光學跟蹤

簡介

光學跟蹤是利用光學測量和成象原理，測量、記錄目標的運動軌跡、姿態、運動中發生的事件，以及目標的紅外輻射和視覺（可見光）特徵。

光學跟蹤測量設備通常由攝影機、跟蹤或監視設備和數據處理設備組成。多台設備通過適當組合，構成光學跟蹤測量系統。

原理

在笛卡兒直角坐標系中，運動目標的瞬時質心位置可用3個線量(X、Y、Z)來確定，連續取得3個線量就可以求出它的運行軌道。光學跟蹤通常用交會測量法和綜合定向測距法測量。

交會測量法

光學跟蹤系統在靶場測量中採用前方交會測量法。在一條精密測量基線的兩端各布置一個光學測量站，同時測量飛行器的方位角α和俯仰角γ，得到兩條方向線，再根據已知兩測量站間的距離L，即可由球面三角函式關係求出飛行器質心位置的坐標。電影經緯儀和彈道照相機就是用這種方法進行測量的。

綜合定向測量法

加裝雷射測距器的電影經緯儀和雷射雷達使用這種測量方法。為了提高可靠性和測量參數的精確度，往往採用多站測量。

光學跟蹤測量系統

光學跟蹤測量系統是武器靶場試驗和航天發射中使用的一種跟蹤測量系統。它利用光學測量和成象原理，測量、記錄目標的運動軌跡、姿態、運動中發生的事件，以及目標的紅外輻射和視覺（可見光）特徵。光學跟蹤測量設備通常由攝影機、跟蹤或監視設備和數據處理設備組成。多台設備通過適當組合，構成光學跟蹤測量系統。光學跟蹤測量系統主要分為三類。

彈道測量設備

用來獲取被測目標在空間隨時間變化的位置、速度和加速度等數據，是對太空飛行器、武器系統進行鑑定的改進設計，以及編制武器射表的重要依據，所用設備主要有電影經緯儀、彈照相機和固定攝影機。

姿態和事件測量設備

主要有跟蹤望遠鏡和高速攝影機，用來獲取目標的飛行姿態和事件數據，如目標的滾動，俯仰和偏航，以及發射時間、遭遇時間和脫靶量。

目標特徵測量設備

用於對目標紅外信號特徵和可見光信號特徵進行測量。60年代以來雷射、紅外、電視等光電新技術和電子計算機的發展，為靶場跟蹤測量提供了新手段，出現雷射雷達、電視跟蹤測量設備和雷射-電影經緯儀複合設備等新一代光學跟蹤測量設備。這些設備保持了傳統光學跟蹤測量設備測量精度高、目標影象直觀和設備機動性好等優點，克服了傳統光測設備需多台同時工作、數據處理周期長的缺點，實現了單站實時測量。例如雷射雷達根據雷射束的方位角、俯仰角和雷射測距，可確定目標的空間位置，由距離隨時間變化求得速度，由速度變化求得加速度，測量精度高。電視自動跟蹤系統利用目標與背景或周圍物體的比較跟蹤數據。光學跟蹤測量系統的發展趨勢是進一步提高雷射雷達的作用距離，套用圖象識別和處理技術提高光學跟蹤測量設備的捕獲跟蹤能力、測量精度，利用計算機技術提高光學跟蹤測量系統自動化程度，更好發揮系統的綜合效能。

工作過程

在光學跟蹤測量中須由多種設備組成一個完整的跟蹤測量系統。例如，由幾台電影經緯儀組成的光學測量系統，不僅各台電影經緯儀之間要有密切的配合，還要與引導設備、時間統一設備、數據傳輸設備、計算中心和通信指揮設備連線並協同工作。在試驗時，由引導設備把目標引入電影經緯儀視場，電影經緯儀自動或人工驅動伺服系統跟蹤目標。在跟蹤過程中，時間統一設備控制各站對目標進行同步攝影，攝影頻率一般為10～40幀/秒,每張照片都記錄目標的方位角、俯仰角和目標形象，經事後判讀和修正處理即可求出目標的彈道參數。在跟蹤拍照的同時，電影經緯儀輸出實測參數至計算中心，用於安全控制顯示和引導其他測量設備。