浅谈光电跟踪系统ATP技术

浅谈光电跟踪系统ATP技术
【摘要】光电跟踪成像系统，不管是应用在何种场合，只要是对运动目标进行成像，都有捕获、跟踪和瞄准(ATP)的要求。

在确定ATP的性能要求之前，首先要明确ATP的基本概念。

不管是捕获、跟踪或瞄准，都存在不确定性的、随机因素，即都存在一个捕获概率、跟踪概率和脑准概率的问题。

本文详细介绍了ATP技术在空间光通信系统中的重要性,对ATP系统的结构、工作原理以及关键技术指标进行了重点研究。

【关键词】光电跟踪系统;ATP;跟踪和瞄准
0.引言
空间光通信正是以其传输码率高、功耗低、抗干扰能力强等一系列优点而发展起来的一项高新技术,各国都非常重视对空间光通信的研究工作。

而窄的激光发射光束导致了光束对准中许多技术上的挑战,对捕获、跟踪和瞄准(Acquisition、Tracking、Pointing-ATP)技术的研究也就显得尤其重要。

1.跟踪和瞄准误差
捕获，捕获定义为在预计的目标可能存在的区域(一般称为不确定区域)对所需要目标的识别；跟踪，跟踪定义为仪器祝轴〔Los)相对目标祝抽的晃动。

跟踪的目的在于稳定仪器的祝抽，使级踪误差和动态向应性能满足规定的指标；瞄准(Pointing)，瞄准定义为仪器视抽相对目标视轴的平均取向。

瞄准的目的在于使仪器祝轴和目标视轴之间误差(平均伯差和标准偏差)满足瞄准精度指标。

跟踪误差和瞄准误差如果都是以仪器视轴为参考的话，则它们都包含系统误差(误差平均值m)和随机误差(RMS值)。

两者的误差源是不同的，根据光电跟踪系统的用途不同，对系统误差和随机误差的要求侧重点有所不同。

对于测量应用，要求随机误差尽可能小，因为它们是不能修正的，会直接影响测角误差，而系统误差是可以修正的。

对于激光光束瞄准应用，如空间激光通信、激光定向武器等，要求系统误差尽可能小，同时随机误差也尽可能小，以使仪器视铀为中心的发射激光束最大能量密度瞄准目标。

为此，常常采用复合轴伺服系统结构工作原理。

这种系统实质上是在跟踪回路基础上又加一个瞄准回路，对跟踪回路误差进一步校正，使仪器视轴和目标视轴之间的误差进一步减小。

复合铀伺服系统中的瞄准回路一般是在光学望远镜主光学系统光路中，插入一个快速定位反射镜，通过瞄准回路的伺服控制改变发射激光光束的方向，使它更准确的瞄准目标。

由于跟踪误差和瞄准误差中，都包含有随机误差成分，所以，它们都可以看做是随机变量。

对于随机变量，可以用它们的杨卒密度和概率来描述它们的统计特性和用误差的平均值与标准偏差来描述它们的数值特征。

应该指出，在捕获、跟踪和瞄准之间并没有一个严格明确的界限。

捕获的任务在于在预计的目标可能存在的区域内从背景中识别出所需要的目标，同时，它还有粗跟踪的任务，即识别出目标以后将目标引入跟踪视场，以便转入跟踪工作方式。

在跟踪和由准之间也没有严格明确的界限，有时，把瞄准叫做精跟踪。

2.光电跟踪系统ATP性能要求
2.1捕获性能要求
对于ATP光电系统，捕获的要求是显而易见的，不能成功地、及时地捕获到目标，就使光电系统的所有其他功能不能发挥。

对于捕获撮基本的性能要求是捕获横串和捕获时间两项性能指标。

由于面阵CCD具有高灵敏度和简空间分辨
率的优良性能，所以在光电路踪成像系统中，选择而阵CCD做为捕获传感器是比较理想的。

捕获时间是ATP光电系统捕获性能要求的另一个重要指标。

捕获时间和光电系统的用途和捕获工作方式有关。

希望捕获时间尽可能地短，以便迅速的探测和识别所得要的目标，转入跟踪工作方式。

2.2跟踪柱能要求
跟踪的目的在于撼定光电跟踪成像系统的视轴，使视轴的晃动即跟踪误差小于所希望的数值。

允许的最大跟踪误差，一般说来，为仪器分辨串的一小部分。

对于空间激光通信系统或空间定向能武器系统，这个误差为衍射权限角的一小部分。

对于地面天文望远镜系统，这个误差应该小于或等于大气湍流引起的图像晃动量。

对于地面光电跟踪经纬仪系统，这个误差是仪器测角误差的误差源之一，由于它是随机误差不能通过校准方法补偿，所以应该限制为仪器测角误差的一小部分。

最大允许的跟踪误差，做为光电跟踪成傍系统的一个重要设计参数，是一项主要的跟踪性能要求。

2.3瞄准性能要求
瞄推性能要求是在跟踪工作基础上，进一步减小仪器视轴和目标视轴之间的误差，满足瞄准误差指标的要求。

对于激光光束瞄准的应用，如激光定向武器、空间激光通信等，仪器视轴即为激光光束的中心轴。

光电跟踪系统采用燎平面阵列传感器，如面阵CCD或四象限雪燃光二极管，做为跟踪和瞄推传感器。

当瞄准误差源主要是传感器噪声或者瞄准误差温的各个组成分项相差不大酌情况下，则瞄准误差总和服从正态分布律(常称高斯分布律)。

【参考文献】
［１］魏刚,江传富,杨坤涛.方位角准确预测法在光电跟踪中的应用研究[J].光电工程,2006,(05).
［２］刘宏展,刘立人.星间激光通信发射终端耦合单元的研究[J].激光技术,2007,(04).
［３］郭谊,王江安.海上双运动载体光通信APT瞄准系统的研究[J].激光与红外,2007,(08).
［４］李岷,马军,周兴义.机载光电稳定平台检测技术的研究[J].光学精密工程,2006,(05).
［５］范小军,刘锋,张军.空基多平台对空中机动目标的被动跟踪定位算法[J].红外与激光工程,2006,(06).。