運(yùn)動(dòng)是光電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大面積連續(xù)成像的一個(gè)前提。傳統(tǒng)的地理搜索掃描，是在飛機(jī)處于低空定速、定高情況下，以光電系統(tǒng)對(duì)地固定傾角進(jìn)行連續(xù)成像。而大范圍地理掃描，是在載機(jī)前向飛行過(guò)程中，光電系統(tǒng)的萬(wàn)向架等伺服機(jī)構(gòu)根據(jù)指令序列，連續(xù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像。大范圍地理掃描的搜索效率更高，并可在超高空小視場(chǎng)情況下大范圍成像。由于大范圍掃描需結(jié)合飛機(jī)前向速度，故前向運(yùn)動(dòng)對(duì)光電系統(tǒng)成像的影響分析至關(guān)重要。

建立從光電系統(tǒng)內(nèi)部到外部地理表面成像的全鏈路模型，可為光電系統(tǒng)地理掃描研究提供低成本高效率的研究平臺(tái)[4]。同時(shí)，從微分運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析飛機(jī)前向運(yùn)動(dòng)對(duì)光電系統(tǒng)成像的影響，對(duì)光電系統(tǒng)各伺服機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制具有一定指導(dǎo)意義。

1 基本坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換關(guān)系

1.1 基本坐標(biāo)系

與光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)相關(guān)的坐標(biāo)系[5-6]有地心地固(ECEF)坐標(biāo)系，導(dǎo)航坐標(biāo)系(ENU)，機(jī)體(AC)坐標(biāo)系，瞄準(zhǔn)線(S)坐標(biāo)系。

1.1.1 ECEF坐標(biāo)系

以在WGS-84中定義的ECEF坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系,其坐標(biāo)原點(diǎn)OECEF在地球的幾何中心即圖1中橢球圓心位置T為目標(biāo)點(diǎn)，φ為該目標(biāo)點(diǎn)的大地緯度。該坐標(biāo)系的XECEF軸過(guò)地球0°經(jīng)度的赤道面，ZECEF軸通過(guò)地球極軸指向北極點(diǎn)，YECEF軸由右手定則決定方向。

圖1 基本坐標(biāo)系示意圖Fig.1 Fundamental coordinate system

1.1.2 ENU坐標(biāo)系

坐標(biāo)原點(diǎn)P在飛機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的幾何中心，XENU軸指向正東，在圖1中對(duì)應(yīng)為E軸。YENU軸指向真北，在圖1中對(duì)應(yīng)為N軸。ZENU軸沿著與大地平面垂直方向指天，在圖1中對(duì)應(yīng)為U軸。

1.1.3 AC坐標(biāo)系

該系的坐標(biāo)原點(diǎn)在INS的幾何中心，如圖1中所示YAC軸方向沿著飛機(jī)機(jī)頭方向指向外部，ZAC軸沿著飛機(jī)底部指向機(jī)身頂部，XAC軸由右手定則確定，一般指向飛機(jī)的右翼。

1.1.4 S坐標(biāo)系

該坐標(biāo)系也稱為攝站坐標(biāo)系，設(shè)定轉(zhuǎn)塔吊裝于飛機(jī)底部，該系原點(diǎn)在光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)中心，為簡(jiǎn)化處理，這里將該回轉(zhuǎn)中心和INS的幾何中心設(shè)定在同一位置。YS軸方向?yàn)檗D(zhuǎn)塔的瞄準(zhǔn)線(LOS)方向，即圖1中rLOS指向方向。在初始零位位置時(shí)，該軸的方向一般平行于飛機(jī)機(jī)身的XAC軸(飛機(jī)橫滾軸)并指向機(jī)頭正前方。如圖1中S坐標(biāo)系的XS軸為光電轉(zhuǎn)塔的俯仰軸，繞該旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正向，ZS軸為光電轉(zhuǎn)塔的方位軸，指向飛機(jī)的頂部，平行于飛機(jī)的ZAC軸。

1.2 WGS-84下的橢球模型

在WGS-84體系[5-6]下地球模型是一個(gè)橢球體，其方程為

(1)

式中：XECEF,YECEF,ZECEF為ECEF坐標(biāo)系下的地球橢球表面一點(diǎn)的地球固定坐標(biāo)值；a為橢球模型的半長(zhǎng)軸，其長(zhǎng)度為6 378 137 m；b為橢球模型的半短軸，長(zhǎng)度為6 356 752 m.

