CN110986947B - 多目标自航船模轨迹跟踪测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,包括如下步骤:S1.获取自航船模的初始方位角序列;S2.获取自航船模运动过程中的方位角序列;S3.计算方位角序列与初始方位角序列的残差矩阵;S4.根据残差矩阵,对方位角序列的方位角进行重匹配,得到新的方位角序列;S5.根据新的方位角序列,计算自航船模靶标的坐标;S6.按照步骤S2‑S5类推,直到试验结束,得到自航船模靶标的坐标集;S7.根据自航船模靶标的坐标集,计算自航船模的运行轨迹。本发明的一种多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,能够在保持高精度、高频响的优势下,对多条自航船模轨迹同时进行跟踪测量。
Description
技术领域
本发明涉及自航船模跟踪测量领域,具体涉及一种多目标自航船模轨迹跟踪测量方法。
背景技术
航行轨迹是自航船模通航试验关键参数,多船通航条件是近年来水工物理模型自航船模试验研究热点和难点,目前自航船模轨迹测量方法主要有两种:
①激光测角交叉定位法,在自航船模首尾安装两个反光靶标,利用两台激光测角扫描***扫描两靶标的方位角,基于交叉定位法,实时计算自航船模航行轨迹。该方法测量精度高、实时性好,是目前广为认可的方法。但由于交叉定位法会产生虚假交汇点,现有算法无法剔除这些虚假交汇点,所以目前该方法仅能实现单自航船模轨迹测量。
②图像识别跟踪测量法,在物理模型上方安装摄像机,基于机器视觉方法,跟踪测量自航船模航行轨迹。相比于激光测角交叉定位法,该方法对自航船模数量没有限制,可实现对多船运动轨迹同时跟踪测量,但该方法计算效率极度依赖硬件资源,实时性差,同时由于边缘畸变难以矫正、环境光照条件复杂以及测量精度较激光测角交叉定位法要低,所以目前仍处于试验改进阶段。
因此,为解决以上问题,需要一种多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,能够在保持高精度、高频响的优势下,对多条自航船模轨迹同时进行跟踪测量。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是克服现有技术中的缺陷,提供多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,能够在保持高精度、高频响的优势下,对多条自航船模轨迹同时进行跟踪测量。
本发明的多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,包括如下步骤:
S1.试验开始前,将n条自航船模依次排开,使得n条自航船模的船头朝向一致,并为n条自航船模分别设置船头靶标与船尾靶标,使用两套扫描仪同时对n条自航船模的船头靶标以及船尾靶标进行扫描,得到n条自航船模靶标的初始左方位角序列G0:与初始右方位角序列H0:其中,n=1,2,3,…,N;i=1,2,…,n;i为自航船模编号;以及分别为其中一套扫描仪对第i条自航船模进行扫描得到的船头方位角与船尾方位角;以及分别为其中另外一套扫描仪对第i条自航船模进行扫描得到的船尾方位角与船头方位角;方位角的下标为靶标的编号;
S2.试验开始后,对n条自航船模的船头靶标与船尾靶标进行扫描,得到n条自航船模靶标的左方位角序列G1:(α1,α2,…,α2i-1,α2i,…,α2n-1,α2n)与右方位角序列H1:(β1,β2,…,β2i-1,β2i,…,β2n-1,β2n);
S3.计算左方位角序列G1与初始左方位角序列G0的残差矩阵Δdα;计算右方位角序列H1与初始右方位角序列H0的残差矩阵Δdβ;
S4.根据残差矩阵Δdα对左方位角序列G1中方位角的顺序进行调整,使得左方位角匹配所属靶标,得到新的左方位角序列根据残差矩阵Δdβ对右方位角序列H1中右方位角的顺序进行调整,使得右方位角匹配所属靶标,得到新的右方位角序列
S6.将每次扫描到的新的左方位角序列与右方位角序列分别作为下次扫描的初始左方位角序列与初始右方位角序列,按照步骤S2-S5类推,直到试验结束,最后得到n条自航船模的船头靶标坐标序列集CH与船尾靶标坐标序列集CT;
S7.根据n条自航船模的船头靶标坐标序列集CH与船尾靶标坐标序列集CT计算n条自航船模的运行轨迹。
