光電跟蹤測量原理

第1章 緒論

1.1 光電跟蹤測量的地位和作用

1.2 光電跟蹤測量系統(tǒng)的組成

1.3 光電經(jīng)緯儀與光電跟蹤測量設備

1.4 國內(nèi)外發(fā)展狀況

本章小結

思考題

第2章 軸角測量

2.1 概述

2.1.1 軸角測量系統(tǒng)在光測儀器中的作用和地位

2.1.2 經(jīng)緯儀測角

2.1.3 數(shù)字測角

2.1.4 數(shù)字顯示系統(tǒng)

2.1.5 軸角編碼器的分類及特點

2.1.6 角度的度量

2.2 絕對式光電軸角編碼器

2.2.1 光學碼盤

2.2.2 碼盤參數(shù)

2.2.3 組成及主要性能指標

2.3 增量式光電軸角編碼器

2.3.1 光柵與莫爾條紋

2.3.2 光柵盤與指示光柵

2.3.3 光柵盤參數(shù)

2.3.4 組威

2.4 其他類型的軸角編碼器

2.4.1 電刷式軸角編碼器

2.4.2 電容傳感器軸角編碼器

2.4.3 旋轉變壓器軸角編碼器

本章小結

思考題

第3章 跟蹤系統(tǒng)

3.1 概述

3.1.1 自動控制系統(tǒng)

3.1.2 跟蹤系統(tǒng)

3.1.3 光電跟蹤系統(tǒng)

3.1.4 系統(tǒng)主要性能指標

3.2 跟蹤系統(tǒng)中的電動機

3.2.1 直流電動機

3.2.2 直流伺服電動機

3.2.3 直流力矩電動機

3.2.4 無刷直流電動機

3.2.5 直流測速發(fā)電機

3.2.6 交流測速發(fā)電機

3.2.7 交流伺服電動機

3.2.8 步進電動機

3.3 調(diào)速系統(tǒng)

3.3.1 調(diào)速的含義和調(diào)速指標

3.3.2 脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)速方式

3.3.3 脈沖寬度調(diào)制器電路

3.3.4 典型調(diào)速系統(tǒng)

3.4 引導跟蹤系統(tǒng)

3.4.1 地位和任務

3.4.2 系統(tǒng)的構成和工作

3.4.3 控制部分

3.5 半自動跟蹤控制系統(tǒng)

3.5.1 半自動跟蹤控制系統(tǒng)簡介

3.5.2 兩類操縱器跟蹤性能對比

3.5.3 系統(tǒng)性能分析

3.6 自動跟蹤系統(tǒng)

3.6.1 紅外自動跟蹤控制系統(tǒng)

3.6.2 激光自動跟蹤控制系統(tǒng)

3.6.3 電視自動跟蹤控制系統(tǒng)

3.7 數(shù)字跟蹤系統(tǒng)

3.7.1 數(shù)字調(diào)速回路

3.7.2 數(shù)字測速

3.7.3 數(shù)字控制系統(tǒng)的新問題

3.7.4 典型數(shù)字調(diào)速回路

3.7.5 數(shù)字控制系統(tǒng)中的具體問題

3.8 復合控制

3.9 提高跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度的一些途徑

本章小結

思考題

第4章 電視跟蹤測量技術

4.1 概述

4.2 電視脫靶量測量的幾個基本問題

4.2.1 電視脫靶量測量系統(tǒng)的基本組成

4.2.2 圖像

4.2.3 幾何成像

4.2.4 圖像的分解

4.3 閉路電視基本原理

4.3.1 閉路電視的組成及工作原理

4.3.2 電視攝像機的組成與工作原理

4.3.3 電視攝像機的種類與特性

4.3.4 電視掃描原理

4.4 電視脫靶量測量原理

4.4.1 電視攝像管脫靶量測量原理

4.4.2 CCD攝像機脫靶量測量原理

4.5 電視自動跟蹤原理

4.5.1 基本原理

4.5.2 某電視跟蹤系統(tǒng)分析

4.6 主要技術指標與檢測

4.6.1 電視視場與檢測

4.6.2 電視探測距離與分辨力關系

4.6.3 脫靶量測量精度

4.7 電視測量技術的發(fā)展方向

本章小結

思考題

第5章 紅外跟蹤測量技術

5.1 紅外自動跟蹤控制原理

5.2 紅外探測器

5.3 紅外成像

5.4 紅外成像脫靶量測量

5.4.1 紅外成像跟蹤基本知識

5.4.2 形心跟蹤

5.4.3 相關跟蹤

5.4.4 平均絕對差分算法

5.4.5 序列相似性檢測算法

5.4.6 目標圖像邊緣檢測

5.4.7 目標圖像識別

5.4.8 目標圖像捕獲

5.4.9 圖像跟蹤器

5.5 非成像式脫靶量測量原理

5.5.1 非成像式脫靶量測量系統(tǒng)組成

5.5.2 調(diào)制盤式跟蹤器

5.5.3 非調(diào)制盤式跟蹤器

5.5.4 非調(diào)制盤型紅外脫靶量測量系統(tǒng)簡介

5.6 紅外測量系統(tǒng)主要技術指標

……

第6章 激光跟蹤測量技術

第7章 典型光電跟蹤測量系統(tǒng)