地球橢球表面的一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)位置可以用經(jīng)度λ、緯度φ、高度h來(lái)指示，根據(jù)以下等式[5-6]可將地球表面一點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、高度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為ECEF坐標(biāo)系下的點(diǎn)坐標(biāo)。

(2)

式中：XECEF、YECEF、ZECEF分別為該目標(biāo)點(diǎn)在ECEF坐標(biāo)系的XECEF，YECEF，ZECEF軸上的分量；e為橢球模型的離心率，

(3)

RN表示該位置沿卯酉圈的曲率半徑，

(4)

1.3 各個(gè)坐標(biāo)系之間的關(guān)系

1.3.1 ECEF坐標(biāo)系和ENU坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

以坐標(biāo)系ECEF為參考坐標(biāo)系逐步轉(zhuǎn)換到ENU坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)化過(guò)程[6-7]為

(5)

式中:Trans表示當(dāng)前坐標(biāo)系做平移變換；Rot表示以當(dāng)前坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸(YECEF,ZECEF)依次做旋轉(zhuǎn)變換。寫(xiě)成矩陣形式如下：

(6)

由此，ECEF坐標(biāo)系下點(diǎn)[XECEFYECEFZECEF1]T轉(zhuǎn)換到ENU坐標(biāo)系的坐標(biāo)為

(7)

1.3.2 ENU坐標(biāo)系和AC坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

ENU到AC坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換過(guò)程[6-7]如下：

(8)

式中：ψ為載機(jī)的航向角；θ為載機(jī)的俯仰角；γ為載機(jī)的橫滾角。則點(diǎn)坐標(biāo)變換過(guò)程如下：

(9)

1.3.3 AC坐標(biāo)系和S坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)過(guò)程[6-7]如下：

(10)

式中：θa為光電系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)線方位角；θe為瞄準(zhǔn)線俯仰角。有以下點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程

(11)

2 前向微分運(yùn)動(dòng)分析

載機(jī)搭載光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)在空中飛行時(shí)，其飛行速度相對(duì)于慣性系并不小，但若以地球?yàn)閰⒖?，其運(yùn)動(dòng)速度在ECEF坐標(biāo)系下運(yùn)動(dòng)相對(duì)來(lái)說(shuō)可以看作一個(gè)小幅微分運(yùn)動(dòng)，故本節(jié)采用微分運(yùn)動(dòng)的方法來(lái)分析光電系統(tǒng)在隨載機(jī)執(zhí)行地面掃描任務(wù)時(shí)前向運(yùn)動(dòng)對(duì)光電成像所造成的影響。

以ECEF坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，若初始時(shí)刻可由組合慣性導(dǎo)航獲得S坐標(biāo)系的中心Q所在大地位置的經(jīng)度λQ、緯度φQ、高度hQ,那么S坐標(biāo)系的中心點(diǎn)在ECEF坐標(biāo)系下面的位置矢量為rECEF，S，該矢量從地心指向S坐標(biāo)系中心，其坐標(biāo)為

(12)

式中：RN，Q表示該Q點(diǎn)位置沿卯酉圈的曲率半徑。

根據(jù)基本觀測(cè)三角，有關(guān)系式如下：

rECEF，T=rLOS+rECEF，S，

(13)

式中：rECEF，T表示地面目標(biāo)點(diǎn)在ECEF坐標(biāo)系下的位置矢量，該矢量從地心指向地面目標(biāo)點(diǎn)；rLOS表示在ECEF坐標(biāo)系下的瞄準(zhǔn)線矢量。

(14)

aT=(a+hT)，

(15)

(16)

式中：aT代表由目標(biāo)高度值不同而更改的橢球模型的長(zhǎng)半軸值；bT代表為其短半軸值；hT表示該目標(biāo)處的海拔高度。

將rLOS向量寫(xiě)成如下形式：

(17)

rLOS向量的模的值|rLOS|滿足如下二次方程[5]：

A|rLOS|2+B|rLOS|+C=0，

(18)

式中：

(19)

(20)

(21)

以上二次方程的解，可以用如下等式表達(dá)：

(22)

由于瞄準(zhǔn)線向量與橢球模型有兩個(gè)交點(diǎn)，這里取模值較小的一個(gè)解。

至此，在計(jì)算出|rLOS|后根據(jù)基本觀測(cè)三角有

(23)

地面目標(biāo)點(diǎn)T的經(jīng)度可以根據(jù)如下算式確定：

(24)

地面目標(biāo)點(diǎn)T的大地緯度可以根據(jù)如下算式確定：

(25)

若當(dāng)前時(shí)刻下，S系歷經(jīng)一個(gè)保持地理指向的在ECEF系下的微分運(yùn)動(dòng)dS，該運(yùn)動(dòng)過(guò)程表示為