进一步,步骤S2中,当自航船模靶标出现遮挡时,扫描到的左方位角序列G:(α1,α2,…,αk,…,αp)或右方位角序列H:(β1,β2,…,βl,…,βq)中方位角个数会减少,则需要对左方位角序列或右方位角序列进行补全;其中,k以及p为左方位角下标,取值均为正整数,且k<p,p<2n;l以及q为右方位角下标,取值均为正整数,且l<q,q<2n。
进一步,根据如下步骤对左方位角序列G进行补全:
S34.将数据对差值序列中数据对差值按照从小到大的顺序排列,取出前2n-p个数据对差值,查找2n-p个数据对差值分别对应的左方位角填补到左方位角序列中;
根据如下步骤对右方位角序列H进行补全:
S38.将数据对差值序列中数据对差值按照从小到大的顺序排列,取出前2n-q个数据对差值,查找2n-q个数据对差值分别对应的右方位角填补到右方位角序列中。
进一步,步骤S3中,根据如下公式确定残差矩阵Δdα:
根据如下公式确定残差矩阵Δdβ:
a.确定残差矩阵Δdα中与左方位角α1差值最小的初始左方位角序列中的方位角将α1调整到左方位角序列中第s个靶标所在的位置,记为其中,为自航船模第s个靶标对应的左方位角;下标s为所属靶标编号;s为奇数时表示船头靶标,s为偶数时表示船尾靶标;上标1为第1次测量;
b.删除残差矩阵Δdα的第1行以及第s列,确定残差矩阵Δdα中与左方位角α2差值最小的初始左方位角序列中的方位角将α2调整到左方位角序列中第r个靶标所在的位置,记为其中,r=1,2,…,2n;为自航船模第r个靶标对应的左方位角;下标r为所属靶标编号;r为奇数时表示船头靶标,r为偶数时表示船尾靶标;上标1为第1次测量;
e.确定残差矩阵Δdβ中与右方位角β1差值最小的初始右方位角序列中的方位角将β1调整到右方位角序列中第s个靶标所在的位置,记为其中,为自航船模第s个靶标对应的右方位角;下标s为所属靶标编号;s为奇数时表示船尾靶标,s为偶数时表示船头靶标;上标1为第1次测量;
f.删除残差矩阵Δdβ的第1行以及第s列,确定残差矩阵Δdβ中与右方位角β2差值最小的初始右方位角序列中的方位角将β2调整到右方位角序列中第r个靶标所在的位置,记为其中,r=1,2,…,2n;为自航船模第r个靶标对应的右方位角;下标r为所属靶标编号;r为奇数时表示船尾靶标,r为偶数时表示船头靶标;上标1为第1次测量;
其中,Li为第i条自航船模靶标间的实际距离,σi为靶标间距离测量值的离散阈值。
进一步,根据如下公式确定靶标间距离测量值的离散阈值σi:
进一步,步骤S43中,根据如下步骤对第i条自航船模的方位角序列中方位角的顺序进行重新调整:
S436.计算距离差值A、B以及C中的最小值min;
S437.判断最小值min是否大于3σi;如是,继续执行步骤S431-S436,直到min≤3σi,当执行次数超过10次时,则丢弃扫描到的左右方位角序列;否则,将最小值min所对应的方位角调整结果作为最终的方位角修正结果。
本发明的有益效果是:本发明公开的一种多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,通过扫描得到自航船模靶标的方位角序列,对自航船模靶标所属方位角进行调整匹配,使得测量的方位角对应到相应的自航船模靶标上,对方位角的匹配结果进行校验,当匹配结果有误差时,再次对方位角所属靶标进行匹配,保证匹配结果的准确性,从而在保持高精度、高频响的优势下,实现对多条自航船模轨迹同时进行跟踪测量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的方法流程示意图;
图2为本发明的激光自航船模轨迹仪测量示意图;
图3为本发明的多目标自航船模初始条件示意图;
图4为本发明的多目标自航船模方位角遮挡示意图;
图5为本发明的多目标自航船模方位角干扰示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明,如图所示:
本发明的多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,包括如下步骤:
S1.试验开始前,将n条自航船模依次排开,使得n条自航船模的船头朝向一致,并为n条自航船模分别设置船头靶标与船尾靶标,使用两套扫描仪同时对n条自航船模的船头靶标以及船尾靶标进行扫描,得到n条自航船模靶标的初始左方位角序列G0:与初始右方位角序列H0:其中,n=1,2,3,…,N;i=1,2,…,n;i为自航船模编号;以及分别为其中一套扫描仪对第i条自航船模进行扫描得到的船头方位角与船尾方位角;以及分别为其中另外一套扫描仪对第i条自航船模进行扫描得到的船尾方位角与船头方位角;方位角的下标为靶标的编号;
