視頻信號注入式光電經(jīng)緯儀跟蹤性能評估方法

　　摘 要：針對目前光電經(jīng)緯儀目標(biāo)跟蹤性能評價(jià)方法的局限性，基于傳統(tǒng)光信號注入式測試方法的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的視頻信號注入式測試方法。首先，根據(jù)目標(biāo)在測試過程中的規(guī)劃運(yùn)動軌跡，計(jì)算目標(biāo)與經(jīng)緯儀光軸之間的空間映射關(guān)系，生成相應(yīng)的目標(biāo)圖像和場景圖像，并由目標(biāo)模擬器投射到光電經(jīng)緯儀，從而建立目標(biāo)和場景圖像數(shù)據(jù)庫;其次，根據(jù)每次測量時刻目標(biāo)空間位置和目標(biāo)與經(jīng)緯儀光軸之間空間映射關(guān)系，調(diào)用圖像數(shù)據(jù)庫中目標(biāo)圖像和場景圖像，并根據(jù)目標(biāo)的相對運(yùn)動速度對目標(biāo)圖像進(jìn)行模糊處理，再與場景圖像融合注入到經(jīng)緯儀的視頻處理器中，實(shí)現(xiàn)經(jīng)緯儀在無延遲信號注入條件下的跟蹤性能測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的視頻信號注入式測試方法能夠達(dá)到外場評估的測量精度，不僅充分利用了傳統(tǒng)光信號注入式測試方法的優(yōu)點(diǎn)，還有效解決了目標(biāo)模擬器投射延遲和需隨動于經(jīng)緯儀的難題，為光電經(jīng)緯儀的跟蹤性能評價(jià)提供一種新的有效解決途徑。

　　關(guān)鍵詞：光電經(jīng)緯儀;跟蹤性能;評估方法;視頻信號;注入式

　　胡林亭; 李佩軍; 李大偉; 祝民鵬 光子學(xué)報(bào) 2021-12-21

　　0 引言

　　大口徑跟蹤式光電經(jīng)緯儀由于能夠同時記錄被測目標(biāo)圖像、方位角以及俯仰角，廣泛應(yīng)用于靶場飛行目標(biāo)軌跡參數(shù)測量和目標(biāo)姿態(tài)參數(shù)實(shí)況記錄，為武器性能的鑒定、事故分析等提供有效依據(jù)[1-2]。隨著靶場光學(xué)測量技術(shù)的快速發(fā)展，對光電經(jīng)緯儀跟蹤性能的評價(jià)方法逐漸成為了研究熱點(diǎn)，目前常用的方法主要分為實(shí)驗(yàn)室評估和外場評估兩種。外場評估由于費(fèi)用高、跟蹤目標(biāo)種類較少、環(huán)境因素復(fù)雜且不受控制等原因，往往無法全面綜合考核目標(biāo)特性和環(huán)境特征對光電經(jīng)緯儀跟蹤性能的影響。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室評估包括光學(xué)動態(tài)靶標(biāo)法和等效正弦引導(dǎo)檢測法[1]，其中光學(xué)動態(tài)靶標(biāo)法僅能提供一個近似正弦的運(yùn)動目標(biāo)，無法準(zhǔn)確獲取光電經(jīng)緯儀跟蹤系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，因此只能用于理論分析，無法精確量化與修正跟蹤誤差;而等效正弦檢測法由于沒有相應(yīng)的光學(xué)目標(biāo)檢測儀器，主要依賴被檢設(shè)備的計(jì)算機(jī)來完成檢測任務(wù)。即兩種傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室評估方法皆不能有效模擬真實(shí)目標(biāo)的光學(xué)特性、運(yùn)動軌跡及場景特征，進(jìn)而無法客觀地評價(jià)光電經(jīng)緯儀的跟蹤性能[3-5]。近年來國內(nèi)外有很多學(xué)者提出了新的光電經(jīng)緯儀跟蹤性能評價(jià)方法，但這些方法在探測精度方面仍有待提高。例如，結(jié)合光學(xué)動態(tài)靶標(biāo)檢測法和等效正弦檢測法，形成了一種新的光電經(jīng)緯儀跟蹤性能評價(jià)策略[6]，但未對光學(xué)動態(tài)靶標(biāo)法中的目標(biāo)信號進(jìn)行誤差分析，仍未解決傳遞函數(shù)精度低的問題;通過將光學(xué)動態(tài)目標(biāo)靶標(biāo)視為有限項(xiàng)諧波加權(quán)和組成的諧波源，并將光電經(jīng)緯儀跟蹤目標(biāo)靶標(biāo)的過程等效為一個理想的穩(wěn)定線性時不變系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了等效正弦法對光電經(jīng)緯儀跟蹤性能的評價(jià)[7]，但實(shí)際跟蹤目標(biāo)靶標(biāo)的過程并不是一個理想的線性時不變系統(tǒng)，因而等效過程會引入一定誤差;光信號注入式測試方法[8]由于能夠模擬多種不同目標(biāo)和環(huán)境，且具有高性價(jià)比，得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，但由于其中目標(biāo)模擬器的投射延遲和需要隨動于經(jīng)緯儀等問題，限制了該方法的高精度應(yīng)用。