(26)

dS可以表示為如下形式：

(27)

式中：dXECEF、dYECEF、dZECEF表示載機(jī)在三軸方向的微分平移速度，可由該時(shí)刻的組合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量并計(jì)算得到；δXECEF、δYECEF、δZECEF表示載機(jī)在三軸方向的微分旋轉(zhuǎn)速度；I表示單位矩陣；ΔS表示微分算子。

忽略高階小量δXECEFδYECEF、δXECEFδZECEF、δYECEFδZECEF、δXECEFδYECEFδZECEF，則該微分運(yùn)動(dòng)的微分算子ΔS寫(xiě)為

(28)

需做的旋轉(zhuǎn)量δXECEF、δYECEF、δZECEF可以由如下過(guò)程確定。

(29)

由于微分運(yùn)動(dòng)后仍滿足基本觀測(cè)三角，且rECEF，T保持不變有如下關(guān)系：

rECEF，T=rLOS，NEW+rECEF，S，NEW，

(30)

(31)

根據(jù)微分運(yùn)動(dòng)過(guò)程可知如下近似關(guān)系式：

(32)

旋轉(zhuǎn)角度為

(33)

根據(jù)羅德里格旋轉(zhuǎn)公式：

(34)

(35)

(36)

(37)

根據(jù)定義

(38)

故有

(39)

(40)

(41)

(42)

航空相機(jī)領(lǐng)域也有文獻(xiàn)[10-11]論述過(guò)飛機(jī)前向的成像影響，但基本都假定大地為平面，且多數(shù)僅考慮在機(jī)身正下方成像時(shí)的影響分析而沒(méi)有涵蓋側(cè)向遠(yuǎn)距離傾斜成像時(shí)前向運(yùn)動(dòng)的影響分析，同時(shí)也沒(méi)有寫(xiě)出前向運(yùn)動(dòng)所引起像旋量的表達(dá)式，此節(jié)在地球橢球模型下較為全面地分析了載機(jī)前向運(yùn)動(dòng)對(duì)成像的影響。

3 光電系統(tǒng)地理掃描全鏈路仿真模型

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[5]顯示，TIER II plus光電系統(tǒng)在研發(fā)時(shí)使用了MASLAC模擬工具來(lái)驗(yàn)證瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定和地理掃描相關(guān)任務(wù)的動(dòng)態(tài)性能。該工具采用仿真工具箱并用C++編寫(xiě)DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))，實(shí)時(shí)且高效，使用模擬工具進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，節(jié)省了很多不必要的掛飛成本。搭建光電系統(tǒng)相關(guān)的仿真模型對(duì)光電系統(tǒng)的穩(wěn)定和掃描研究很有必要。

3.1 光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)內(nèi)部速度環(huán)路模型

速度環(huán)路[12]是穩(wěn)瞄系統(tǒng)內(nèi)部以速度為反饋信號(hào)的環(huán)路，是保證平臺(tái)穩(wěn)定的核心環(huán)路。其構(gòu)成部件有，測(cè)速反饋元件(陀螺或測(cè)速機(jī))，電機(jī)，負(fù)載，速度控制器等[13-15]，這些部件的微分方程表達(dá)式，或頻率域的傳遞函數(shù)關(guān)系已經(jīng)比較明確，且相關(guān)文獻(xiàn)研究較多，這里不再寫(xiě)出其方程表達(dá)式。根據(jù)各環(huán)節(jié)的頻域傳遞函數(shù)以及電學(xué)參數(shù)所搭建的內(nèi)框架速度環(huán)路模型如圖2所示。

圖2 速度環(huán)路示意圖Fig.2 Schematic diagram of velocity loop

3.2 光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)兩軸四框架模型

兩軸四框架[1]模型是由內(nèi)方位、內(nèi)俯仰、外方位、外俯仰4個(gè)框架的模型組成。4個(gè)框架中每個(gè)框架都有自身的速度環(huán)路和位置環(huán)路，通過(guò)運(yùn)動(dòng)耦合和解耦等相互作用，共同決定瞄準(zhǔn)線最終的指向。該模型具備慣性模式、掃描模式、位置模式等運(yùn)動(dòng)控制模式。根據(jù)各個(gè)框架的耦合關(guān)系以及電學(xué)相關(guān)參數(shù)搭建模型如圖3所示。