S2.试验开始后,对n条自航船模的船头靶标与船尾靶标进行扫描,得到n条自航船模靶标的左方位角序列G1:(α1,α2,…,α2i-1,α2i,…,α2n-1,α2n)与右方位角序列H1:(β1,β2,…,β2i-1,β2i,…,β2n-1,β2n);
S3.计算左方位角序列G1与初始左方位角序列G0的残差矩阵Δdα;计算右方位角序列H1与初始右方位角序列H0的残差矩阵Δdβ;
S4.根据残差矩阵Δdα对左方位角序列G1中方位角的顺序进行调整,使得左方位角匹配所属靶标,得到新的左方位角序列根据残差矩阵Δdβ对右方位角序列H1中右方位角的顺序进行调整,使得右方位角匹配所属靶标,得到新的右方位角序列
S6.将每次扫描到的新的左方位角序列与右方位角序列分别作为下次扫描的初始左方位角序列与初始右方位角序列,按照步骤S2-S5类推,直到试验结束,最后得到n条自航船模的船头靶标坐标序列集CH与船尾靶标坐标序列集CT;
S7.根据n条自航船模的船头靶标坐标序列集CH与船尾靶标坐标序列集CT计算n条自航船模的运行轨迹。
激光自航船模轨迹仪测量原理如图2所示,自航船模首尾立有两个反光杆A和B,LSR1和LSR2为两套激光扫描测角***,用来检测A、B所处位置的方位角信息。LSR1与LSR2间的距离为L,测量过程中保持不变。以LSR1为原点,以LSR1与LSR2连线为x轴,建立直角坐标系。LSR1逆时针扫描,得到A、B两点的左方位角分别为α1、α2。LSR2顺时针扫描,得到A、B两点的右方位角分别为β2、β1。
根据测点方位角及三角形正弦定理,可得到A、B两点二维坐标:
根据式(1)与式(2)可得自航船模运动轨迹。
其中,本发明所述自航船模为人为遥控运动的船模,通过遥控对船模的运动进行控制。
本实施例中,步骤S1中,设有n条自航船模,每条自航船模上有2个靶标,共有2n个靶标。在进入试验河段前(也就是在试验开始前,各条自航船模保持静止),调整自航船模间位置,将n条自航船模依次排开,且船头均朝向试验河段,对于每条自航船模,激光扫描测角***LSR1扫描得到一组左方位角:i为自航船模编号,共有n组,n为正整数,将其进行合并,得到左方位角序列调整各自航船模相对位置,使其满足:
满足式(3)的各自航船模方位角相互错开,将距试验河段最近的自航船模编号为1号,其它依次编号为2号自航船模,…,n号自航船模。则有:
本实施例中,步骤S2中,激光测角扫描***得到的方位角数据序列,少数情况下,多条自航船模在运动过程中,某些靶标可能会被其它靶标遮挡,导致激光扫描测角***输出的方位角序列长短不一。如图4所示,当自航船模1靶标、自航船模2靶标、激光出射点三点共线时,自航船模2的靶标将被遮挡,左方位角数据序列会减少1个,LSR1输出数据序列长度为2n-1,数据缺失,需要对缺失数据进行填补。由于自航船模1与自航船模2的船尾左方位角相等,可在数据序列中填入相同的方位角数据,以补全数据。缺失数据填补的原理即是找到共线时的方位角,并将原方位角序列进行扩充。
具体地,填补方法如下:
3.将数据对差值组成序列:
对序列(9)的元素按照从小到大的顺序排列,取该序列中前2n-p个最小值所对应的数据对,若没有2n-p个数据时,则将序列(9)中的数据全部取出,设其中的一个数据对为其位于式(8)中的第k行,说明αk与 接近,从而导致自航船模运动过程中出现遮挡现象,以αk填充缺失数据集,将αk加到序列(α1,α2,…,αk,…,αp)的末尾即可。具体地,可将从序列(9)中取出的多个最小值按照从小到大的顺序排序,并依照此排序顺序,找出2n-p个数据进行依次填补,不够2n-p个数据时,可将找到的最后一个数据进行多次填补,使得方位角序列得以完整,实现如下转换:
(α1,α2,…,αk,…,αp)→(α1,α2,…,αj,…,α2n) (10)
若LSR2测得的方位角序列(β1,β2,…,βl,…,βq),q<2n,则数据也发生缺失,同理,根据上述步骤1-3,对右方位角序列进行填补,实现如下转换:
(β1,β2,…,βl,…,βq)→(β1,β2,…,βj,…,β2n) (11)
最终的左方位角序列为(α1,α2,…,α2i-1,α2i,…,α2n-1,α2n),右方位角序列为(β1,β2,…,β2i-1,β2i,…,β2n-1,β2n),其中,i=1,2,…,n。
