无人机对地目标定位误差分析及计算

针对当前无人机对地目标定位精度难以评估的问题，文章分析了其系统误差的构成和原理，并对主要误差进行了分析计算，最终通过仿真求得了误差评估值。

【关键词】无人机 目标定位 误差

对配备光电类侦察平台的无人机来说，目标定位已渐渐成为其最基础的应用模式。目前国内无人机的目标定位能力均在精度100m左右，此精度水平用以初步引导制导武器进行目标打击仍显不足。因此如何做好和完善误差分析、误差分配和误差综合，成为研制更高性能的光电跟踪测量设备总体设计中的一个重要问题。

文献[2]针对纯方位信息条件下的多平台目标定位误差估计模型进行研究，推导出了匀速直线运动目标定位误差的C-R下界表示；文献[3]应用蒙特卡罗法进行误差的仿真合成，计算出水平式望远镜的目标定位误差，并分析了各误差的敏感度。其它一些文献也都对定位误差进行了估计，但未能全面反映无人机各项因素对误差的影响。

1 几何定位误差组成

几何定位精度不需要图像的处理和识别，是通过飞机的位置、姿态和侦察平台提供的机向角和高低角来进行的。影响光电侦察平台对地面目标实时侦察定位精度的因素有五个方面：一是无人机空中定位精度；二是导航精度；三是光电设备对目标的侦察定位精度；四是光电平台与惯导之间的安装误差；五是其它误差综合。

（1）无人机自身定位精度。此误差是经度、纬度、高度的综合误差（CEP），由机载差分GPS接收机的性能决定。

（2）导航系统精度。导航系统精度主要指惯导器件测量精度。根据无人机目标定位几何原理，导航系统的精度对最终定位结果影响最大。

（3）光电设备测角精度。光电转塔本质上是一个云台，其驱动机构和测角器决定了其测角精度，包括转塔的高低角和方位角。

（4）安装误差。因安装件加工、对孔安装等原因，光电侦察设备与安装角合之间、角合与机体框架之间都与机体之间存在相对较为固定的误差，这些误差人工因素较大，难以测量和估计。

（5）其它误差包括算法的计算误差、侦察平台减振器引起姿态误差、激光测距误差、时滞误差、机体结构变形、图象畸变、光轴不重合度误差等。

2 几何定位精度分析

主要的几种误差来源评估如下：

（1）惯导器件测量精度选择在偏航0.2°，俯仰、侧滚0.1°，综合考虑姿态角误差不大于0.2°。

（2）飞机位置误差是经度、纬度、高度的综合误差，由机载差分GPS接收机的性能决定，在5000m高度，高低角30°时，位置定位误差约为10 m，高度定位误差约为35m。因此综合估算误差为30m。

（3）因安装件加工、对孔安装等原因，综合误差估计为0.1°。

（4）为满足系统减振要求，在安装板上均布6个隔振器与侦察平台系统连接的方式。此隔振器为GDZ型三向等刚度隔振器，对垂直和水平方向都具有良好的隔振能力，根据厂家提供的指标估算引起姿态误差：0.3°。

（5）侦察平台测角误差主要由转台测角器件误差及安装误差决定。稳定转台测角器件为多极旋转变压器，厂家表示元件测量精度可达20～30″，重新校准后满足小于1mrad。

（6）其它误差如算法的计算误差。在直角坐标与球坐标转换过程中要用到地球半径。地球实际为椭球体，赤道半径6378.140公里，极地半径6356.755公里。定位算法中将地球等效为一个圆球体，球体半径按照地球平均半径6371.004公里计算。地球半径误差小于15公里。计算误差还包括坐标变换时处理器对乘除法的计算误差。因目前技术水平下中央处理器对浮点数计算能力较强，此项误差可忽略。另外的误差来源包括机体结构变形：0.2°（RMS）；时滞误差：0.05°（RMS）；激光测距精度：5 m（RMS）。

3 误差仿真计算

将各种误差源送入目标定位算法就可进行目标定位误差估算，误差估算过程如图1所示。

其中，姿态误差、飞机位置误差、安装误差、侦察平台测角误差等为服从正态分布的随机变量，随机变量取100000个采样点，因而对应的可计算出100000个目标定位误差，然后对这100000个定位误差进行统计分析，给出目标位置的50%圆概率误差。

4 结论

Matlab仿真结论：取可信度因子为λ=0.95，则垂直下视情况下（5000m），目标定位精度为80m（CEP）；高低角为45°时，目标定位精度为112m（CEP）左右。此外，定位系统在利用采集的参数进行目标定位时，因为各参数的采集时间和传输延时不同造成定位误差，文中计算方法并未考虑。下一步将综合考虑所有可能的误差进行计算，有利于提高误差评估可信度。

参考文献

[1]王家骐.机载光电跟踪测量设备的目标定位误差分析[J].光学精密工程，2005，13（2）：106.

[2]杨贵海，肖碧琴，袁富宇.多平台目标定位误差估计技术研究[J].指挥控制与仿真，2012，32（2）：49-50.

[3]韩雪冰.水平式光电望远镜目标定位误差的预测[J].光学精密工程，2010，18（7）： 1596.

[4]李艳.电子磁罗盘航向角误差推导及分析[J].仪器仪表学报，2013，34（7）：1570.

[5]何文涛.无人机定位技术及其应用[J].光电技术应用，2003，（05）：5-6.

作者简介

杨勇（1984-），男，山东省青州人，工作于中国航天空气动力技术研究院，工程师。研究方向为无人机载荷应用。

作者单位

中国航天空气动力技术研究院 北京市 100074