1 北京控制工程研究所，北京0090
2 空间光电测量与感知实验室，北京100190
为减小杂光影响，全天时星光定向仪一般采用小视场，同一时刻只能观测一颗恒星无法输出姿态信息。本文提出一种基于单星测量的星光惯性组合导航系统，首先根据惯导输出的姿态和位置信息，控制转台和星光定向仪摆镜保证星光定向仪对目标导航星的观测，之后根据惯导的误差模型建立系统状态方程，根据星光定向仪测量的导航星方向矢量建立测量方程，利用卡尔曼滤波算法修正惯导输出的姿态位置信息。该方法引入星光定向仪与惯导安装误差作为系统状态量，在修正导航信息的同时对星光定向仪与惯导之间的安装误差进行估计，因此无需在实验室进行标定。通过仿真分析了不同安装姿态误差及不同惯导和星光定向仪误差对组合导航系统导航精度的影响。结果显示采用该方法导航1 h，位置精度优于90 m，姿态精度优于8″，相比利用实验室标定的安装姿态进行导航，该方法的精度更高。最后进行了静态导航实验，结果显示组合导航的位置误差为102.90 m，相比直接采用实验室标定的安装姿态进行解算结果提高近45.39%，验证了该算法的有效性。
星光惯性组合导航 安装误差估计 误差分析 卡尔曼滤波 starlight-inertial integrated navigation installation attitude error error analysis Kalman filtering
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
2 北京控制工程研究所，北京 100190
针对目前对地目标定位算法在大倾角远距离航空成像应用时定位误差较大的问题，提出了一种修正系统误差定位方法。对大倾角远距离航空成像系统的系统误差进行分析与建模，给出了包含系统误差修正模型的对地目标定位算法，并针对残余误差的获取问题，进一步提出了一种依据地面控制点估计残留误差参数的方法。仿真结果表明，依据地面控制点估计残留误差参数，可将残留误 差降为1/10。飞行试验数据验证，在进行大倾角远距离航空成像目标定位时，通过修正系统误差可将定位误差平均值从401 m缩小到97 m。修正系统误差定位方法可以有效提高在大倾角远距离航空 成像应用时对地目标定位的准确度。
航空相机 目标定位 误差修正 定位误差 aerial camera geo-location error correction geo-location error
1 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
受激光测距机作用距离和脉冲频率等的限制,主动测距方法无法在高空斜视远距离大区域成像模式中得以应用。针对该问题,提出了一种对同一目标区域进行多次立体成像测量的定位算法。利用机载定位系统测出平台位置、姿态信息,以及相机框架轴角信息,建立目标区域地理坐标与图像像素点间的映射关系,利用地球椭球模型求解目标初始地理信息,应用卡尔曼滤波器对数据进行自回归预测,采用蒙特卡罗法仿真分析误差对定位精度的影响。结果表明,立体成像40次后目标的定位精度优于20 m,立体成像180次后目标的定位精度优于10 m。采用飞行实验数据验证了该目标定位算法的有效性,在飞行高度为9800 m、倾斜角为78°时,立体成像40次后目标的定位精度优于35 m,可满足工程应用需求。
测量 机载光电相机 目标定位 立体成像 卡尔曼滤波 光学学报
2019, 39(11): 1112003
1 浙江传媒学院电子信息学院, 浙江 杭州 310018
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为提高小型机载光电平台的目标定位精度,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的目标定位算法。根据机载光电平台锁定跟踪目标的特性,对同一目标进行多次测量。依据组合导航系统测量的载机位置、姿态信息及位置编码器测量的框架角位置信息,结合地球椭球模型确定目标的视轴指向。建立状态方程和测量方程,利用扩展卡尔曼滤波对目标的地理位置进行估计。采用蒙特卡罗法分析了测量误差对目标定位精度的影响,仿真结果显示:所提算法的精度较高,稳健性较高。采用飞行试验验证了该算法的有效性,当飞行高度为4300 m时,目标定位精度优于15 m。与基于地球椭球模型的算法相比,所提算法的目标定位精度明显提高。
遥感 目标定位 扩展卡尔曼滤波 机载光电平台 误差分析 飞行试验
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题, 设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性, 对同一目标多次测量, 采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性, 利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响, 目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响, 结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性, 在飞行高度8 000 m时, 目标定位精度优于8 m。相比于传统定位算法, 该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署, 可操作性强, 具有较大的应用价值。
机载光电成像系统 激光测距 目标定位 扩展卡尔曼滤波 误差分析 airborne electro-optical imaging system laser range finder target geo-location extended Kalman filter error analysis
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对传统图像配准技术难以对海洋、沙漠、草原等特征不明显区域航空遥感图像进行配准的问题,提出了一种基于地理位置信息的航空遥感图像配准算法。依据载机定位定向系统测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中位置编码器测量的框架角位置信息,利用齐次坐标变换的方法求解配准点在大地坐标系下的投影。利用世界大地坐标系-84坐标系定义的地球椭球模型确定匹配点的经纬度信息,将相同地理位置信息的配准点进行配准。采用蒙特卡罗法仿真分析了载机姿态位置信息及框架角位置信息对配准精度及定位精度的影响。采用实际的航空遥感图像进行实验,结果表明,在载机飞行高度低于2000 m,拍摄倾斜角小于18°时,配准精度可优于3 m,遥感图像中的海上控制点的定位精度优于35 m。
遥感 图像配准 地理位置信息 误差分析 目标地理定位
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对大角度倾斜成像航空相机拍摄距离远, 激光测距设备作用距离有限的问题, 提出了一种不依赖距离测量设备的直接对地目标定位算法。依据载机POS测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中位置编码器测量的框架角位置信息, 利用齐次坐标变换的方法求解目标在大地坐标系下的指向, 再利用地球椭球模型和数字高程模型确定目标点的经纬度信息。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置姿态测量误差及相机框架角位置误差对视轴指向精度的影响, 相比于仅采用地球椭球模型的目标定位算法, 该算法有效降低了地形起伏对目标定位影响, 在目标区域地形起伏标准差大于10 m时, 大角度倾斜成像的定位精度明显提高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性, 在飞行高度18 000 m拍摄框架横滚角小于63°时, 目标定位圆概率误差小于70 m, 可满足工程实际需要。
航空相机 目标定位 其次坐标变换 数字高程模型 误差分析 aerial camera geo-location homogeneous coordinate transformation digital elevation model error analysis
1 苏州科技学院数理学院，江苏 苏州 215009
2 苏州亿帝电子科技有限公司，江苏 苏州 215009
设计了一种半导体激光器模组以满足实际应用的需要。在半导体激光器模组设计中，激光 器选择、光学系统设计、激光器电路设计与“邦定”技术是模组设计的关键部分。论述了半导体激光器原理， 介绍了半导体激光器模组光学系统与电路设计，阐述了模组设计中“邦定”技术的工艺流程与关键技术。模组 中半导体激光器的波长为635nm，驱动电源在3V 5V之间，激光功率在2mW左右，光学系统由一个双胶合 透镜和一个正透镜组合而成，设计研制的半导体激光器模组满足设计要求。
半导体激光器 光学设计 驱动电路 邦定 semiconductor laser optical design driving circuit bonding