圖3 四框架組合示意圖Fig.3 Schematic diagram of four-gimbal combination

圖4 前向運(yùn)動(dòng)解析示意圖Fig.4 Forward motion analysis diagram

3.3 前向運(yùn)動(dòng)解析模型

根據(jù)第2節(jié)的論述，需將載機(jī)的飛行速度，經(jīng)度、緯度姿態(tài)等信息作為前向運(yùn)動(dòng)解析模型的輸入，并根據(jù)第2節(jié)的關(guān)系(28)式～(42)式搭建模型，所搭建的前向運(yùn)動(dòng)解析模型如圖4所示。

所搭建的模型結(jié)合載機(jī)姿態(tài)、經(jīng)度、緯度以及在ECEF系下的載機(jī)三軸速度分量等信息，并且根據(jù)光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)線方位角pos3,俯仰角pos4，計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻載機(jī)的前向運(yùn)動(dòng)對(duì)當(dāng)前時(shí)刻瞄準(zhǔn)線坐標(biāo)系造成的成像影響。

3.4 瞄準(zhǔn)線目標(biāo)定位模型

模型接收載機(jī)當(dāng)前組合INS的所給的經(jīng)度、緯度，以及穩(wěn)瞄系統(tǒng)瞄準(zhǔn)線的當(dāng)前方位俯仰角，通過(guò)第2節(jié)所給出的(12)式～(25)式搭建模型，最終計(jì)算出瞄準(zhǔn)線指向地表目標(biāo)位置的地理坐標(biāo)[16-17]。所搭建的模型如圖5所示。

圖5模型中，u1_ef、u2_ef、u3_ef分別為瞄準(zhǔn)線單位向量在ECEF坐標(biāo)系中的3個(gè)分量，R_los為當(dāng)前時(shí)刻瞄準(zhǔn)線向量的長(zhǎng)度值。通過(guò)(24)式、(25)式計(jì)算可得當(dāng)前瞄準(zhǔn)線所指向目標(biāo)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度坐標(biāo)。

圖5 目標(biāo)定位示意圖Fig.5 Schematic diagram of target localization

3.5 各模型之間的關(guān)系

3.1節(jié)～3.4節(jié)4個(gè)模型通過(guò)數(shù)據(jù)交互，共同組成光電系統(tǒng)地理掃描全鏈路模型[18]。

速度環(huán)路模型和四框架模型數(shù)據(jù)交互關(guān)系為：4個(gè)速度環(huán)路模型為四框架模型的重要組成部分。為驅(qū)動(dòng)穩(wěn)瞄系統(tǒng)，在各速度環(huán)路加入速度指令數(shù)據(jù)，進(jìn)而4個(gè)框架在該指令下致動(dòng)，產(chǎn)生角位移數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)各個(gè)框架輸出的速度命令進(jìn)行積分得到角位移數(shù)據(jù)，并與各框架起始角位置相加，得到四框架模型中各個(gè)框架的最終角位置數(shù)據(jù)值。四框架模型根據(jù)各框架所在最終角位置數(shù)據(jù)值，計(jì)算光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)的當(dāng)前瞄準(zhǔn)線指向。

前向運(yùn)動(dòng)模型和四框架模型數(shù)據(jù)交互關(guān)系為：前向運(yùn)動(dòng)模型接收外部載機(jī)的組合慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并將載機(jī)的前向運(yùn)動(dòng)對(duì)瞄準(zhǔn)線坐標(biāo)系各軸的影響計(jì)算出來(lái)，要克服其影響需將前向模型輸出的角速度數(shù)據(jù)值XS、YS、ZS傳遞到四框架模型的速度數(shù)據(jù)命令接收處，并和速度命令輸入數(shù)據(jù)相加。

目標(biāo)定位模型與前向運(yùn)動(dòng)和四框架模型數(shù)據(jù)交互關(guān)系為：目標(biāo)定位模型接收前向運(yùn)動(dòng)模型傳遞的姿態(tài)數(shù)據(jù)、載機(jī)飛行速度等數(shù)據(jù)信息，同時(shí)獲取四框架模型的瞄準(zhǔn)線方位俯仰角，最終計(jì)算得到當(dāng)前穩(wěn)瞄系統(tǒng)瞄準(zhǔn)線所指的目標(biāo)位置的經(jīng)度、緯度數(shù)據(jù)。

4 仿真參數(shù)實(shí)例與結(jié)果分析

折線型掃描是地理掃描中常見(jiàn)的掃描方式，它以給定目標(biāo)點(diǎn)為起始點(diǎn)，以折線方式向周邊外擴(kuò)掃描。該掃描方式應(yīng)用廣泛，故以該掃描方式檢驗(yàn)前面第3節(jié)所做的模型和理論分析。