本实施例中,步骤S3中,初始状态时,是第i条自航船模的船头与船尾的左方位角,是第i条自航船模的船头与船尾右方位角。由于每条自航船模船速、运动方向、运动轨迹等没有相关性,因此,自航船模运动后,测得的左方位角序列中的α2i-1、α2i并不一定是第i条船的左方位角,右方位角序列中的β2j、β2j-1也并不一定是第i条船的右方位角。需要将测量得到的方位角重新分配到各个对应的靶标上。
自航船模运动过程中,其方位角是连续变化的,激光扫描测角***扫描频率50Hz,自航船模运动速度相对很慢,可以认为,同一个靶标相邻两次测量的方位角变化极小。基于这一思想,通过计算相邻两次测量的方位角的残差矩阵,对当前测量的方位角所属靶标进行区分。
当前测得的左方位角与初始条件左方位角的残差矩阵Δdα:
其中,第j行表示测得的左方位角αj与初始条件下各靶标左方位角初始值之差的绝对值。
本实施例中,步骤S4中,根据如下步骤确定左方位角αj(j=1,2,…,2n)所属靶标:
c.按照步骤b类推,依次确定左方位角序列(α1,α2,…αj,…,α2n)中各个方位角所属靶标编号,实现如下变换:
同理,根据步骤S3,计算当前测得的右方位角与初始条件下右方位角的残差矩阵Δdβ:
根据步骤S4,具体地,根据上述步骤a至c进行类推,对当前测量的右方位角序列进行变换:
对左右方位角进行变换后,理想情况下可根据式(1)和式(2)计算每条自航船模每个靶标的运动轨迹,但由于多船运动轨迹相互交叉干扰,易产生方位角误判。例如,如图5所示,理想情况下自航船模1方位角变化值为θ1,自航船模2方位角变化值为θ2。由于两条自航船模方位角较接近,使用方位角匹配算法可能将自航船模1的方位角变化值误判为θ3,将自航船模2的方位角变化值误判为θ4,从而产生错误,影响了自航船模跟踪精度。
对变换结果进行检验与修正:
1)靶标匹配误判检验
2)方位角修正方法
设第i条自航船模的靶标方位角匹配有误,但不确定是哪个方位角匹配错误。则根据如下方式对方位角进行修正:
①左方位角重匹配
根据方位角匹配算法,第i条自航船模两靶标左方位角的测量值以及对应序列(α1,α2,…,αj,…,α2n)中的αe、αg,方位角αe的残差项 位于残差矩阵Δdα(式(12))中的第e行,方位角αg的残差项位于残差矩阵Δdα中的第g行。将第e行和第g行移至残差矩阵Δdα的最后两行(不分先后),根据方位角匹配算法重新计算第i条自航船模两靶标左方位角测量值以及的对应值,并生成新的匹配序列
②右方位角重匹配
根据方位角匹配算法,第i条自航船模两靶标右方位角的测量值以及对应序列(β1,β2,…,βj,…,β2n)中的βf、βh,方位角βf的残差项 位于残差矩阵Δdβ(式(16))中的第f行,方位角βh的残差项位于残差矩阵Δdβ中的第h行。将第f行和第h行移至残差矩阵Δdβ的最后两行(不分先后),根据方位角匹配算法重新计算第i条自航船模两靶标右方位角测量值以及的对应值,并生成新的匹配序列
③左右方位角同时重匹配
根据上述①与②,对左右方位角同时重匹配。
根据式(20),计算上述三种情况(①、②以及③)下的靶标间距离,并计算每种情况的值。若三种情况下,则取最小值所对应的匹配结果作为最终的方位角修正结果。若三种情况下, 则继续三种情况下的重匹配过程,当迭代(重匹配)n次(一般设置为10次)后,若仍无法满足靶标匹配误判检验标准,则迭代终止,并丢弃本次测量的方位角数据;若满足靶标匹配误判检验标准,则找到三种情况下的 并取所对应的匹配结果作为最终的方位角修正结果。
本实施例中,步骤S5中,基于校验修正后的左方位角序列与右方位角序列根据式子(1)以及式子(2),计算n条自航船模开始试验后第一次扫描时船头靶标坐标与船尾靶标坐标,其中,第i条自航船模船头坐标为船尾坐标为按照自航船模的编号顺序,依次将自航船模对应的船头坐标放入坐标序列中,则得到n条自航船模的船头靶标坐标序列 同理,得到n条自航船模的船尾靶标坐标序列
本实施例中,步骤S6中,
2)使用LSR1与LSR2开始第2次扫描,并再次进行缺失数据填补、执行方位角匹配算法、并对方位角校验及修正,得到第2次的左方位角匹配序列与右方位角匹配序列以左方位角匹配序列以及右方位角匹配序列确定的多目标自航船模位置作为第3次扫描数据的初始条件。以此类推,对自航船模进行多次扫描。
4)根据式(1)与式(2),计算自航船模试验过程中每条自航船模船头靶标与船尾靶标的坐标,得到每次扫描的n条自航船模的船头靶标坐标序列与船尾靶标坐标序列,其中,第w次扫描得到的自航船模的船头靶标坐标序列与船尾靶标坐标序列分别为最终得到n条自航船模的船头靶标坐标序列集CH:与船尾靶标坐标序列集CT:
本实施例中,步骤S7中,取出n条自航船模的船头靶标坐标序列集CH中第一次扫描得到的船头靶标坐标序列与船尾靶标坐标序列再从序列中取出编号为1的自航船模的船头靶标坐标从序列中取出编号为1的自航船模的船尾靶标坐标计算编号为1的自航船模第1次被扫描得到的坐标为其中,同理,计算编号为1的自航船模第w次被扫描得到的坐标为其中,编号为1的自航船模的第w次被扫描得到的船头靶标坐标为船尾靶标坐标为则得到编号为1自航船模的坐标序列为(C11,C12,…,C1w,…);按照得到编号为1的自航船模坐标序列的方法类推,得到所有自航船模在整个试验过程中的坐标序列;其中,编号为i的自航船模的坐标序列为(Ci1,Ci2,…,Ciw,…);
将编号为i的自航船模的坐标序列(Ci1,Ci2,…,Ciw,…)从左至右依次取出,展示到上述建立的直角坐标系上,并将坐标点按照取出的先后顺序依次顺连,得到编号为i的自航船模的运行轨迹;同理,按照上述所述方式,生成其他自航船模的运行轨迹。同时,根据自航船模的轨迹以及试验运行的时间可以得到自航船模的航速、漂角等数据。从而实现对多目标自航船模运动轨迹的跟踪测量。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1.试验开始前,将n条自航船模依次排开,使得n条自航船模的船头朝向一致,并为n条自航船模分别设置船头靶标与船尾靶标,使用两套扫描仪同时对n条自航船模的船头靶标以及船尾靶标进行扫描,得到n条自航船模靶标的初始左方位角序列G0:与初始右方位角序列H0:其中,n=1,2,3,…,N;i=1,2,…,n;i为自航船模编号;以及分别为其中一套扫描仪对第i条自航船模进行扫描得到的船头方位角与船尾方位角;以及分别为其中另外一套扫描仪对第i条自航船模进行扫描得到的船尾方位角与船头方位角;方位角的下标为靶标的编号;
S2.试验开始后,对n条自航船模的船头靶标与船尾靶标进行扫描,得到n条自航船模靶标的左方位角序列G1:(α1,α2,…,α2i-1,α2i,…,α2n-1,α2n)与右方位角序列H1:(β1,β2,…,β2i-1,β2i,…,β2n-1,β2n);
S3.计算左方位角序列G1与初始左方位角序列G0的残差矩阵Δdα;计算右方位角序列H1与初始右方位角序列H0的残差矩阵Δdβ;
S4.根据残差矩阵Δdα对左方位角序列G1中方位角的顺序进行调整,使得左方位角匹配所属靶标,得到新的左方位角序列根据残差矩阵Δdβ对右方位角序列H1中右方位角的顺序进行调整,使得右方位角匹配所属靶标,得到新的右方位角序列
S6.将每次扫描到的新的左方位角序列与右方位角序列分别作为下次扫描的初始左方位角序列与初始右方位角序列,按照步骤S2-S5类推,直到试验结束,最后得到n条自航船模的船头靶标坐标序列集CH与船尾靶标坐标序列集CT;
S7.根据n条自航船模的船头靶标坐标序列集CH与船尾靶标坐标序列集CT计算n条自航船模的运行轨迹。
2.根据权利要求1所述的多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,其特征在于:步骤S2中,当自航船模靶标出现遮挡时,扫描到的左方位角序列G:(α1,α2,…,αk,…,αp)或右方位角序列H:(β1,β2,…,βl,…,βq)中方位角个数会减少,则需要对左方位角序列或右方位角序列进行补全;其中,k以及p为左方位角下标,取值均为正整数,且k<p,p<2n;l以及q为右方位角下标,取值均为正整数,且l<q,q<2n。
3.根据权利要求2所述的多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,其特征在于:根据如下步骤对左方位角序列G进行补全:
S34.将数据对差值序列中数据对差值按照从小到大的顺序排列,取出前2n-p个数据对差值,查找2n-p个数据对差值分别对应的左方位角填补到左方位角序列中;
根据如下步骤对右方位角序列H进行补全:
S38.将数据对差值序列中数据对差值按照从小到大的顺序排列,取出前2n-q个数据对差值,查找2n-q个数据对差值分别对应的右方位角填补到右方位角序列中。
a.确定残差矩阵Δdα中与左方位角α1差值最小的初始左方位角序列中的方位角将α1调整到左方位角序列中第s个靶标所在的位置,记为其中,为自航船模第s个靶标对应的左方位角;下标s为所属靶标编号;s为奇数时表示船头靶标,s为偶数时表示船尾靶标;上标1为第1次测量;