　　針對目前光電經(jīng)緯儀跟蹤性能評價(jià)方法的不足，本文提出了一種視頻信號注入式測試方法，通過采用先拍攝圖像、后跟蹤測試的方式避免信號注入延遲，以解決傳統(tǒng)光信號注入式測試方法中目標(biāo)模擬器投射延遲引起的目標(biāo)軌跡擾動問題和目標(biāo)模擬器需要隨動于經(jīng)緯儀而帶來的大尺寸、高動態(tài)性能要求問題。

　　1 視頻信號注入式測試原理 1.1 傳統(tǒng)光信號注入式測試原理及難點(diǎn)

　　光電經(jīng)緯儀目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)在目標(biāo)軌跡范圍內(nèi)等間隔的離散時間點(diǎn)上進(jìn)行目標(biāo)跟蹤測量，即根據(jù)每一次測量得到的跟蹤誤差，匹配跟蹤模型，并設(shè)置跟蹤系統(tǒng)的最佳轉(zhuǎn)動速度，之后在下一個離散時間點(diǎn)再次測量對目標(biāo)的跟蹤誤差，一直循環(huán)到停止目標(biāo)跟蹤[8-10]。傳統(tǒng)光信號注入式測試方法是在每次經(jīng)緯儀測量目標(biāo)時刻(拍攝目標(biāo)圖像時刻)，按照目標(biāo)在跟蹤視場中的位置，利用目標(biāo)模擬器將目標(biāo)和場景投射到經(jīng)緯儀的攝像系統(tǒng)，以模擬實(shí)際跟蹤運(yùn)動目標(biāo)時的景象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對光電經(jīng)緯儀的性能測試[11]。即對于經(jīng)緯儀某一測量時刻 t，由于已知目標(biāo) M 的大地坐標(biāo)(x(t)， y(t)，z(t))、經(jīng)緯儀光軸方位角 A(t)和俯仰角 E(t)，可利用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換公式[12]和經(jīng)緯儀跟蹤角誤差計(jì)算公式[13]求出注入目標(biāo)在攝像視場中的位置(x′(t)，y′(t)，z′(t))和目標(biāo)角脫靶量，進(jìn)而計(jì)算出 t 時刻所拍攝的目標(biāo)姿態(tài);并由 A(t)和 E(t)獲取測量時刻對應(yīng)場景，將目標(biāo)與對應(yīng)場景融合為一幀目標(biāo)場景圖，再利用目標(biāo)模擬器投射到經(jīng)緯儀攝像系統(tǒng)，進(jìn)而完成一幀圖像的注入[13-14]。圖 1 是一種典型光信號注入式測試系統(tǒng)工作原理示意圖。

