光學跟蹤測量系統
正文
測量並記錄飛行器軌道參數的光學設備組合，有時簡稱光測系統。飛彈試驗靶場和太空飛行器發射場都設有光學跟蹤測量系統。第二次世界大戰期間，德國為了試驗V-2飛彈,在佩內明德飛彈基地首先使用了以電影經緯儀為主要設備的光學跟蹤測量系統。光學跟蹤測量系統在飛彈和太空飛行器的試驗中已成為有多種功能和高精度的跟蹤測量手段。光學測量系統的功用是：①測量火箭、飛彈主動段和再入段的彈道參數，為安全控制提供位置信息；②拍攝和記錄火箭、飛彈運動實況，為飛彈起飛離架、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鑑定和校準。光學測量系統測量精度高，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，陰雨天難以獲取數據,有雲時容易丟失目標。
測量設備 光學跟蹤測量系統依功能分為彈道測量設備、姿態和事件記錄設備、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緯儀、彈道照相機、雷射測距設備和雷射雷達、條帶式畫幅攝影機。其中電影經緯儀使用最為普遍，多用於測量軌道參數。彈道照相機用於靶場測量設備的鑑定。姿態和事件記錄設備包括跟蹤望遠鏡和各類高速攝影機，用於觀測火箭發動機的噴焰等。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，運動目標的瞬時質心位置可用3個線量(X、Y、Z)來確定,連續取得3個線量就可以求出它的運行軌道。光學測量系統通常用交會測量法和綜合定向測距法測量。
① 交會測量法：光學測量系統在靶場測量中採用前方交會測量法。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，再根據已知兩測量站間的距離L,即可由球面三角函式關係求出飛行器質心位置的坐標。電影經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。一般要求交會角大於30°,小於150°。為了提高測量系統的可靠性和測量參數的精確度常採用多站交會測量法。
光學跟蹤測量系統工作過程 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。例如，由幾台電影經緯儀組成的光學測量系統，不僅各台電影經緯儀之間要有密切的配合，還要與引導設備、時間統一設備、數據傳輸設備、計算中心和通信指揮設備連線並協同工作。在試驗時，由引導設備把目標引入電影經緯儀視場，電影經緯儀自動或人工驅動伺服系統跟蹤目標。在跟蹤過程中，時間統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，經事後判讀和修正處理即可求出目標的彈道參數。在跟蹤拍照的同時，電影經緯儀輸出實測參數至計算中心，用於安全控制顯示和引導其他測量設備。
