田 园,杨晓东

（西安工业大学北方信息工程学院,陕西西安,710021）

1 引言

常见的CCD交汇测量系统是由两个线阵CCD交汇所组成，它具有结构简单、使用方便、实时性强和自动化程度高等诸多优点，并已成功地应用于现代靶场中的大型动态飞行目标（比如炮弹弹丸）的跟踪测量。但是针对发射两个或者两个以上目标的这类武器系统均无法测试其立靶密集度。本文在现有双CCD交互测量立靶密集度的原理和测试技术不足的基础上，提出三CCD交汇测量原理并对其进行理论分析和测量公式推导。

2 双CCD交汇测量原理的不足

双CCD交汇测量单个弹丸坐标公式的推导过程中，只考虑单发弹丸到达靶面的情况，通过理论分析和公式计算，可以较为准确地测量出弹丸的坐标位置[2]。但如果两个弹丸(弹丸1和弹丸2)同时穿越靶面，此时每个相机各获取两个信号，两两组合后则一套测试系统得到四个位置参数，其中必然存在两个虚假点的坐标。如下图1所示，其中可能产生的四个弹丸坐标点中，弹丸1和弹丸2是真实弹丸通过的坐标点，而坐标点A、B就是虚假点的位置。显然在单个测量系统下无法分辨出两个弹丸的真实坐标位置，如何剔除虚假坐标点，是新设计方案必须考虑的关键问题。

3 三CCD交汇测量系统

三线阵CCD 交互测量系统是在双CCD 交汇的基础上, 在同一垂直平面内适当位置增加一个CCD, 使它们两两交汇, 其中CCD1和CCD3相互成一定角度，CCD2垂直地面放置。三CCD交互测量原理如下图2所示，三台CCD相机放置在同一竖直平面内，它们的光轴在物空间交于一点M，构成一个竖直的测量光电靶面。对于该平面可成像范围(即三个CCD的视场在靶面内的交叠区)内任意两点来说，在每个子系统下都有四个坐标值。由于CCD1与CCD2构成的交汇测量系统一和CCD1与CCD3构成的交汇测量系统二在同一坐标 下，因而对所有坐标值进行比对，可以发现其中数值相同的点即为两个真实的弹丸坐标值。对于成像范围内任意一点N，它与三个CCD光轴的夹角依次为 ；三个CCD光轴与 轴的夹角依次为；系统中的三个CCD的中心分别为；N点发出的光线与 轴的夹角依次为，并与 轴的交点分别为A,B,C。根据双CCD交互测量系统公式推导三CCD交互测量系统的计算公式[3]。

由图2可知，视场范围内任意一点在CCD上的像高和镜头焦距已知，便可得，

(1)CCD1与CCD2组成子系统一，在三角形ANB中由三角形边角关系得到，

图1 两个弹丸同时到达靶面的示意图

(2)CCD1和CCD3组成子系统二，在三角形ANC中由三角形边角关系得到，

上述分析表明综合式(1)~(8)可以计算出弹丸在子系统一中的坐标位置(x,y)；综合式(1)~(3),(9)~(13)可以计算出弹丸在子系统二中的坐标位置(x,y)。同理，如果同时有两个弹丸着靶，也可以计算各个子系统下的弹丸坐标值，由于系统一和系统二在同一个坐标系 下，因此，通过将所有坐标值进行比对，有两组相同的点的坐标即为真实弹丸坐标，进而解决了双目标着靶坐标测量的问题[4]。

4 结论

综上所述，为了解决多发弹丸同时着靶的位置测量，可在传统的双CCD交汇测量的基础上，采用多个CCD，使其两两交汇。在实际测试中，整个系统只要有两个或者两个以上的CCD捕获了目标信号，就可得出目标的过靶坐标，从而大大提高了系统的捕获率。同时, 也可以根据所需要的捕获率来设计多CCD 系统的最佳组成。

图2 三CCD交互测量原理图

参考文献

[1] 雷志勇，姜寿山.线阵CCD技术及其在靶场测试中的应用[J].西安工业学院学报，2002，22(3):220-224.

[2] 左丹.线阵CCD立靶在低伸弹道测量中的应用[J].无线电工程,1993,23(5):57-61.

[3] 吕海宝,杨华勇,黄锐,等.多CCD交汇测量技术研究[J].光电工程,1998,25(2):14-19.

[4] 颜树华,叶湘滨,王跃科,等.多个CCD交汇测量系统的理论研究[J].光学技术,1999,6:26-29.