光學跟蹤測量系統

它利用光學測量和成象原理，測量、記錄目標的運動軌跡、姿態、運動中發生的事件，以及目標的紅外輻射和視覺（可見光）特徵。 ^[2] 

光學跟蹤測量設備通常由攝影機、跟蹤或監視設備和數據處 理設備組成。多台設備通過適當組合，構成光學跟蹤測量系統。

optical tracking and measuring system 光學跟蹤測量系統是武器靶場試驗和航天發射 中使用的一種跟蹤測量系統。它利用光學測量和成象原理，測量、記錄目標的運動軌跡、姿態、運動中發生的 事件，以及目標的紅外輻射和視覺（可見光）特徵。光學跟蹤測量設備通常由攝影機、跟蹤或監視設備和數據處 理設備組成。多台設備通過適當組合，構成光學跟蹤測量系統。光學跟蹤測量系統主要分為三類。

用來獲取被測目標在空間隨時間變化的位置、速度和加速度等數據，是對航天器、武器系統進行鑑定的改進設計，以及編制武器射表的重要依據，所用設備主要有電影經緯儀、彈照相機和固定攝影機。

主要有跟蹤望遠鏡和高速攝影機，用來獲取目標的飛行姿態和事件數據，如目標的滾動，俯仰和偏航， 以及發射時間、遭遇時間和脱靶量。

用於對目標紅外信號特徵和可見光信號特徵進行測 量。60年代以來激光、紅外、電視等光電新技術和電子計算機的發展，為靶場跟蹤測量提供了新手段，出現激光 雷達、電視跟蹤測量設備和激光-電影經緯儀複合設備等新一代光學跟蹤測量設備。這些設備保持了傳統光學 跟蹤測量設備測量精度高、目標影象直觀和設備機動性好等優點，克服了傳統光測設備需多台同時工作、數據 處理週期長的缺點，實現了單站實時測量。例如激光雷達根據激光束的方位角、俯仰角和激光測距，可確定目 標的空間位置，由距離隨時間變化求得速度，由速度變化求得加速度，測量精度高。電視自動跟蹤系統利用目標 與背景或周圍物體的比較跟蹤數據。光學跟蹤測量系統的發展趨勢是進一步提高激光雷達的作用距離，應用圖象識別和處理技術提高光學跟蹤測量設備的捕獲跟蹤能力、測量精度，利用計算機技術提高光學跟蹤測量系統 自動化程度，更好發揮系統的綜合效能。 ^[3] 

①測量火箭、導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、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,有云時容易丟失目標。

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、激光測距設備和激光雷達、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。

在笛卡兒直角座標系中，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。

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佈置一個光學測量站，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,即可由球面三角函數關係求出飛行器質心位置的座標。電影經緯儀和彈道照相機就是用這種方法進行測量的。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。

加裝激光測距器的電影經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的精確度，往往採用多站測量。

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接並協同工作。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。 ^[4]