參考文獻

…… 2100433B

《光電跟蹤測量原理》本書共分7章，內(nèi)容包括光電跟蹤測量的概述、軸角測量、跟蹤系統(tǒng)、電視跟蹤測量技術、紅外跟蹤測量、激光跟蹤測量技術、激光跟蹤測量技術、典型光電跟蹤測量系統(tǒng)?！豆怆姼櫆y量原 理》可作為光電工程、控制與測試專業(yè)的本科生教材，也可供相關專業(yè)師生和從事跟蹤測量專業(yè)的科技人員參考。

激光跟蹤測量系統(tǒng)( Laser Tracker System )是由單臺激光跟蹤儀構成的球坐標系瀕量系統(tǒng)，是一種大范圍、大尺寸設備的、實時動態(tài)跟蹤的高精度新型測量儀器。它集成了激光干涉測距、光電探測術、精密機械、計算機和現(xiàn)代控制技術以及數(shù)值計算理論等，能對空間運動目標跟蹤并實時測量目標的三維坐標。激光跟蹤儀是一種精密的三維坐標測量儀器，它具有精度高、速度快、便于移動等優(yōu)點。

激光跟蹤儀的結構設計、測距和跟蹤方式與全站儀不同，測程僅到35m,重達30 多公斤，只適合作室內(nèi)工業(yè)測量。激光跟蹤測量系統(tǒng)在大型工件測量、定位、校準、安裝及在線加工等方面，都是最有效、性價比最高的測量設備。

激光跟蹤儀測量系統(tǒng)的軟件有數(shù)據(jù)管理/處理模塊及控制/測量模塊，商業(yè)化軟件有Leica 公司的Axyz CDM/LTM。控制/測量模塊可作靜態(tài)的單點平均測量、球面擬合測量，還可對動態(tài)目標進行連續(xù)跟蹤測量，進行連續(xù)采樣、格網(wǎng)采樣和表面測量等，還具有搬站功能。 2100433B

跟蹤誤差視頻跟蹤器誤差

視頻跟蹤器誤差是純粹的圖像處理自身的誤差，是以判斷圖像像元的最小分辨率來定義的。通常跟蹤器的誤差不大于l/2像素。根據(jù)光電系統(tǒng)所采用的紅外熱像儀或電視攝像機的視場，可以很方便地估算出對應不同視場時像元數(shù)的尺寸大小。

跟蹤誤差視頻跟蹤器噪聲

視頻跟蹤器的噪聲是信號處理電路造成的，正常情況下，跟蹤器噪聲不大于一個像素。同理，可根據(jù)光電系統(tǒng)所采用的光電傳感器視場計算出對應不同視場時像元數(shù)的尺寸大小，從而得到視頻跟蹤器噪聲造成的跟蹤誤差。

跟蹤誤差通信延遲

取差器對目標的跟蹤算法以及將誤差以一定的時間報告給CPU，這種時間延遲將影響跟蹤精度。報告延遲通常小于一幀，即20 ms。

跟蹤誤差穩(wěn)定誤差

造成瞄準線穩(wěn)定誤差的主要因素如前所述。跟蹤誤差是和瞄準線穩(wěn)定誤差密切相關的，瞄準線的晃動直接導致跟蹤誤差的形成。

跟蹤誤差跟蹤控制回路誤差

跟蹤控制回路是由視頻取差器，通過對目標瞄準點與瞄準線之間取差作為指令輸入，經(jīng)由跟蹤控制器、濾波器、放大器、驅動器、電動機等去驅動萬向架和光電傳感器跟蹤目標。并通過光電傳感器瞄準線的位置構成閉環(huán)回路。該回路伺服性能的好壞，即穩(wěn)態(tài)誤差的大小和系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)等，均和跟蹤誤差密切相關。

光學跟蹤測量系統(tǒng)是武器靶場試驗和航天發(fā)射中使用的一種跟蹤測量系統(tǒng)。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(tài)、運動中發(fā)生的 事件，以及目標的紅外輻射和視覺（可見光）特征。光學跟蹤測量設備通常由攝影機、跟蹤或監(jiān)視設備和數(shù)據(jù)處 理設備組成。多臺設備通過適當組合，構成光學跟蹤測量系統(tǒng)。光學跟蹤測量系統(tǒng)主要分為三類。

光學跟蹤彈道測量設備

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(shù)據(jù)，是對航天器、武器系統(tǒng)進行鑒定的改進設計，以及編制武器射表的重要依據(jù)，所用設備主要有電影經(jīng)緯儀、彈照相機和固定攝影機。

光學跟蹤姿態(tài)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(tài)和事件數(shù)據(jù)，如目標的滾動，俯仰和偏航， 以及發(fā)射時間、遭遇時間和脫靶量。

光學跟蹤目標特征測量設備

用于對目標紅外信號特征和可見光信號特征進行測 量。60年代以來激光、紅外、電視等光電新技術和電子計算機的發(fā)展，為靶場跟蹤測量提供了新手段，出現(xiàn)激光 雷達、電視跟蹤測量設備和激光-電影經(jīng)緯儀復合設備等新一代光學跟蹤測量設備。這些設備保持了傳統(tǒng)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(yōu)點，克服了傳統(tǒng)光測設備需多臺同時工作、數(shù)據(jù) 處理周期長的缺點，實現(xiàn)了單站實時測量。例如激光雷達根據(jù)激光束的方位角、俯仰角和激光測距，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(tǒng)利用目標 與背景或周圍物體的比較跟蹤數(shù)據(jù)。光學跟蹤測量系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是進一步提高激光雷達的作用距離，應用圖 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(tǒng) 自動化程度，更好發(fā)揮系統(tǒng)的綜合效能。