CN104819827A - 左右对称式周视观瞄仪跟踪精度检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种左右对称式周视观瞄仪跟踪精度检测装置和检测方法，该装置由可见光目标模拟器、红外光目标发生器、目标运动单元和总控制系统四部分组成，所述目标运动单元为U-O型转台作为目标运动单元，在目标运动单元的俯仰框上分别设置有红外目标发生器和可见光目标模拟器，红外目标发生器和可见光目标模拟器分别对准被测仪器的可见光窗口和红外窗口。利用上述装置对左右对称式周视观瞄仪的检测方法包括8个步骤，能够输出左右对称式周视观瞄仪角跟踪精度的测量结果。本发明可以定性和定量的提供数据，准确性和可靠性均大幅提升，且检测过程简单易行。

Description

左右对称式周视观瞄仪跟踪精度检测装置和检测方法

技术领域

本发明属于光电检测技术领域，具体涉及一种左右对称式周视观瞄仪跟踪精度检测装置和检测方法。

背景技术

左右对称式周视观瞄仪(指红外窗口和可见光窗口左右对称布置在方位回转轴两侧)是采用光学成像原理，伺服控制技术、图像处理技术，对空中、地上、海上的静止目标和动态目标进行搜索、发现、识别和跟踪的现代光电仪器。实际使用中，最重要的任务是实现对远距离（大于3km）目标的动态跟踪。一个在空间运动的目标，其运动轨迹可以用方位运动和俯仰运动的轨迹来合成，因此，只要在方位和俯仰两个方向上跟踪上了目标，就可以准确地完成对目标的跟踪任务。而对于对地目标的跟踪，主要是方位跟踪。因此用何种方法和装置来检测光电跟踪仪的跟踪精度就是本技术领域的重要课题。目前，本领域用于检测左右对称式周视观瞄仪的跟踪精度的方式有两种：一种在室外，所述装置由目标靶和靶机(或机动车)两部分构成，该装置可以实现在场外对靶机（动目标）的跟踪，这种精度检测方法虽然与实际使用中的情况一致，但由于靶机的运动速度和轨迹不能精确的确定，所以只能定性的检测光电跟踪仪的跟踪性能；另外，由于是场外检测，各方面的成本都比较高，且检测效率低；另一种方式是在室内对左右对称式周视观瞄仪进行检测，这样就必须提供能够模拟无穷远目标的模拟器，但由于被测仪器采用左右分布的结构，为了能把红外和可见两个窗口都覆盖到，那么目标模拟器的孔径就会非常大，这样做就会使得目标模拟器的结构非常庞大，使得整个运动目标单元结构庞大,，对测量精度造成不利的影响，同时需要提供很大的场地。

发明内容

本发明的目的在于对现有检测方法存在的问题加以解决，提供一种可以检测左右对称式周视观瞄仪跟踪精度的装置，该装置可以定性和定量的提供数据，准确性和可靠性均大幅提升，且检测过程简单易行。

为实现上述目的，本发明提供了一种左右对称式周视观瞄仪跟踪精度检测装置，由可见光目标模拟器、红外光目标发生器、目标运动单元和总控制系统四部分组成，所述目标运动单元为U-O型转台，在目标运动单元的俯仰框上分别设置有红外目标发生器和可见光目标模拟器，红外目标发生器和可见光目标模拟器分别对准被测仪器的可见光窗口和红外窗口。

利用上述装置对左右对称式周视观瞄仪的检测方法：依次包括下述步骤：

(1) 将被测左右对称式周视观瞄仪安装到本装置转台基座上的托盘型工装上；

(2) 调整被测左右对称式周视观瞄仪,使其的方位轴和俯仰轴与转台的方位和俯仰轴同轴；

(3) 调整被测左右对称式周视观瞄仪，使模拟目标的像，出现在其视场中心；

(4) 在人机界面中输入模拟运动指令，使模拟目标运动；这时，被测左右对称式周视观瞄仪即进入跟踪状态；

(5)在跟踪状态下，左右对称式周视观瞄仪上的跟踪视频信号实时地输出到数据处理计算机；

(6)图像处理软件进行数字图像处理，获取左右对称式周视观瞄仪的十字分划像和检测系统模拟目标的十字分划像的位置偏差；

(7)数据处理子程序，计算左右对称式周视观瞄仪的十字分划像和检测系统模拟目标的十字分划像的位置偏差所对应的角度偏差；

(8)输出左右对称式周视观瞄仪角跟踪精度的测量结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)采用室内检测方法,相比于室外检测明显地减小了检测成本,并实现了全天候的检测。