　　光信號注入式測試方法能夠模擬多種不同目標(biāo)和不同環(huán)境參數(shù)，且費(fèi)用低，但為了使經(jīng)緯儀獲取的注入圖像與實(shí)際跟蹤運(yùn)動目標(biāo)的圖像一致，目標(biāo)模擬器投射過程往往要求目標(biāo)位置精度高，且投射速度快[9]。從圖 1 可以看出，光信號注入式測試方法中光電經(jīng)緯儀通過測量目標(biāo)模擬器所投射的圖像進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。然而目標(biāo)模擬器在投射圖像時都有一定的延遲，一般為幾十毫秒，需要跟蹤系統(tǒng)預(yù)測經(jīng)緯儀攝像時刻的跟蹤軸指向，使目標(biāo)模擬器提前投射目標(biāo)場景，進(jìn)而使投射和拍攝同步。目標(biāo)場景的注入?yún)⒄拯c(diǎn)是經(jīng)緯儀跟蹤軸，經(jīng)緯儀跟蹤軸指向的預(yù)測誤差會使投射目標(biāo)位置偏離理論軌跡，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)緯儀拍攝的目標(biāo)軌跡圍繞規(guī)劃的目標(biāo)軌跡做擾動，如圖 2 所示。而目標(biāo)軌跡的擾動直接影響經(jīng)緯儀的跟蹤性能，極限情況下甚至?xí)鸶櫹到y(tǒng)的發(fā)散，丟失目標(biāo)，進(jìn)而嚴(yán)重影響對經(jīng)緯儀跟蹤性能的檢測精度。因此目標(biāo)模擬器的投射延遲所引起的目標(biāo)軌跡偏離是光信號注入式測試方法的一個難點(diǎn)。

　　測試光電經(jīng)緯儀跟蹤性能的過程中，經(jīng)緯儀攝像系統(tǒng)采集目標(biāo)模擬器投射的圖像后，由經(jīng)緯儀視頻處理器計(jì)算目標(biāo)跟蹤誤差，并調(diào)整跟蹤軸的方位角和俯仰角，在下一個離散時間點(diǎn)對應(yīng)位置再次拍攝目標(biāo)模擬器投射的圖像。即經(jīng)緯儀跟蹤目標(biāo)的過程是動態(tài)過程，在整個跟蹤過程中目標(biāo)模擬器需要隨動于經(jīng)緯儀的攝像系統(tǒng)，進(jìn)而使目標(biāo)模擬器光軸與經(jīng)緯儀攝像系統(tǒng)光軸同軸[15-16]。這不僅導(dǎo)致整個測量系統(tǒng)體積非常龐大，而且由于光軸偏移誤差會引起目標(biāo)像坐標(biāo)的偏移，同樣也會造成目標(biāo)軌跡擾動現(xiàn)象。因此，構(gòu)建大尺寸、高動態(tài)調(diào)整的目標(biāo)模擬器是光信號注入式測試方法的另一難點(diǎn)。

　　1.2 改進(jìn)的視頻信號注入式測試原理及實(shí)施 1.2.1 基本思想

　　為了有效克服光信號注入式測試方法的兩大難點(diǎn)，本文提出了一種改進(jìn)的視頻信號注入式測試方法，消除光信號注入延遲問題的同時，避免目標(biāo)模擬器的高動態(tài)性能要求。圖 3 是某型經(jīng)緯儀跟蹤系統(tǒng)中 CCD 相機(jī)、圖像處理和伺服系統(tǒng)的工作時序圖，可以看出，CCD 相機(jī)的圖像拍攝和圖像獲取處理之間有規(guī)律時間間隔的固定時序。因此，只要在 CCD 相機(jī)的每一幀圖像曝光時間范圍內(nèi)能夠生成當(dāng)前幀對應(yīng)的模擬目標(biāo)場景圖像，就可消除光信號注入延遲。

