光學特性測量系統(tǒng)

測量并記錄飛行器軌道參數(shù)的光學設備組合，有時簡稱光測系統(tǒng)。導彈試驗靶場和航天器發(fā)射場都設有光學跟蹤測量系統(tǒng)。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國為了試驗V-2導彈,在佩內(nèi)明德導彈基地首先使用了以電影經(jīng)緯儀為主要設備的光學跟蹤測量系統(tǒng)。光學跟蹤測量系統(tǒng)在導彈和航天器的試驗中已成為有多種功能和高精度的跟蹤測量手段。

光學測量系統(tǒng)的功用是：①測量火箭、導彈主動段和再入段的彈道參數(shù)，為安全控制提供位置信息；②拍攝和記錄火箭、導彈運動實況，為導彈起飛離架、級間分離、故障分析和再入物理特性研究提供資料；③對其他光學和無線電測量設備進行鑒定和校準。光學測量系統(tǒng)測量精度高，直觀性強，測角精度可達2～5角秒，定位精度可達1～2米，作用距離一般為100～400公里。缺點是作用距離短,受天氣影響，陰雨天難以獲取數(shù)據(jù),有云時容易丟失目標。

測量設備光學跟蹤測量系統(tǒng)依功能分為彈道測量設備、姿態(tài)和事件記錄設備、光譜和輻射測量設備 3種類型。彈道測量設備主要有電影經(jīng)緯儀、彈道照相機、激光測距設備和激光雷達、條帶式畫幅攝影機。其中電影經(jīng)緯儀使用最為普遍，多用于測量軌道參數(shù)。彈道照相機用于靶場測量設備的鑒定。姿態(tài)和事件記錄設備包括跟蹤望遠鏡和各類高速攝影機，用于觀測火箭發(fā)動機的噴焰等。光譜和輻射測量設備有望遠鏡攝譜儀、光譜輻射計和紅外測量設備等。

測量原理在笛卡兒直角坐標系中，運動目標的瞬時質(zhì)心位置可用3個線量(X、Y、Z)來確定,連續(xù)取得3個線量就可以求出它的運行軌道。光學測量系統(tǒng)通常用交會測量法和綜合定向測距法測量。

① 交會測量法：光學測量系統(tǒng)在靶場測量中采用前方交會測量法。在一條精密測量基線的兩端各布置一個光學測量站，同時測量飛行器的方位角α和俯仰角γ，得到兩條方向線，再根據(jù)已知兩測量站間的距離L,即可由球面三角函數(shù)關系求出飛行器質(zhì)心位置的坐標。電影經(jīng)緯儀和彈道照相機就是用這種方法進行測量的。圖中O1、O2為兩個測量站，M、M′分別為飛行器的空間瞬時位置及其投影，α1、α2、γ1、γ2分別為兩測量站測得的方位角、俯仰角,O1O2為基線長度L。夾角O1MO2稱為交會角。交會角為90°時，測量誤差最小。一般要求交會角大于30°,小于150°。為了提高測量系統(tǒng)的可靠性和測量參數(shù)的精確度常采用多站交會測量法。 ② 綜合定向測量法：加裝激光測距器的電影經(jīng)緯儀和激光雷達使用這種測量方法。為了提高可靠性和測量參數(shù)的精確度，往往采用多站測量。

工作過程在光學跟蹤測量中須由多種設備組成一個完整的跟蹤測量系統(tǒng)。例如，由幾臺電影經(jīng)緯儀組成的光學測量系統(tǒng)，不僅各臺電影經(jīng)緯儀之間要有密切的配合，還要與引導設備、時間統(tǒng)一設備、數(shù)據(jù)傳輸設備、計算中心和通信指揮設備連接并協(xié)同工作。在試驗時，由引導設備把目標引入電影經(jīng)緯儀視場，電影經(jīng)緯儀自動或人工驅(qū)動伺服系統(tǒng)跟蹤目標。在跟蹤過程中，時間統(tǒng)一設備控制各站對目標進行同步攝影，攝影頻率一般為10～40幀/秒,每張照片都記錄目標的方位角、俯仰角和目標形象，經(jīng)事后判讀和修正處理即可求出目標的彈道參數(shù)。在跟蹤拍照的同時，電影經(jīng)緯儀輸出實測參數(shù)至計算中心，用于安全控制顯示和引導其他測量設備。