2)采用模拟目标和转台组合的方式，相比于室外检中采用的拖靶方式，不仅可以实现定性检测，而且可以实现精确的定量检测。

3)采用双目标结构,相比于单目标结构明显地减小了模拟目标器的结构尺寸和整个测量装置的结构尺寸,增加了系统的刚度和稳定性,提高了测量精度,和测量效率。结构尺寸截面积减少30%,测量效率提高2倍。

附图说明

图1是系统组成；

图2是目标运动单元结构；

图3是左右对称式周视观瞄仪外形；

图4是被测系统视场中心与模拟目标像的位置偏差。

附图标记说明如下：

1-可见光目标模拟器，2-红外光目标发生器、3-目标运动单元、4-总控制系统、5-俯仰框。

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明进行详细地描述。

参见图1和图2,一种左右对称式周视观瞄仪跟踪精度检测装置，由可见光目标模拟器1、红外光目标发生器2、目标运动单元3和总控制系统4四部分组成，所述目标运动单元3为U-O型转台结构形式。在目标运动单元3的俯仰框5上分别设置有红外目标发生器2和可见光目标模拟器1，红外目标发生器2和可见光目标模拟器1分别对准被测仪器的可见光窗口和红外窗口。

红外目标发生器2和可见光目标模拟器1都采用透射式的平行光管形式，只是发光光源不同，一个采用卤素灯做光源，提供无穷远的可见光目标；另一个采用黑体做光源，提供无穷远的红外目标。

目标运动单元3的结构图如图3所示，采用U-O型转台作为目标运动单元3，可同时或单独提供俯仰和方位两种运动形式。该种结构有很多，可以根据需要自行设计，俯仰框轴系的设计基本为左右对称，本发明中O型的俯仰框架与左右轴直接固联，左右轴各有一个直流力矩电机，电机力矩足够大，用以满足角加速度25°/s²的要求，力矩电机转子直接与轴固联，使轴系具有大的结构刚度。左右轴系各设置一对自行配置预紧力的成对安装的角接触球轴承。俯仰框轴系的右轴端设计安装高性能的角度编码器，安装和调整都很方便；右端边界处设有霍尔开关与行程触点开关作为电气限位保护；俯仰框轴左右轴均为中空的形式；俯仰框侧面通过负载安装座将模拟单元固定，使平行光管对准被测仪上的窗口；另一侧安装有配重杆和配重盘，可安装配重，并可根据模拟单元的情况在一定范围内调整，调节俯仰轴基本平衡。方位框轴系采用一对角接触球轴承，既有定心功能，又有另一方向上的止推功能，具有大的抗倾覆能力与支承刚度以克服不平衡力矩，方位框轴系采用大尺寸的力矩电机通过外框过渡盘直接与方位框连接，使方位框轴系有较高的固有频率；角度编码器采用高性能的进口码盘，套装在方位框上；方位框滑环，采用中空结构，转动部分固定在方位框上，固定部分固定在方位芯轴上。

总控制系统，采用以工业控制计算机为载体与专用DSP多轴运动控制系统相结合的两级位置闭环数字复合控制结构来完成，既可满足系统的快速性、实时性要求，也为配置和操作提供了灵活性；工业控制计算机是检测系统的主控单元，它完成转台的各种控制操作、数据输入输出和各功能模板的管理功能，以及转台故障监测和安全保护；搭载于控制计算机中的DSP运动控制模板是多轴运动控制核心，通过与各轴的驱动单元、运动机构、轴角测量反馈单元构成位置、速率闭环系统，实现两轴协调的运动控制，实现检测系统的运动控制功能。

被测系统（左右对称式周视观瞄仪如图3所示）置于转台基座的托盘型工装上，其方位和俯仰回转轴分别与转台的方位和俯仰轴重合，这样就可以保证测量系统和被测系统基准统一。在目标运动单元的俯仰框上分别设置有红外目标发生器2和可见光目标模拟器1，红外目标发生器2和可见光目标模拟器1分别对准被测仪器的可见光和红外成像系统的入窗。

本装置的测量方法：依次包括下述步骤

(1) 将被测左右对称式周视观瞄仪安装到本装置转台基座上的托盘型工装上;

(2) 调整被测左右对称式周视观瞄仪,使其的方位轴和俯仰轴与转台的方位和俯仰轴同轴；

(3) 调整被测左右对称式周视观瞄仪，使模拟目标的像，出现在其视场中心；

(4) 在人机界面中输入模拟运动指令，使模拟目标运动；这时，被测左右对称式周视观瞄仪即进入跟踪状态；

(5)在跟踪状态下，左右对称式周视观瞄仪上的跟踪视频信号实时地输出到数据处理计算机；

(6)图像处理软件进行数字图像处理，获取左右对称式周视观瞄仪的十字分划像和检测系统模拟目标的十字分划像的位置偏差；

(7)数据处理子程序，计算左右对称式周视观瞄仪的十字分划像和检测系统模拟目标的十字分划像的位置偏差所对应的角度偏差；

(8)输出左右对称式周视观瞄仪角跟踪精度的测量结果。

本装置的工作原理是：

目标运动单元3通过俯仰和方位两个方向的运动，就可以模拟出原远处目标在一个平面内运动的轨迹；通过总控系统输入速度、加速度、位置等参数，就可以定量地模拟远处运动目标的运动规律。

