CN111024121A - 一种光电设备自主精度鉴定的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光电设备自主精度鉴定的系统和方法，所涉及的领域主要为光电跟踪测量、飞行器测控领域中高精度光电设备精度鉴定。其中精度鉴定的系统包括：1)时统系统；2)GNSS卫星接收机；3)数据处理器；4)附属通信系统。其中，系统可以自主实现对GNSS卫星(包括GPS卫星、Glonass卫星、Galileo卫星或北斗卫星等)位置计算，并引导光电设备对目标进行捕获。同时，当光电设备独立实现对GNSS卫星轨迹测量后，可以和本系统的位置进行数据比对，实现位置精度高精度鉴定的目的。本系统实现简单，集成度高，自主性强，鉴定精度高。
Description
技术领域
本发明属于光电跟踪测量和飞行器测控领域，具体涉及光电设备精度鉴定的方法和系统。
背景技术
在光电跟踪测量和飞行器测控领域，定期或者随机对光电设备进行精度鉴定是一项重要的工作，鉴定的结果可以评估光电设备的使用状态，也可以作为光电设备测量精度的依据。在精度鉴定中，一项重要的鉴定项就是对设备的航迹测量精度进行鉴定。从理论上讲，光电设备的测量误差包含多个因素：轴系误差，测角误差，探测器误差以及航迹测量补偿与处理误差。由于光电设备的精度相对较高，因而当进行精度鉴定时，当前的主要方法主要有两种：
1)和更高精度的光电设备同时测量某个目标航迹数据，以更高精度的光电设备测量数据为理论数据，进行数据比对，产生精度鉴定结果；
2)对已知更高精度的目标位置航迹进行测量，以高精度飞行器航迹为理论数据，进行误差比对，产生精度鉴定结果；
相对第一种方法，第二种精度鉴定方法由于未使用光电设备测量误差补偿与处理环节，因而精度鉴定更加客观。但现实中很难随时找到相应高精度的目标，因而对光电设备的精度鉴定尤其是在野外作业中精度鉴定，多采用恒星测量比对的方法进行。但由于恒星理论上是无穷远目标，其运动本质上是地球自转造成的，因而其规律性强，恒星间张角相对精度较高。一般而言通过拍星对光电设备进行精度鉴定时，其精度一方面反映了设备精度(尤其是光电设备轴系的精度)，但更重要的是反映了光电设备测量精度的稳定性——并不能完全反应光电设备系统的测量精度。结合光电设备测量目标的特点、外场使用的特点以及光电设备精度鉴定的特点，外场精度鉴定时高精度目标应当具有如下的特征：
1)目标为有限距离目标，且精度远高于光电设备的精度；
2)目标为运动的目标，且能够覆盖整个测量区域；
3)能够像恒星一样，具有合作目标特性，即能够在特定的时间和使用条件下被探测到；
4)能够与光电设备通信，并进行自主处理，不过多依赖外部条件。
针对以上特点，则GNSS系统的卫星成为最合适的精度鉴定目标。GNSS系统作为定位系统，由于得到定期维护，因而其自身精度相对较高。GNSS系统包括北斗、GPS、Glonass、Galileo等，当前在轨的卫星数量超过百颗。以北斗为例，按照其轨道特点可以分为GEO，IGSO和MEO三种卫星。其事后精密星历精度可达厘米级，考虑到地面的距离，则北斗卫星精密星历在极坐标系下的误差远小于0.01″。但GNSS系统事后精密星历发布要晚数天，且需要通过网络到其运行维护网站下载，对于光电设备尤其是在野外作业的光电设备应用来说相对较为不便，而且在无目标数据情况下目标捕获也较为困难。因而为提高精度鉴定的自主性，选择卫星接收机使用广播星历既可以解决目标捕获自主性的问题，也可以解决自主精度鉴定的问题。但广播星历精度相对较差，以北斗为例，其广播星历位置精度：MEO卫星在10m以内，其它卫星在30m以内。因而从极坐标角度位置上观测卫星，MEO卫星的理论误差＜0.096″(PV)，地球同步轨道卫星的误差＜0.17″(PV)。当前光电设备的最高精度在1″左右，因而采用广播星历的GNSS卫星目标完全可以作为精度鉴定的目标。而其它星座的卫星精度也基本相当。同时由于技术的进步，当前多频多模GNSS卫星接收机较为普遍，因而可以较为容易实现对天域内多颗卫星广播星历的接收和解析。