b.删除残差矩阵Δdα的第1行以及第s列,确定残差矩阵Δdα中与左方位角α2差值最小的初始左方位角序列中的方位角将α2调整到左方位角序列中第r个靶标所在的位置,记为其中,r=1,2,…,2n;为自航船模第r个靶标对应的左方位角;下标r为所属靶标编号;r为奇数时表示船头靶标,r为偶数时表示船尾靶标;上标1为第1次测量;
e.确定残差矩阵Δdβ中与右方位角β1差值最小的初始右方位角序列中的方位角将β1调整到右方位角序列中第s个靶标所在的位置,记为其中,为自航船模第s个靶标对应的右方位角;下标s为所属靶标编号;s为奇数时表示船尾靶标,s为偶数时表示船头靶标;上标1为第1次测量;
f.删除残差矩阵Δdβ的第1行以及第s列,确定残差矩阵Δdβ中与右方位角β2差值最小的初始右方位角序列中的方位角将β2调整到右方位角序列中第r个靶标所在的位置,记为其中,r=1,2,…,2n;为自航船模第r个靶标对应的右方位角;下标r为所属靶标编号;r为奇数时表示船尾靶标,r为偶数时表示船头靶标;上标1为第1次测量;
8.根据权利要求6所述的多目标自航船模轨迹跟踪测量方法,其特征在于:步骤S43中,根据如下步骤对第i条自航船模的方位角序列中方位角的顺序进行重新调整:
S436.计算距离差值A、B以及C中的最小值min;
S437.判断最小值min是否大于3σi;如是,继续执行步骤S431-S436,直到min≤3σi,当执行次数超过10次时,则丢弃扫描到的左右方位角序列;否则,将最小值min所对应的方位角调整结果作为最终的方位角修正结果。
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Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1289741A (zh) * | 1969-01-09 | 1972-09-20 | ||
JPS60162972A (ja) * | 1984-02-02 | 1985-08-24 | Japan Radio Co Ltd | レ−ダ航法装置 |
JPS6154477A (ja) * | 1984-08-24 | 1986-03-18 | Tokyo Keiki Co Ltd | 船位検出装置 |
US5977906A (en) * | 1998-09-24 | 1999-11-02 | Eaton Vorad Technologies, L.L.C. | Method and apparatus for calibrating azimuth boresight in a radar system |
CN103640668A (zh) * | 2013-11-13 | 2014-03-19 | 上海诸光机械有限公司 | 一种连杆式水平面平面运动机构的控制方法 |
CN106403943A (zh) * | 2016-05-31 | 2017-02-15 | 中国人民解放军理工大学 | 基于惯性角增量自适应补偿的惯性姿态匹配测量方法 |
CN106871900A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-20 | 中国人民解放军海军工程大学 | 船舶磁场动态检测中图像匹配定位方法 |
CN108279576A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-07-13 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种复合轴目标跟踪仿真测试*** |
CN108801142A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-11-13 | 复旦大学 | 一种特大尺寸工件双移动测量机器人***及方法 |
CN109632259A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-04-16 | 重庆交通大学 | 水工物理模型试验自航船模纵剖面下沉量的测量装置及方法 |
CN109631898A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-16 | 重庆交通大学 | 对船舶进行导航的方法及装置 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070159922A1 (en) * | 2001-06-21 | 2007-07-12 | Zimmerman Matthew J | 3-D sonar system |
