CN113923330A - 多目标测量*** - Google Patents

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Abstract

一种多目标测量***，其中机架包括横支撑架和竖支撑架，多个测量模块沿轴向分布在横支撑架上，各个测量模块用于获取对应的目标图像，并对目标图像进行处理，得到目标图像中待测目标的图像位置数据；数据处理器根据多个待测目标的图像位置数据，确定各个待测目标的空间位置数据；由于多个测量模块独立对其测量范围内的待测目标进行测量，并且各个测量模块对其跟踪的待测目标的图像位置数据进行提取后输出至数据处理器，使得数据处理器无需对含有待测目标的图像进行处理，直接将各个待测目标的图像位置数据转换为空间位置数据即可，提升了整个多目标测量***的数据处理效率，且实现了对高速飞行的多个目标进行同时测量。

Description

多目标测量***
技术领域
本发明涉及多目标测量技术领域，具体涉及一种多目标测量***。
背景技术
在科研、军事领域，需要对高速飞行集群目标的运动轨迹进行监测，准实时/实时获取单个/多个目标的姿态、轨迹、落点及其分布，这类目标通常具有目标小、速度快、散布范围广等特点，常规的跟踪式光电望远镜难以胜任，因此常常采用等待式高速成像测量***凝视成像的工作方式。
等待式目标测量***，如果采用单个镜头，难以同时兼顾大视场和高分辨率两项性能，需要增加分站数量实现大视场和高分辨率之间的平衡。若增加目标测量***数量，会带来设备规模的急剧增加，运输设备、操作人员、经费成本都将大幅度提升，为了追求实用性和性价比，往往只能降低对分辨率及测量精度的要求。
现有的大视场等待式的测量***，往往事先根据单一场景设置好***的视场、指向等参数，难以匹配应用场景发生变化带来的视场、分辨率要求的变化，存在灵活性不够等问题。
同时，对于落点测量设备，由于目标速度极快，反应时间有限，只能采用等待测量方式。设备通常根据事前的预报设置好观测区域，没有实时指向调整功能，如果目标偏离等待区域，则无法获取有效数据。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何更有效地对高速飞行的集群目标进行同时测量。
根据第一方面，一种实施例中提供一种多目标测量***,包括：
机架，所述机架包括：横支撑架、竖支撑架和二自由度调整机构，所述横支撑架与竖支撑架相互垂直连接；所述二自由度调整机构用于在方位方向和俯仰方向上调整所述机架的偏转角度；
多个测量模块，所述测量模块沿轴向分布在所述横支撑架上，各个所述测量模块用于获取对应的目标图像，并对目标图像进行处理，得到目标图像中待测目标的图像位置数据；其中，各个所述测量模块用于对其测量范围内的待测目标进行测量；
数据处理器，用于接收多个测量模块输出的待测目标的图像位置数据，并基于多个待测目标的图像位置数据，确定各个所述待测目标的空间位置数据；
伺服控制模块，用于控制所述二自由度调整机构，以调整所述机架在方位方向和俯仰方向上的偏转角度。
在一实施例中，所述测量模块包括：图像采集单元、图像处理单元和子二自由度调整机构；
所述图像采集单元包括光学镜头和探测器，所述图像采集单元用于采集目标图像；
所述图像处理单元用于对采集的目标图像进行处理，提取目标图像中待测目标的图像位置数据；
所述子二自由度调整机构用于调整对应所述测量模块在方位方向和俯仰方向上的偏转角度。
在一实施例中，所述数据处理器还用于接收外部输入的指令，并基于所述指令，产生多个控制命令，所述控制命令与所述测量模块一一对应；
所述数据处理器还用于将多个控制命令发送至对应的测量模块；
其中，所述控制命令至少包括用于控制对应测量模块中的子二自由度调整机构的命令、用于控制所述光学镜头进行调光和/或调焦的命令以及用于控制所述探测器采集目标图像的命令。
在一实施例中，所述图像处理单元用于对采集的目标图像进行处理，提取目标图像中待测目标的的图像位置数据，包括：
获取对应的所述测量模块在方位方向的偏转角度Ai以及俯仰方向的偏转角度Ei；
获取所述目标图像中待测目标所处位置的像元数xij和yij；其中，xij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在X轴的像元数，yij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在Y轴的像元数；
获取所述测量模块中光学镜头的焦距f，以及所述机架在方位方向的偏转角度A0和俯仰方向的偏转角度E0；
根据以下公式计算得到所述目标图像中待测目标j的图像位置数据：
σijA＝xij/(f*cos(E0+Ei))；
σijE＝yij/f；
其中，σijA为待测目标j的图像方位角度值；σijE为待测目标j的图像俯仰角度值；f为光学镜头的焦距；xij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在X轴的像元数，yij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在Y轴的像元数。
在一实施例中，所述基于多个待测目标的图像位置数据，确定各个所述待测目标的空间位置数据，包括：