发明内容
为实现光电设备精度鉴定的目的，本发明提出一种光电设备自主精度鉴定的系统和方法。该方法利用GNSS系统卫星广播星历或者精密星历产生的目标位置数据，作为测量的理论位置数据，通过光电设备对GNSS系统卫星目标进行航迹测量，产生目标的测量数据，最后将两组数据进行比对实现精度鉴定的目的。
本发明采用的技术方案为：一种光电设备自主精度鉴定的方法，实现步骤如下：
步骤(1)、该精度鉴定系统主要由GNSS卫星接收机，时统，数据处理器和附属通信系统组成；
步骤(2)、数据处理器能够依据GNSS卫星接收机接收到的卫星的广播星历数据，并结合光电设备的位置，以及时统输出的时间信息计算卫星在地平坐极标系下的A,E和R数据，自主引导光电设备对目标进行捕获，同时记录目标在所在时间的A，E和R数据以及当前接收机能够接收到的所有卫星的广播星历；
步骤(3)、光电设备捕获目标后，光电设备可不依赖卫星的外引导数据进行独立跟踪和数据记录，并依据光电设备数据处理的流程，实现对目标位置的测量；
步骤(4)、以时间为索引，比对卫星广播星历产生的理论位置和测量位置，以均方差作为光电设备的鉴定精度，在不强调自主性的前提下，可以采用精密星历的数据和测量数据进行精度鉴定；
步骤(5)、在步骤(2)产生卫星位置时，可以选择一颗卫星的轨迹作为精度鉴定的数据，也可以像拍星一样选择选择覆盖全天域的多颗卫星进行精度鉴定；在不强调自主性的前提下，也可以采用精密星历数据进行比对，产生鉴定精度。
一种光电设备自主精度鉴定的系统，用于实现上述光电设备自主精度鉴定方法，该系统的主要由以下四个部分组成：GNSS卫星接收机，时统，数据处理器和附属通信系统，其中GNSS卫星接收机主要负责接收GNSS卫星的广播星历，时统提供精确的时间信息；数据处理器提供对广播星历数据的转换以及对转换数据进行保存，附属通信系统主要负责采集系统数据，并发送处理数据到光电设备。
该系统具有卫星捕获功能：数据处理器能够依据操作手的选择，依据当前的时间和光电设备的站址，将相应卫星的广播星历转换为光电设备地平坐标系下的极坐标位置，用于光电设备对目标的捕获。
该系统具有数据记录功能：能够记录需要捕获目标的地平系极坐标位置数据，同时记录广播星历的参数数据，以便光电设备完成目标测量后实现数据比对。
本发明与现有技术相比的特点在于：
1)自主性强：本套精度鉴定系统，进行精度鉴定时不依赖外部工作条件，可以独立完成精度鉴定；
2)可操作性强：GNSS卫星和恒星一样，每天都在天空中运动，规律性强，但恒星为无穷远目标，而GNSS卫星则为有限距离目标；
3)成本低：与其它高精度有限距离目标相比，本系统每次进行精度鉴定时其成本十分低廉仅为系统成本和运行维护成本；
4)功能优秀：当测量过程不考虑标定因素时，可以像拍星一样鉴定设备的稳定性；也可以鉴定测量全过程的绝对精度。
附图说明
图1为自主精度鉴定系统组成示意图，其中，1为光电设备，2为数据处理器，3为时统，4为GNSS接收机；
图2为精度鉴定方法流程图；
图3为2018年5月19日22：30GNSS卫星分布图；
图4为图3北斗16理论引导航迹图；
图5为精度鉴定方位误差和俯仰误差。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种光电设备自主精度鉴定的系统，该系统的主要由以下四个部分组成：GNSS卫星接收机，时统，数据处理器和附属通信系统，其中GNSS卫星接收机主要负责接收GNSS卫星的广播星历，时统提供精确的时间信息；数据处理器提供对广播星历数据的转换以及对转换数据进行保存，附属通信系统主要负责采集系统数据，并发送处理数据到光电设备。