US8567077B2 (en) * | 2011-10-20 | 2013-10-29 | Raytheon Company | Laser tracker system and technique for antenna boresight alignment |
-
2019
- 2019-11-29 CN CN201911206118.9A patent/CN110986947B/zh active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1289741A (zh) * | 1969-01-09 | 1972-09-20 | ||
JPS60162972A (ja) * | 1984-02-02 | 1985-08-24 | Japan Radio Co Ltd | レ−ダ航法装置 |
JPS6154477A (ja) * | 1984-08-24 | 1986-03-18 | Tokyo Keiki Co Ltd | 船位検出装置 |
US5977906A (en) * | 1998-09-24 | 1999-11-02 | Eaton Vorad Technologies, L.L.C. | Method and apparatus for calibrating azimuth boresight in a radar system |
CN103640668A (zh) * | 2013-11-13 | 2014-03-19 | 上海诸光机械有限公司 | 一种连杆式水平面平面运动机构的控制方法 |
CN106403943A (zh) * | 2016-05-31 | 2017-02-15 | 中国人民解放军理工大学 | 基于惯性角增量自适应补偿的惯性姿态匹配测量方法 |
CN106871900A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-20 | 中国人民解放军海军工程大学 | 船舶磁场动态检测中图像匹配定位方法 |
CN108279576A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-07-13 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种复合轴目标跟踪仿真测试*** |
CN108801142A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-11-13 | 复旦大学 | 一种特大尺寸工件双移动测量机器人***及方法 |
CN109631898A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-16 | 重庆交通大学 | 对船舶进行导航的方法及装置 |
CN109632259A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-04-16 | 重庆交通大学 | 水工物理模型试验自航船模纵剖面下沉量的测量装置及方法 |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
Jun Wu等.Ship’s tracking control based on nonlinear time series model.《ELSEVIER》.2012,第1-11页. * |
LU Xiao-Gang.Study of the improvement of software for laser ship model tracking.《SPIE》.1993,第1-5页. * |
吴俊等.船舶底部纵剖轮廓线扫描测量方法.《交通运输工程学报》.2014,第14卷(第2期),第62-67页. * |
张婷等.基于激光二维扫描的船模航行轨迹测量***.《电子测量与仪器学报》.2015,第29卷(第4期),第531-541页. * |
徐高钱等.激光船模轨迹仪研制.《中国造船》.1986,第80-88页. * |
李晓飚等.通航小尺度船模试验研究.《长江科学院院报》.2005,第22卷(第2期),第5-8页. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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