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光电有源定位法精度分析及提升方法研究

黄小帅王增发

（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空成像与测量技术研究一部吉林省长春市130033）

摘要：本文在光电载荷定位需求上出发，推导了可以广泛应用的测角、激光测距有源法的光电定位方法作为核心算法，并分析了定

位的误差来源。以仿射空间的齐次坐标转换为核心的光电定位算法有效的通过采用蒙特卡洛方法对定位精度进行仿真，以现阶段能够达到

的各项参数的精度指标，最终目标定位能够实现0.25%@25Km的相对误差。

关键词：光电定位；有源定位；最小二乘法；扩展卡尔曼滤波

目前空中平台对目标的定位方法主要分为两种体制，一种是电

子/雷达定位法，另一种是光电定位的方法。前者利用的平台位置

信息是通过目标和测试平台的电磁波相位、频率等物理量解算的距

[1][2]

离和利用方向参数方位信息进行定位，这些物理量本身分辨力

和精度很高，能够达到mm甚至μm数量级，所以解算出来的目标图1：光电定位流程图

位置信息精度较高；光电定位法主要是依据测试平台位置信息、姿

态信息以及相对目标的距离信息等物理量进行解算，得到目标的经

度、纬度和高度的位置信息，这些物理量本身精度和分辨力相对低

一些，角度误差和测距误差对10km外的目标折算到距离，误差能

够达到m数量级。与电子定位方法的误差相比光电定位的误差是

由测量方法导致的系统误差，这是两种测量体制带来的固有误差，

只能不断优化定位策略来降低误差影响大的物理量对结果精度的影

响，并通过增加一定测量次数来降低随机误差对定位结果的影响。

而这个优化的增加测量次数的过程势必会牺牲算法效率和实时性，

所以光电定位的“快和准”是无法同时满足的矛盾体。

1光电定位体系图2：各项参数的真值

在光电定位的分类中，按照直接测距法和间接测距法把光电定

[3]

位分为主动法定位和被动法定位。前者平台主动向目标辐射激光

[4]

源，利用激光雷达等设备对目标进行直接测距，再利用这个测距

值结合其他测量参数解算目标位置信息；后者无法直接获得平台相

对目标的距离信息，而是通过多航迹点和图像匹配等方法[5]间接获

图3：地球相关参数的理论真值

得目标的距离信息，再通过与主动法定位类似的算法解算目标的位

置信息。因为主动法和被动法本质区别就是在探测平台上是否对目Y轴沿原点经线切线向北，Z轴垂直于原点所在平面指向天顶。

标主动辐射能量来直接测得平台和目标的相对距离，所以也可称为[9]

（4）载机坐标系：原点在无人机质心位置，X轴位无人机航向，

有源法定位和无源法定位。Y轴指向右翼。

除了获取目标距离信息的方法有所不同，两种定位法的光电定（5）光电平台坐标系：与载机坐标系为同一坐标系，当刚性

位的核心都为坐标转换。目标定位的结果就是确定目标在一个统一安装到飞机上时，会因为安装误差产生微小的旋转和偏移。

坐标系中