光電經(jīng)緯儀測站坐標轉(zhuǎn)換算法

張輝　丁林　陳滿升

【摘 要】在某型產(chǎn)品空中軌跡測量試驗中，由于試驗空域環(huán)境、設(shè)備跟蹤能力及布站站點可視范圍的綜合影響導(dǎo)致站點光電測量設(shè)備不能全程完成目標的捕獲跟蹤，各站點光電測量需要根據(jù)各站點及設(shè)備的實際情況在預(yù)定位置等候目標出現(xiàn)。本文通過將理論彈道數(shù)據(jù)和其中幾個理論特征點數(shù)據(jù)經(jīng)本文推導(dǎo)的算法進行計算轉(zhuǎn)換后計算得到各測站點設(shè)備跟蹤高低角與方位角，引導(dǎo)設(shè)備到預(yù)定區(qū)域以確保跟蹤捕獲目標。

【關(guān)鍵詞】空中軌跡測量 理論彈道數(shù)據(jù) 坐標系轉(zhuǎn)換 設(shè)備跟蹤角度

1 前言

在某型產(chǎn)品空中軌跡測量試驗中，試驗規(guī)模較大，參試設(shè)備及人員較多，產(chǎn)品飛行時間較短，試驗空域環(huán)境變化復(fù)雜，單臺光電跟蹤測量設(shè)備跟蹤能力有限，現(xiàn)有試驗環(huán)境布置的各測站點可視跟蹤區(qū)域范圍有限，如何保證有限試驗條次都能獲得滿意的目標飛行圖像數(shù)據(jù)成為光學(xué)測量一大難題。測量方案采用多臺設(shè)備接力跟蹤測量方式，將各測站設(shè)備對準目標理論通過的本測站可視區(qū)域。本文依據(jù)理論數(shù)據(jù)坐標系與測站坐標系關(guān)系經(jīng)坐標轉(zhuǎn)換推導(dǎo)出理論數(shù)據(jù)到各測站高低角與方位角的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并應(yīng)用到實際測量中對各測站測量設(shè)備的引導(dǎo)。在實航試驗中各測站依據(jù)算法得出的方位和高低角均能捕獲目標并完成階段跟蹤。

2 坐標系概述

通常意義上的坐標系是指描述空間位置的表達形式，即如何來表示空間位置。為了描述空間位置，采用了多種方法，從而也產(chǎn)生了不同的坐標系（見表1）。

3 模擬彈道數(shù)據(jù)到跟蹤角度值的轉(zhuǎn)換算法

一組模擬彈道數(shù)據(jù)：t=（x（i），0，H（i）），發(fā)射點坐標為：（Lf，Bf，Hf），Lf為大地經(jīng)度，Bf為大地緯度，Hf為大地高；目標發(fā)射方位角為：AF，由大地北方向起按順時針方向計算；某一測站點坐標為：（Lc，Bc，Hc），Lc為大地經(jīng)度，Bc為大地緯度，Hc為大地高。解算測站點設(shè)備跟蹤角度值（A，E）； A即方位角，測站原點與目標的連線與坐標北的夾角，順時針方向為正，范圍：0～360?； E即俯仰角，以水平為零值，抬頭為正，范圍：-90?～90?。將模擬彈道數(shù)據(jù)從法線發(fā)射坐標系轉(zhuǎn)換到地心空間直角坐標系，再從地心空間直角坐標系轉(zhuǎn)換到法線測量坐標系，在法線測量坐標系下計算跟蹤方位角和俯仰角。

（1）將發(fā)射點和測站原點坐標從地心大地坐標系轉(zhuǎn)換為地心空間直角坐標系，對應(yīng)的空間直角坐標系坐標為（Xfo，Yfo，Zfo），（Xco，Yco ，Zco ）。

（2）將模擬彈道數(shù)據(jù)從發(fā)射坐標系轉(zhuǎn)換到地心空間直角坐標系：

先繞z軸逆時針旋轉(zhuǎn)AF角度，此時x軸指向大地北，繞y軸逆時針旋轉(zhuǎn)（90?-Bf）角度，繞z軸順時針旋轉(zhuǎn)（180?+Lf）角度，經(jīng)過坐標旋轉(zhuǎn)和平移后，得到地心空間直角坐標系下的數(shù)據(jù)（XDX，YDX，ZDX）：

（3）從地心空間直角坐標系轉(zhuǎn)換到測量坐標系下的數(shù)據(jù)（XC，YC，ZC）：

（4）從測量坐標系直角坐標轉(zhuǎn)換到極坐標數(shù)據(jù)（R，A，E）：測站到目標的距離 ；跟蹤方位角A為：①if（XC < 0） A=180?- atan（YC/XC）*180/pi；②if（XC > 0，YC > 0） A=360?-atan（YC/XC）*180/pi；③if（XC > 0，YC <0） A=atan（YC/XC）*180/pi；跟蹤俯仰角為 ）。

通過MATLAB計算，模擬彈道數(shù)據(jù)經(jīng)過坐標系轉(zhuǎn)換計算得到的跟蹤角度值圖形為：圖1-2所示：

4 結(jié)語

空中彈道測量試驗中，目標飛行時間一般較短，對操作人員來說跟蹤目標難度較大。通過將理論彈道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到設(shè)備跟蹤角度值，操作人員試前進行多次模擬練習(xí)，實航試驗中可以熟練跟蹤目標。當(dāng)實航試驗中目標丟失時，操作人員也可以較快的做出反應(yīng)進行處理，將設(shè)備定點引導(dǎo)到下一個最近的特征點處等待目標進入視場以重新跟蹤，確保獲得更多的目標飛行圖像數(shù)據(jù)供事后數(shù)據(jù)處理使用。

參考文獻：

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[2] 黨亞民，成英燕，薛樹強.大地坐標系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：測繪出版社，2010（10）.

作者簡介：張輝（1982—），男，江蘇宿遷人，本科，工程師，研究方向：光電測試技術(shù)。