　　由于 CCD 相機(jī)根據(jù)目標(biāo)場景的光強(qiáng)和對比度自動控制積分時間，不同幀圖像積分時間往往有所差異。同時，考慮到光電經(jīng)緯儀跟蹤誤差處理和跟蹤系統(tǒng)控制所需的時間，通常以拍攝一幀圖像的中間時間點(diǎn)作為拍攝目標(biāo)時刻，如圖 3 中第 N 幀拍攝時刻為 TN，在 TN時刻之前 20 ms 時間內(nèi)主要進(jìn)行跟蹤誤差計(jì)算、設(shè)置轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動跟蹤軸等，從 TN時刻到該幀圖像輸出為止的 20 ms 時間內(nèi)拍攝目標(biāo)。而傳統(tǒng)光信號注入式測試方法中幾十毫秒的目標(biāo)模擬器投射延遲導(dǎo)致曝光時間截止所拍攝的圖像并不是期望的當(dāng)前位置下的目標(biāo)圖像。因此，以 TN為第 N 幀圖像注入的時間基準(zhǔn)點(diǎn)，只要在 TN時刻之后 20 ms 時間內(nèi)完成第 N 幀目標(biāo)場景圖像的生成，以替代拍攝獲取第 N 幀圖像信息的過程，并輸出到經(jīng)緯儀的視頻處理器，理論上可以實(shí)現(xiàn)無延遲的信號注入，如圖 4 所示。圖 4 中圖像生成過程代替圖像拍攝過程，意味著圖像生成之前需儲備好在不同空間位置、不同視角下的目標(biāo)圖像以及場景圖像，才能夠根據(jù)目標(biāo)實(shí)際位置和光電經(jīng)緯儀跟蹤軸指向之間的空間映射關(guān)系，計(jì)算并生成經(jīng)緯儀本應(yīng)拍攝到的目標(biāo)場景圖像。而所儲備的目標(biāo)圖像和場景圖像需通過拍攝獲取，這就需要分離圖像拍攝過程和圖像處理過程。即利用經(jīng)緯儀的攝像系統(tǒng)先拍攝與跟蹤過程相匹配的所有目標(biāo)場景圖像存儲到數(shù)據(jù)庫中，再調(diào)用數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)生成經(jīng)緯儀跟蹤軸指向的目標(biāo)場景圖像，直接注入到經(jīng)緯儀的視頻處理器，進(jìn)而讓經(jīng)緯儀進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。這樣一來可以解決光信號注入式信號延遲難題，二來可以解決目標(biāo)模擬器需要隨動于經(jīng)緯儀的難題。

　　1.2.2 實(shí)施步驟

　　本文方法的實(shí)施主要分為建立數(shù)據(jù)庫和測試兩個步驟。

　　1)建立數(shù)據(jù)庫

　　根據(jù)光信號注入式測試方法的原理可知，整個測試過程可控，即經(jīng)緯儀攝像系統(tǒng)每次拍攝目標(biāo)的時刻 t 是確定量，而目標(biāo)在測試過程中按規(guī)劃的軌跡運(yùn)動，因此可計(jì)算出每個拍攝時刻 t 所對應(yīng)的目標(biāo)空間位置(x(t)，y(t)，z(t))和相應(yīng)場景圖像。而由于目標(biāo)的運(yùn)動以及經(jīng)緯儀的跟蹤誤差，不同時刻經(jīng)緯儀對目標(biāo)的視角不斷發(fā)生變化。為了提高目標(biāo)場景圖像生成效率，分別拍攝并建立場景圖像數(shù)據(jù)庫和目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)庫，然后在實(shí)施測試過程中根據(jù)每個拍攝時刻目標(biāo)位置和經(jīng)緯儀跟蹤軸指向，從兩個數(shù)據(jù)庫中分別提取相應(yīng)的目標(biāo)圖像和場景圖像，并將二者融合生成目標(biāo)場景圖像注入到經(jīng)緯儀的視頻處理器中。圖像數(shù)據(jù)庫建立過程為：