目标发生器的实质就是一个平行光管，其靶面形式可以是十字、星点，经平行光管后，形成无限远目标；通过改变不同的靶面（即不同大小的十字或星点）即可模拟不同距离情况下的目标；模拟目标分为俩个，一个红外目标，一个可见光目标，分别用于可见光和热象角跟踪性能的检测。

目标发生器安装在目标运动单元3的俯仰框5上，随运动单元一起运动，从而就可以获得不同远处模拟目标的运动；被测的左右对称式周视观瞄仪安装在目标运动单元的基座上，并不随运动单元一起运动，但他们的方位和俯仰轴线分别是重合的，即他们的运动坐标系是重合的；在检测的初始状态时，模拟目标的像出现在被测的左右对称式周视观瞄仪的跟踪视场中心（以十字分划中心表示），当运动单元运动时，则模拟目标的像就偏离视场中心，如图4所示，观瞄仪则计算偏移量后，驱动观瞄仪去跟踪目标，并始终保持目标在视场的中心；理论上来说，不管目标运动单元3如何运动，模拟目标的像都应该始终处于视场中心，但由于跟踪存在误差，所以在跟踪过程中，模拟目标的像不会始终处于视场的中心；通过对跟踪过程中视频图像的处理，计算出在整个跟踪过程中模拟目标像与视场中心（十字分划中心）的偏差就可以计算得到被测跟踪仪的跟踪精度，如图4所示，图中红色十字线为检测系统模拟目标的十字分划像，S₁代表红色十字线的质点，S₁的坐标为（X₁，Y₁）；图中绿色十字线为周视观瞄仪的十字分划像，S₂绿色代表十字线的质点，S₂的坐标为（X₂，Y₂），S₁和S₂的位置偏差ΔX和ΔY可表示为：

由于两个十字分划像是由CCD相机获得，因而两个十字分划像质点坐标都是以CCD相机的像素为基本单位，也就是说S₁和S₂的坐标（X₁，Y₁）和（X₂，Y₂）都是CCD相机像素的整数倍，S₁和S₂的位置偏差ΔX和ΔY同样是CCD相机像素的整数倍。

根据CCD相机的参数指标和对应的视场角大小，可计算出CCD相机每个像素所对应的角度大小，计算如下：

每个像素（以横向坐标为例）所对应的角度大小α_X为：

则可知S₁和S₂的位置偏差ΔX所对应的角度ΔX_α，ΔX_α大小也就表征了周视观瞄仪的角跟踪精度：

本装置通过提供模拟运动和模拟目标，并获取周视观瞄仪跟踪时输出的视频信号，采用数字图像处理方法获得周视观瞄仪的视场中心和检测系统模拟目标的十字分划像的位置偏差，进而获得周视观瞄仪的角跟踪精度。

Claims (2)

1.一种左右对称式周视观瞄仪跟踪精度检测装置，由可见光目标模拟器（1）、红外光目标发生器（2）、目标运动单元（3）和总控制系统（4）四部分组成，其特征在于：所述目标运动单元（3）为U-O型转台，在目标运动单元（3）的俯仰框（5）上分别设置有红外目标发生器（2）和可见光目标模拟器（1），红外目标发生器（2）和可见光目标模拟器（1）分别对准被测仪器的可见光窗口和红外窗口。

2.一种利用上述装置对左右对称式周视观瞄仪的检测方法，其特征在于：依次包括下述步骤：

(1) 将被测左右对称式周视观瞄仪安装到本装置转台基座上的托盘型工装上;

(2) 调整被测左右对称式周视观瞄仪,使其的方位轴和俯仰轴与转台的方位和俯仰轴同轴；

(3) 调整被测左右对称式周视观瞄仪，使模拟目标的像，出现在其视场中心；

(4) 在人机界面中输入模拟运动指令，使模拟目标运动；这时，被测左右对称式周视观瞄仪即进入跟踪状态；

(5)在跟踪状态下，左右对称式周视观瞄仪上的跟踪视频信号实时地输出到数据处理计算机；

(6)图像处理软件进行数字图像处理，获取左右对称式周视观瞄仪的十字分划像和检测系统模拟目标的十字分划像的位置偏差；

(7)数据处理子程序，计算左右对称式周视观瞄仪的十字分划像和检测系统模拟目标的十字分划像的位置偏差所对应的角度偏差；

(8)输出左右对称式周视观瞄仪角跟踪精度的测量结果。