该系统具有卫星捕获功能：数据处理器能够依据操作手的选择，依据当前的时间和光电设备的站址，将相应卫星的广播星历转换为光电设备地平坐标系下的极坐标位置，用于光电设备对目标的捕获。
该系统具有数据记录功能：能够记录需要捕获目标的地平系极坐标位置数据，同时记录广播星历的参数数据，以便光电设备完成目标测量后实现数据比对。
目标特性明显：GNSS系统卫星覆盖全天域，地球上任何位置都存在观测到目标的可能性。在特定条件下，光电设备可以完成对目标的观测。由于目标为有限距离目标，其方位速度和俯仰速度(尤其MEO目标)，不能被忽略。
ΔAm＝Am-At (1)
ΔEm＝Em-Et (2)
其中，[At，Et]为GNSS卫星在光电设备的地平坐标系下的理论位置,[Am，Em]为GNSS卫星在光电设备的地平坐标系下的测量位置，[ΔAm，ΔEm]为光电设备观测目标的残差。通过一条航迹产生的观测目标残差序列，或者根据全天域观测卫星产生的观测目标残差序列，求均方差，即为光电设备的精度。
如图2所示，在粗线方框内的处理流程为自主模式下精度鉴定的流程，和虚线方框内的非自主模式下的精度鉴定流程相比，自主模式下光电设备更容易捕获目标，同时精度鉴定过程更灵活——可以选择较多位置的目标进行精度鉴定。如图3所示，GNSS卫星覆盖全天域，满足精度鉴定的需求。当在地平坐标系内观测目标时，如图4所示，在观测能力允许的条件下，可以对GNSS卫星目标进行较长时间的观测，为精度鉴定提供较为有利的条件。如图5所示，通过比对得到精度鉴定的结果。
Claims (4)
1.一种光电设备自主精度鉴定的方法，其特征在于，实现步骤如下：
步骤(1)、该精度鉴定系统主要由GNSS卫星接收机，时统，数据处理器和附属通信系统组成；
步骤(2)、数据处理器能够依据GNSS卫星接收机接收到的卫星的广播星历数据，并结合光电设备的位置，以及时统输出的时间信息计算卫星在地平坐极标系下的A,E和R数据，自主引导光电设备对目标进行捕获，同时记录目标在所在时间的A，E和R数据以及当前接收机能够接收到的所有卫星的广播星历；
步骤(3)、光电设备捕获目标后，光电设备可不依赖卫星的外引导数据进行独立跟踪和数据记录，并依据光电设备数据处理的流程，实现对目标位置的测量；
步骤(4)、以时间为索引，比对卫星广播星历产生的理论位置和测量位置，以均方差作为光电设备的鉴定精度，在不强调自主性的前提下，可以采用精密星历的数据和测量数据进行精度鉴定；
步骤(5)、在步骤(2)产生卫星位置时，可以选择一颗卫星的轨迹作为精度鉴定的数据，也可以像拍星一样选择覆盖全天域的多颗卫星进行精度鉴定；在不强调自主性的前提下，也可以采用精密星历数据进行比对，产生鉴定精度。
2.一种光电设备自主精度鉴定的系统，用于实现上述权利要求1所述的光电设备自主精度鉴定的方法，其特征在于：该系统主要由以下四个部分组成：GNSS卫星接收机，时统，数据处理器和附属通信系统，其中GNSS卫星接收机主要负责接收GNSS卫星的广播星历，时统提供精确的时间信息；数据处理器提供对广播星历数据的转换以及对转换数据进行保存，附属通信系统主要负责采集系统数据，并发送处理数据到光电设备。
3.根据权利要求2所述的一种光电设备自主精度鉴定的系统，其特征在于：该系统具有卫星捕获功能：数据处理器能够依据操作手的选择，依据当前的时间和光电设备的站址，将相应卫星的广播星历转换为光电设备地平坐标系下的极坐标位置，用于光电设备对目标的捕获。
4.根据权利要求2所述的一种光电设备自主精度鉴定的系统，其特征在于：该系统具有数据记录功能：能够记录需要捕获目标的地平系极坐标位置数据，同时记录广播星历的参数数据，以便光电设备完成目标测量后实现数据比对。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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