　?、?根據(jù)規(guī)劃的目標(biāo)運(yùn)動軌跡，計(jì)算生成經(jīng)緯儀每個拍攝時刻對應(yīng)的場景 K(t)，并用目標(biāo)模擬器投射出來，同時利用經(jīng)緯儀攝像系統(tǒng)拍攝并拼接成一個連續(xù)的場景圖像數(shù)據(jù);

　?、?根據(jù)規(guī)劃的目標(biāo)運(yùn)動軌跡，計(jì)算無跟蹤誤差條件下目標(biāo)空間位置和經(jīng)緯儀跟蹤軸之間空間映射關(guān)系，生成每個拍攝時刻無跟蹤誤差的目標(biāo)圖像 V(t)，并用目標(biāo)模擬器投射出來，同時利用經(jīng)緯儀攝像系統(tǒng)拍攝并拼接成一個連續(xù)的目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)。

　　圖像數(shù)據(jù)庫建立過程中，目標(biāo)模擬器的光軸與經(jīng)緯儀跟蹤系統(tǒng)光軸應(yīng)重合，但拍攝過程中經(jīng)緯儀無需轉(zhuǎn)動，目標(biāo)模擬器也無需隨動于經(jīng)緯儀。另外，由于測試過程中用無跟蹤誤差的目標(biāo)圖像代替有跟蹤誤差的目標(biāo)圖像，實(shí)際拍攝到的目標(biāo)在經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的像尺寸有所誤差，若 t 時刻經(jīng)緯儀跟蹤方位角誤差和俯仰角誤差分別為 A′(t)和 E′(t)，則相應(yīng)的目標(biāo)像尺寸相對誤差可表示為 {Δx′= 1- cos A′( t ) Δy′= 1- cos E′( t ) (1)若跟蹤視場為 1°、方位和俯仰最大跟蹤誤差為 10′、成像器件像元數(shù)為 1 280×2 024、目標(biāo)像元數(shù)為 100×100，則方位向和俯仰向目標(biāo)像元數(shù)的變化僅約為 10-3 ，因此可忽略。

　　2)測試

　　圖 5 是提出的視頻信號注入式測試過程工作原理示意圖。對比圖 5 與圖 1 可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)的視頻信號注入式測試方法與傳統(tǒng)光信號注入式測試方法的主要區(qū)別在于目標(biāo)場景圖像的獲取。改進(jìn)的視頻信號注入式測試方法中，斷開經(jīng)緯儀攝像系統(tǒng)與視頻處理器之間的連接線，并將經(jīng)緯儀的視頻處理器直接連接到測試系統(tǒng)?；趫D 4 所示的經(jīng)緯儀各模塊工作時序，對于每一幀目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)的生成，根據(jù)相應(yīng)時刻目標(biāo)空間位置以及目標(biāo)空間位置與經(jīng)緯儀跟蹤軸指向之間的映射關(guān)系，從圖像數(shù)據(jù)庫中調(diào)用相應(yīng)目標(biāo)圖像和場景圖像，若數(shù)據(jù)庫匯總沒有完全匹配的圖像，則利用相鄰網(wǎng)路控制點(diǎn)的圖像通過仿射變換等處理生成對應(yīng)視角下的圖像，并根據(jù)經(jīng)緯儀與目標(biāo)的相對速度對圖像進(jìn)行運(yùn)動模糊效應(yīng)處理后，將目標(biāo)圖像和場景圖像融合形成當(dāng)前時刻注入到經(jīng)緯儀圖像采集卡的目標(biāo)場景圖像。生成的每一幀目標(biāo)場景圖像作為視頻數(shù)據(jù)流中一幀數(shù)據(jù)，基于經(jīng)緯儀的幀同步信號注入到經(jīng)緯儀的視頻處理器。

