光电跟踪测量系统多传感器融合跟踪设计与实现

光电跟踪测量系统多传感器融合跟踪设计与实现

【摘要】本文从多传感器结构设计、融合跟踪算法两方面，进行了光电跟踪测量系统多传感器融合跟踪的设计与实现方法研究。设计了一套集可见光测量、红外测量和激光测量为一体的光电跟踪测量系统，实现了适应不同环境背景下的单站定位测量功能。

【关键词】光电跟踪测量系统；传感器；融合跟踪

The Design and Realization of multiple sensors Fusion Tracking for the photoelectrical theodolite

（Troops 91351，Qiao Tie-ying，Yang Hai-qing）

Abstract：Though design the multiple sensor frame and fusion tracking arithmetic，This paper designed and realization of multiple sensors fusion tracking for the photoelectrical theodolite.A photoelectrical theodolite is designed which is be maked up of the visible light measurement，the infrared measurement and the laser measurement，the single station location measurement function is realized for the different environmental contexts.

Key words：photoelectrical theodolite；sensor；Fusion Tracking

1.引言

目前，光电测量技术得到了极大的发展，其中可见光测量技术、红外测量技术和激光测距技术日益成熟，多种型号多种功能的光电跟踪测量系统在不同的军用民用领域得到了广泛应用。如果在一套光电测量系统中，做到取长补短，综合可见光、红外光等多种测量技术融合跟踪，并形成单站定位能力，将大大提高光电跟踪测量系统的功能，在各种应用领域发挥更大作用。

2.多传感器结构设计

2.1 传感器的特点与功能

为实现近、远程目标的捕获跟踪和单站定位能力，选择测量电视系统、变焦距捕获电视系统、中波红外测量系统、长波红外测量系统和激光测距系统，集成安装在同一套光电跟踪测量系统上。

测量电视焦距较长，主要完成对目标的高精度测量，兼顾对目标的捕获和跟踪；变焦距捕获电视焦距变化范围大，可实现对近距离目标的捕获、跟踪，采用广播级的3CCD彩色相机，图像具有良好的质量；中波红外系统主要实现低能见度时对目标的捕获、跟踪和测量；长波红外系统可在夜间实现对目标的捕获、跟踪和测量，同时也可分辨目标的轮廓；激光测距系统实现对目标距离的测定，实现光电跟踪测量系统单站定位的功能。

2.2 总体布局与结构

光电跟踪测量系统中的经纬仪配备的传感器较多，总体布局与设计的原则是最大限度的集中于主视轴周围，以减少各传感器间轴系误差对总测角精度的影响。图中测量电视系统位于中心主视轴，捕获电视和激光测距系统在测量电视上方，中波红外系统和长波红外系统位于测量电视下方。结构如图所示。

2.3 垂直轴系结构设计

2.3.1 功能和组成

由于垂直轴系形成跟踪架的方位轴线，实现方位角测量、跟踪驱动、角速度反馈功能，所以，垂直轴系精度将直接影响水平轴系和跟踪架精度，对经纬仪总

体精度起着决定性作用。

光电跟踪测量系统垂直轴系主要由12个部分组成，分别为：转台、垂直轴、导电环、编码器、导电环联接件、电控箱、方位力矩电机、径向轴承、止推轴承、基座、起落部件、承载圈。

2.3.2 垂直轴系结构设计特点

止推轴承采用上、下轴承环分离，径向三排滚珠均布在两轴承环之间的结构；

径向轴承环之间装有精密加工而成的优质轴承钢滚柱，采用适当的过盈配合，过盈范围0.004mm～0.006mm；

散装结构具有传动刚度好，承载能力大和旋转精度高等优点；

基座、转台采用高强度铸铁并配以足够的加强筋铸成，保证了轴承环的刚度和良好的支撑刚度及稳定性，有利于达到垂直轴系的精度要求。保证了机械的扭转刚度和较高的机械谐振频率。

2.4 水平轴系结构设计

2.4.1 功能和组成

水平轴系形成跟踪架的俯仰轴线，实现对目标的俯仰角测量、跟踪驱动、角度反馈、角度限位、手动机动切换等功能。在水平轴系统上安装有主光学系统、红外光学系统等光学传感器。在垂直轴、水平轴力矩电机的驱动下，实现对目标的跟踪，由各角度编码器分别输出方位和高低角度测量数据。

水平轴系包括左立柱、右立柱、四通、左轴、右轴、止推轴承、径向轴承、俯仰编码器、俯仰力矩电机、停档机构、手动-电动切换机构等。安装在垂直轴的转台上，跟随转台左方位旋转，四通与左轴、右轴连接在一起，支撑在左立柱和右立柱上。

2.4.2 水平轴系结构设计特点

转台、底座、承载圈的材料皆选用HT-300灰口铸铁，即高强度、低应力铸铁，可铸成薄壁结构、形状复杂的零件。铸件的残余变形和翘曲变形小，表面光洁，消振性能好，抗压强度大。经铸态时效、精加工前时效，硬度为HB≥240，sb=300N/mm2，弹性模数：E0=14000～15000kg/mm2，剪切模数：G=5600kg/mm2；

采用9Cr18结构合金钢，经稳定化处理后，尺寸稳定性好。淬火硬度：HRC59～60。强度高、承载能力强，“三防”性能好；

f900的轴承环及钢球均采用Gcr15SiMn轴承钢，经淬火处理硬度：HRC58～60。强度高、承载能力强、稳定性好、耐磨性好；