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《基于montecarlo法光電跟蹤測量系統(tǒng)精度研究與布站優(yōu)化方法》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、基于MonteCarlo法光電跟蹤測量系統(tǒng)精度研究與布站優(yōu)化方法摘要：提出一種基于MonteCarlo法的光電跟蹤測量系統(tǒng)的分析方法，使用坐標(biāo)變換方法對光電經(jīng)緯儀建立了包含照準(zhǔn)差、橫軸差、豎軸差、傳感器誤差和編碼器誤差準(zhǔn)確的VerilogA模型，使用最壞情況法和MonteCarlo法分析了各種誤差源對系統(tǒng)性能的影響。并對雙站交匯的布站進(jìn)行了優(yōu)化，在考慮經(jīng)緯儀本身誤差源和站點(diǎn)位置誤差的情況下，使用MonteCarlo法計算了針對特定彈道軌跡的最優(yōu)布站選擇。該方法對光電跟蹤測量系統(tǒng)設(shè)計具有一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：MonteCarlo法；最壞情況法；誤差分析
2、；跟蹤測量引言靶場光測設(shè)備是對彈道導(dǎo)彈、飛行器、衛(wèi)星等武器設(shè)備進(jìn)行精確觀測的有效工具，它通過角度測量和交誤差分析實(shí)施對空間目標(biāo)精確定位以完成外彈道的觀測。測量中的各種誤差源直接決定定位精度［1,2］。但誤差并不是越小越好還要受到研制成本等多種因素的制約，同時各種誤差因素對光測系統(tǒng)而言，其重要性和影響方式有所不同，對各種誤差源進(jìn)行精確分析對靶場光測設(shè)備有重要的實(shí)際意義。一方面在設(shè)計的初期研制過程中可以對設(shè)備測量不確定度有影響的各種因素進(jìn)行嚴(yán)格的過程控制，同時對優(yōu)化材料選用、設(shè)備制造等多種環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，以更低的研制成本更好地滿足用戶的使用要求［35］；另一
3、方面通過對光測設(shè)備進(jìn)行合理的布站以提高光測設(shè)備測量精度［6,7］o光測設(shè)備的精度模型和光測設(shè)備的布站是兩個相互聯(lián)系的問題，對光測設(shè)備的布站優(yōu)化必須以精確的誤差模型為基礎(chǔ)，同時對光測設(shè)備的誤差分析也需要給出在一定布站方式下對特定目標(biāo)軌跡的精度分析。文中以光電經(jīng)緯儀為例，對光電經(jīng)緯儀建立了精確的VerilogA模型，并在此基礎(chǔ)上使用MonteCarlo法對光電經(jīng)緯儀的各種誤差源的影響進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計學(xué)分析和研究，并針對彈道導(dǎo)彈不同的布站方式進(jìn)行數(shù)值分布，給出能適應(yīng)不同靶場地形的通用的布站優(yōu)化方法。1光電經(jīng)緯儀的誤差模型文中提出的誤差分析方法具有一定的通用性
4、，使用通用的模擬系統(tǒng)建模語言VerilogA以對光電經(jīng)緯儀建立數(shù)學(xué)模型，并在數(shù)學(xué)模型中對測量精度有影響的各種誤差源進(jìn)行建?！鉜er訂ogA提供了層次化的模擬系統(tǒng)模型構(gòu)架，可以一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式在抽象的層次上對系統(tǒng)建模，以方便系統(tǒng)的分析設(shè)計和驗(yàn)證。Ver訂ogA支持直流、交流、瞬態(tài)、MonteCarlo法等多種分析方法。提供給用戶一定的設(shè)計參數(shù)，用戶使用VerilogA模型可以對設(shè)備的性能進(jìn)行仿真分析進(jìn)一步指導(dǎo)光測設(shè)備的應(yīng)用。對各種光測設(shè)備建立通用的VerilogA模型具有非常重要的實(shí)際意義。光電經(jīng)緯儀的VerilogA模型分為基本模型和誤差模型，如圖1所
5、示。2.1最壞情況法分析法在最壞情況下假定所有的誤差源都取最大誤差，由于在實(shí)際情況下所有的誤差源不是同時取得最大誤差數(shù)值，因此最壞情況分析將得到較為悲觀的預(yù)測數(shù)值，但這種分析方法可以快速估計各單項(xiàng)誤差對系統(tǒng)誤差影響程度和影響方式，同時給出理論上最大誤差。使用此模型仿真了各單項(xiàng)誤差都取最大數(shù)值的最壞情況，誤差主要影響方位角A,而對俯仰角E影響較小。其中編碼器誤差直接加入到方位角和俯仰角誤差中，而傳感器誤差、照準(zhǔn)差、橫軸差對系統(tǒng)誤差的影響相對較為復(fù)雜，可以通過掃描相關(guān)誤差參數(shù)計算出各誤差參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。使用該模型仿真了因俯仰角變化而引起的傳感器誤差、
6、軸系照準(zhǔn)差和水平軸誤差A(yù)分量的變化曲線，如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著俯仰角的增加，三種誤差源快速增加，文獻(xiàn)表明照準(zhǔn)差和水平軸誤差的分別與sec(E)和tan(E)成正比，而水平軸誤差與tan(E)與仿真結(jié)果相一致。同時可以看出在俯仰角較大時照準(zhǔn)差對系統(tǒng)影響約為橫軸誤差的2倍。其中圖3(a)表示了不同誤差像素數(shù)目對系統(tǒng)誤差的影響，傳感器誤差將隨著誤差像素數(shù)目的提髙而增加，誤差像素主要來自量化誤差、細(xì)分誤差和拖尾誤差。2.2MonteCarlo法分析法在實(shí)際情況下各個單項(xiàng)是以一定概率分布的形式出現(xiàn)的，誤差合成不是簡單的線性疊加關(guān)系，傳統(tǒng)的方法是基于統(tǒng)
7、計學(xué)的t分布和x2分布不確定度分析法，這種方法在處理測量誤差傳遞時是基于線性化近似模型，同時假設(shè)各種誤差源間是相互獨(dú)立的。由于光測設(shè)備本身是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，同時誤差源間也不是完全獨(dú)立的，因此決定了這種方法具有一定的局限性。MonteCarlo法是一種通用的誤差分析工具，它將設(shè)備的各項(xiàng)誤差源表達(dá)為一定概率分布函數(shù)的形式，以相同概率分布產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)進(jìn)行仿真計算，從而得到各種誤差對系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)的輸出呈現(xiàn)出一定統(tǒng)計分布，通過使用MatLab統(tǒng)計學(xué)工具箱擬合的方法，可以得到系統(tǒng)輸出的準(zhǔn)確的統(tǒng)計分布函數(shù)，并以一定的數(shù)字特征如期望和方差的形式來表達(dá)。Mont
8、eCarlo算法的準(zhǔn)確度主要取決于采樣點(diǎn)的數(shù)目，可以通過合理的選用采樣點(diǎn)的數(shù)目以達(dá)到所需的計算