　　2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

　　為了驗(yàn)證本文提出的視頻信號注入式測試方法的可行性和有效性，先后對某型經(jīng)緯儀進(jìn)行了外場性能評估和視頻信號注入式性能測試，并對比分析了兩種方法下的目標(biāo)跟蹤角誤差。

　　2.1 經(jīng)緯儀外場性能評估實(shí)驗(yàn)

　　針對某型經(jīng)緯儀搭建了外場實(shí)驗(yàn)平臺，通過人工引導(dǎo)、自動捕獲方式用經(jīng)緯儀對某飛行目標(biāo)進(jìn)行捕獲和跟蹤，進(jìn)而評價(jià)該經(jīng)緯儀的目標(biāo)跟蹤性能。為了驗(yàn)證本文方法的普適性，進(jìn)行了兩次目標(biāo)跟蹤，分別對應(yīng)目標(biāo)軌跡 1 和目標(biāo)軌跡 2，測試結(jié)果如圖 6 所示。圖 6 顯示了整個測試過程中經(jīng)緯儀光軸和目標(biāo)的方位角和俯仰角，其中 A1M(t)和 A2M(t)分別表示軌跡 1 和軌跡 2 中目標(biāo)相對經(jīng)緯儀零位狀態(tài)的方位角，A(1 t)和 A(2 t)分別表示軌跡 1 和軌跡 2 中經(jīng)緯儀光軸的方位角，E1M(t)和 E2M(t)分別表示軌跡 1 和軌跡 2 中目標(biāo)相對經(jīng)緯儀零位狀態(tài)的俯仰角，E(1 t)和 E(2 t)分別表示軌跡 1 和軌跡 2 中經(jīng)緯儀光軸的俯仰角?？梢钥闯觯瑢τ谀繕?biāo)軌跡 1 和 2，目標(biāo)與經(jīng)緯儀光軸的起始方位角均相差約 0.3°、起始俯仰角均相差約 0.4°，這主要來自于人工引導(dǎo)誤差，而之后經(jīng)緯儀的跟蹤角誤差迅速降低，從起始位置起大約 1 s 后便可跟蹤到目標(biāo)的方位角與俯仰角，方位角跟蹤誤差小于 0.05°、俯仰角跟蹤誤差小于 0.1°，且超過 1 s 后跟蹤角誤差越來越小，趨近于 0°，并一直保持較高的跟蹤精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)際外場實(shí)驗(yàn)中此型號光電經(jīng)緯儀跟蹤性能較好。

　　2.2 視頻信號注入式性能測試實(shí)驗(yàn)

　　進(jìn)行外場性能評估后，利用提出的視頻信號注入式測試方法對同一經(jīng)緯儀進(jìn)行了目標(biāo)跟蹤性能測試。首先，通過采用最小二乘法，對 2.1 節(jié)中經(jīng)緯儀實(shí)測目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，并將擬合結(jié)果作為目標(biāo)的理論軌跡;其次，提取經(jīng)緯儀在外場評估中每個拍攝時刻的目標(biāo)和場景圖像，并根據(jù)擬合的目標(biāo)理論軌跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆律渥兓?，作為視頻信號注入式測試中目標(biāo)軌跡相應(yīng)位置的拍攝圖像，進(jìn)而建立了目標(biāo)場景圖像數(shù)據(jù)庫;然后，通過控制延遲時間注入視頻信號，使經(jīng)緯儀進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。圖 7 是本文視頻信號注入式測試和 2.1 節(jié)外場評估的跟蹤角誤差對比，其中 error1 對應(yīng)目標(biāo)軌跡 1，error2 對應(yīng)目標(biāo)軌跡 2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法和外場評估的跟蹤誤差基本一致，其中起始捕獲誤差變化的原因是起始時刻目標(biāo)出現(xiàn)在經(jīng)緯儀視場的位置不同，即注入真實(shí)場景視頻后，經(jīng)緯儀仍然保持較高的跟蹤性能，本文提出的視頻信號測試方法可行，可以有效評估光電經(jīng)緯儀的跟蹤性能。