給模型各個(gè)環(huán)節(jié)賦予初始參數(shù)值如下：飛機(jī)初始時(shí)刻位置經(jīng)度為107.986°，緯度為34°. 假定飛機(jī)機(jī)頭向東，懸停于空中，東向、北向、天向速度都為0 km/h. 光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)包含內(nèi)環(huán)方位、俯仰和外環(huán)方位、俯仰共4個(gè)速度環(huán)路，以及內(nèi)外環(huán)4個(gè)位置環(huán)路等，是多輸入、多輸出的耦合系統(tǒng)，其模型和環(huán)路中各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)如第3節(jié)圖2和圖3描述。穩(wěn)瞄系統(tǒng)初始方位角為270°，俯仰角起始位置為-45°，以0.6°/s的恒定角速率驅(qū)動(dòng)速度環(huán)路，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)整個(gè)穩(wěn)瞄系統(tǒng)，并在一定時(shí)刻切換掃描方向使瞄線進(jìn)行折返掃描，運(yùn)行全模型后掃描結(jié)果示意圖如圖6所示。

圖6 飛機(jī)懸停下地理掃描Fig.6 Geographical scanning during hovering

由圖6可以看出：光電系統(tǒng)沿著飛機(jī)的側(cè)翼傾斜向機(jī)身一側(cè)的遠(yuǎn)處斜下方成像，由于系統(tǒng)控制特性和內(nèi)部噪聲等原因，所得在地表的掃描軌跡有起伏，不是嚴(yán)格的直線。上位機(jī)給定光電的地理目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)度、緯度位置，通常不是完全準(zhǔn)確，但真實(shí)位置往往就在給定點(diǎn)的附近周邊區(qū)域，故用該折線掃描方法，可迅速找到目標(biāo)真實(shí)位置。

在光電系統(tǒng)實(shí)際執(zhí)行任務(wù)時(shí)，飛機(jī)一般不會(huì)懸?？罩衼?lái)配合光電執(zhí)行掃描，而是有一定前向飛行速度。故設(shè)定飛機(jī)飛行前進(jìn)方向?yàn)檎龞|，巡航速度為180 km/h，北向、天向飛行速度為0 km/s. 前向巡航時(shí)地理掃描結(jié)果示意圖如圖7所示。

圖7 前向巡航時(shí)地理掃描示意圖Fig.7 Geographical scanning during cruising

由圖7可以看出：由于飛機(jī)的前向運(yùn)動(dòng)，瞄準(zhǔn)線也被帶動(dòng)往東向運(yùn)動(dòng)，折線型掃描的軌跡嚴(yán)重變形，偏離了所給初始坐標(biāo)附近。因此，不消減飛機(jī)前向影響，使用折線型掃描很難發(fā)現(xiàn)真實(shí)目標(biāo)位置。

現(xiàn)用第3.3節(jié)所搭建的前向運(yùn)動(dòng)解析模型，計(jì)算出欲克服載機(jī)前向運(yùn)動(dòng)影響，光電系統(tǒng)的各框架所需運(yùn)動(dòng)角速度值，并傳遞到各個(gè)框架中，以消減飛機(jī)前向運(yùn)動(dòng)的影響。消減前向影響后地理掃描結(jié)果示意圖如圖8所示。

圖8 消減前向影響后地理掃描示意圖Fig.8 Geographical scanning diagram after removing forward impact

由圖8可以看出：經(jīng)消減前向運(yùn)動(dòng)的影響，瞬時(shí)視場(chǎng)在地表連結(jié)形成折線型條帶，有利于在給定坐標(biāo)周?chē)业侥繕?biāo)真實(shí)位置。

5 結(jié)論

本文歸納了光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)常用坐標(biāo)系之間的齊次變換關(guān)系，并從微分運(yùn)動(dòng)的角度，分析了載機(jī)前向運(yùn)動(dòng)對(duì)兩軸四框架穩(wěn)瞄系統(tǒng)成像所產(chǎn)生的影響，給出了該影響的計(jì)算方法。搭建了地理掃描的全鏈路仿真模型，并使用該仿真模型模擬光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)在空中對(duì)地定位和掃描的過(guò)程。根據(jù)前向運(yùn)動(dòng)影響計(jì)算方法，在仿真環(huán)境加入補(bǔ)償量可消除一定程度前向運(yùn)動(dòng)的成像影響。仿真結(jié)果表明，該全鏈路模型可以用于地理掃描相關(guān)研究中，前向運(yùn)動(dòng)的理論分析正確且有效。