多目標立靶密集度測試技術研究

田 園,楊曉東

（西安工業(yè)大學北方信息工程學院,陜西西安,710021）

1 引言

常見的CCD交匯測量系統(tǒng)是由兩個線陣CCD交匯所組成，它具有結構簡單、使用方便、實時性強和自動化程度高等諸多優(yōu)點，并已成功地應用于現(xiàn)代靶場中的大型動態(tài)飛行目標（比如炮彈彈丸）的跟蹤測量。但是針對發(fā)射兩個或者兩個以上目標的這類武器系統(tǒng)均無法測試其立靶密集度。本文在現(xiàn)有雙CCD交互測量立靶密集度的原理和測試技術不足的基礎上，提出三CCD交匯測量原理并對其進行理論分析和測量公式推導。

2 雙CCD交匯測量原理的不足

雙CCD交匯測量單個彈丸坐標公式的推導過程中，只考慮單發(fā)彈丸到達靶面的情況，通過理論分析和公式計算，可以較為準確地測量出彈丸的坐標位置[2]。但如果兩個彈丸(彈丸1和彈丸2)同時穿越靶面，此時每個相機各獲取兩個信號，兩兩組合后則一套測試系統(tǒng)得到四個位置參數(shù)，其中必然存在兩個虛假點的坐標。如下圖1所示，其中可能產(chǎn)生的四個彈丸坐標點中，彈丸1和彈丸2是真實彈丸通過的坐標點，而坐標點A、B就是虛假點的位置。顯然在單個測量系統(tǒng)下無法分辨出兩個彈丸的真實坐標位置，如何剔除虛假坐標點，是新設計方案必須考慮的關鍵問題。

3 三CCD交匯測量系統(tǒng)

三線陣CCD 交互測量系統(tǒng)是在雙CCD 交匯的基礎上, 在同一垂直平面內適當位置增加一個CCD, 使它們兩兩交匯, 其中CCD1和CCD3相互成一定角度，CCD2垂直地面放置。三CCD交互測量原理如下圖2所示，三臺CCD相機放置在同一豎直平面內，它們的光軸在物空間交于一點M，構成一個豎直的測量光電靶面。對于該平面可成像范圍(即三個CCD的視場在靶面內的交疊區(qū))內任意兩點來說，在每個子系統(tǒng)下都有四個坐標值。由于CCD1與CCD2構成的交匯測量系統(tǒng)一和CCD1與CCD3構成的交匯測量系統(tǒng)二在同一坐標 下，因而對所有坐標值進行比對，可以發(fā)現(xiàn)其中數(shù)值相同的點即為兩個真實的彈丸坐標值。對于成像范圍內任意一點N，它與三個CCD光軸的夾角依次為 ；三個CCD光軸與 軸的夾角依次為；系統(tǒng)中的三個CCD的中心分別為；N點發(fā)出的光線與 軸的夾角依次為，并與 軸的交點分別為A,B,C。根據(jù)雙CCD交互測量系統(tǒng)公式推導三CCD交互測量系統(tǒng)的計算公式[3]。

由圖2可知，視場范圍內任意一點在CCD上的像高和鏡頭焦距已知，便可得，

(1)CCD1與CCD2組成子系統(tǒng)一，在三角形ANB中由三角形邊角關系得到，

圖1 兩個彈丸同時到達靶面的示意圖

(2)CCD1和CCD3組成子系統(tǒng)二，在三角形ANC中由三角形邊角關系得到，

上述分析表明綜合式(1)~(8)可以計算出彈丸在子系統(tǒng)一中的坐標位置(x,y)；綜合式(1)~(3),(9)~(13)可以計算出彈丸在子系統(tǒng)二中的坐標位置(x,y)。同理，如果同時有兩個彈丸著靶，也可以計算各個子系統(tǒng)下的彈丸坐標值，由于系統(tǒng)一和系統(tǒng)二在同一個坐標系 下，因此，通過將所有坐標值進行比對，有兩組相同的點的坐標即為真實彈丸坐標，進而解決了雙目標著靶坐標測量的問題[4]。

4 結論

綜上所述，為了解決多發(fā)彈丸同時著靶的位置測量，可在傳統(tǒng)的雙CCD交匯測量的基礎上，采用多個CCD，使其兩兩交匯。在實際測試中，整個系統(tǒng)只要有兩個或者兩個以上的CCD捕獲了目標信號，就可得出目標的過靶坐標，從而大大提高了系統(tǒng)的捕獲率。同時, 也可以根據(jù)所需要的捕獲率來設計多CCD 系統(tǒng)的最佳組成。

圖2 三CCD交互測量原理圖

參考文獻

[1] 雷志勇，姜壽山.線陣CCD技術及其在靶場測試中的應用[J].西安工業(yè)學院學報，2002，22(3):220-224.

[2] 左丹.線陣CCD立靶在低伸彈道測量中的應用[J].無線電工程,1993,23(5):57-61.

[3] 呂海寶,楊華勇,黃銳,等.多CCD交匯測量技術研究[J].光電工程,1998,25(2):14-19.

[4] 顏樹華,葉湘濱,王躍科,等.多個CCD交匯測量系統(tǒng)的理論研究[J].光學技術,1999,6:26-29.