　　同時，測試了經(jīng)緯儀在兩組不同延遲下的目標(biāo)跟蹤性能?；?2.1 節(jié)中擬合得到的目標(biāo)理論軌跡數(shù)據(jù)，按照視頻信號注入測試原理，向經(jīng)緯儀視頻處理器中注入了延遲分別為 40 ms 和 80 ms 的視頻信號，以模擬傳統(tǒng)光信號注入式測試方法中信號的延遲注入，測試結(jié)果如圖 8 所示，其中，error1 對應(yīng)目標(biāo)軌跡 1，error2 對應(yīng)目標(biāo)軌跡 2。圖 8(a)顯示了經(jīng)緯儀的方位角跟蹤誤差，可以看出本文視頻信號注入式測試結(jié)果跟蹤角誤差收斂速度最快，且延遲時間越長，方位角跟蹤誤差收斂速度越慢，需要更長的時間來實(shí)現(xiàn)高精度跟蹤目標(biāo);圖 8(b)顯示了經(jīng)緯儀的俯仰向注入誤差(僅對于有延遲信號注入)，該數(shù)據(jù)是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)經(jīng)緯儀真實(shí)跟蹤位置數(shù)據(jù)分析得到的結(jié)果，可以看出延遲時間越長，注入誤差越大。這是因?yàn)橛醒舆t的信號注入已對目標(biāo)軌跡產(chǎn)生了擾動，導(dǎo)致測試得到的跟蹤誤差相對實(shí)際跟蹤誤差更嚴(yán)重。有信號延遲時經(jīng)緯儀跟蹤誤差模型可以表示為 Es' = Es + k ( t，m ) (2)式中，E′s為有延遲信號經(jīng)緯儀跟蹤誤差，Es為經(jīng)緯儀實(shí)際跟蹤誤差，k(t，m)為關(guān)聯(lián)系數(shù)，是信號注入延遲時間 t 和目標(biāo)運(yùn)動特性 m 的函數(shù)，該系數(shù)在光信號注入測試中一般難以準(zhǔn)確估算，因此直接影響經(jīng)緯儀性能測試的準(zhǔn)確性。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了本文視頻信號注入式測試方法的有效性。

　　3 結(jié)論

　　本文基于傳統(tǒng)光信號注入式測試原理，利用光電經(jīng)緯儀圖像拍攝和圖像采集處理之間的時序差，采用先拍攝后調(diào)用的分步實(shí)施方案，提出了視頻信號注入測試方法，有效避免信號注入延遲。分別采用外場評估實(shí)驗(yàn)和本文提出的視頻信號注入式測試方法，對某型號光電經(jīng)緯儀進(jìn)行性能測試結(jié)果表明，兩種情況下經(jīng)緯儀方位角跟蹤誤差和俯仰角跟蹤誤差對于不同目標(biāo)運(yùn)動軌跡均高度一致，且注入有延遲的視頻信號時，跟蹤角誤差明顯增大。即提出的視頻信號注入式測試方法在實(shí)驗(yàn)室條件下能夠有效評估經(jīng)緯儀的目標(biāo)跟蹤性能，其測試精度不亞于外場評估，同時該方法不僅適用于經(jīng)緯儀電視跟蹤性能的檢驗(yàn)，也適用于經(jīng)緯儀紅外跟蹤性能的檢驗(yàn)，對于同類跟蹤系統(tǒng)的測試，具有良好的通用性。視頻信號注入式測試系統(tǒng)在具體測試系統(tǒng)構(gòu)建中還會涉及更多影響測試精度的技術(shù)環(huán)節(jié)。因此，下一步的工作主要研究視頻圖像融合、數(shù)據(jù)庫圖像的高效調(diào)用與擬合等技術(shù)問題，以進(jìn)一步提高測試精度。