根据以下公式计算得到待测目标j的空间位置数据：
Aijx＝A0+Ai+σijA；
Eijx＝E0+Ei+σijE；
其中，Aijx为待测目标j的空间方位角度值；Eijx为待测目标j的空间俯仰角度值。
在一实施例中，所述横支撑架包括第一横支撑架和第二横支撑架，所述第一横支撑架和第二横支撑架相平行，且第一横支撑架和第二横支撑架均与竖支撑架相互垂直连接。
在一实施例中，所述竖支撑架在轴向上依次与第一横支撑架、第二横支撑架在轴向上的中点连接。
在一实施例中，所述第一横支撑架在轴向上分布有4个测量模块，4个测量模块中的2个分布在竖支撑架的一侧，4个测量模块中的另外2个分布在竖支撑架的另一侧；
所述第二横支撑架在轴向上分布有4个测量模块，4个测量模块中的2个分布在竖支撑架的一侧，4个测量模块中的另外2个分布在竖支撑架的另一侧。
在一实施例中，所述二自由度调整机构包括第一二自由度调整机构和第二二自由度调整机构；
所述第一二自由度调整机构用于调整支撑架在方位方向的偏转角度；
所述第二二自由度调整机构用于调整支撑架在俯仰方向的偏转角度。
在一实施例中，所述多个测量模块、伺服控制模块均与机架连接；
所述数据处理器与多个测量模块、伺服控制模块信号连接。。
依据上述实施例的多目标测量***，其中机架包括横支撑架和竖支撑架，多个测量模块沿轴向分布在横支撑架上，各个测量模块用于获取对应的目标图像，并对目标图像进行处理，得到目标图像中待测目标的图像位置数据；数据处理器根据多个待测目标的图像位置数据，确定各个待测目标的空间位置数据；由于多个测量模块独立对其测量范围内的待测目标进行测量，并且各个测量模块对其跟踪的待测目标的图像位置数据进行提取后输出至数据处理器，使得数据处理器无需对含有待测目标的图像进行处理，直接将各个待测目标的图像位置数据转换为空间位置数据即可，提升了整个多目标测量***的数据处理效率，且实现了对高速飞行的多个目标进行同时测量。
附图说明
图1为一种实施例的多目标测量***的结构示意图；
图2为图1所示机架的具体结构示意图；
图3为一种实施例的4个测量模块的分布示意图；
图4为横支撑架的分布示意图，其中(a)为一种实施例的第一横支撑架和第二横支撑架的分布示意图：(b)为另一种实施例的第一横支撑架和第二横支撑架的分布示意图；
图5为一种实施例的测量模块的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
请参考图1，图1为一种实施例的多目标测量***的结构示意图，本发明实施例提供的多目标测量***包括：机架101、多个测量模块102、数据处理器103和伺服控制模块104。
请参考图2，机架101包括：横支撑架201、竖支撑架202和二自由度调整机构203，横支撑架201与竖支撑架202相互垂直连接。在一实施例中，横支撑架201包括第一横支撑架2011和第二横支撑架2012，第一横支撑架2011和第二横支撑架2012相互平行，且第一横支撑架2011和第二横支撑架2012均与竖支撑架202相互垂直连接。
二自由度调整机构203用于在方位方向和俯仰方向上调整机架101的偏转角度。其中，二自由度调整机构203包括第一二自由度调整机构和第二二自由度调整机构；第一二自由度调整机构用于调整支撑架201在方位方向偏转角度；第二二自由度调整机构用于调整支撑架在俯仰方向的偏转角度。在一实施例中，第一二自由度调整机构为码盘，其水平设置在竖支撑架中，通过码盘的转动带动竖支撑架在方位方向上偏转。第二二自由度调整机构为垂直设置在横支撑架中的码盘，通过码盘的转动带动横支撑架在俯仰方位上偏转。
多个测量模块102沿轴向分布在所述横支撑架上，各个测量模块102用于获取对应的目标图像，并对目标图像进行处理，得到目标图像中待测目标的图像位置数据；其中，各个测量模块102用于对其测量范围内的待测目标进行测量。需要说明的是，在一些实施例中，测量模块的测量范围内可能没有待测目标出现，此时测量模块仍然正常采集图像以及对图像进行处理，只是提取出的待测目标的图像位置数据为空。
如图2所示，为了使多个测量模块102的测量范围能够对称形成一个较大的测量范围，竖支撑架202在轴向上依次与第一横支撑架2011、第二横支撑架2012在轴向上的中点连接。并且，第一横支撑架2011在轴向上分布有4个测量模块，4个测量模块中的2个分布在竖支撑架202的一侧，4个测量模块中的另外2个分布在竖支撑架202的另一侧；第二横支撑架2012在轴向上分布有4个测量模块，4个测量模块中的2个分布在竖支撑架202的一侧，4个测量模块中的另外2个分布在竖支撑架202的另一侧。
在本实施例中，通过调节横支撑架201上各个测量模块的方位角和俯仰角，使得各个测量模块具有不同的测量范围，并且这些测量范围能够正好相互临界，形成一个更大的测量范围。
在一实施例中，在纵向测量范围足够，需要较大横向测量范围的情况下，假设单个测量模块的测量范围为A，以第一横支撑架2011上的4个测量模块为例，如图3所示，4个测量模块在方位方向上的偏转角依次可以设置为-3/2*A、-1/2*A、1/2*A、3/2*A，4个测量模块在俯仰方向上的偏转角均设置为A，此时，整个测量***共同覆盖的测量范围为横向测量范围*纵向测量范围，即4A*2A，在上述情况下，测量***的空间分辨率可以达到单台测量模块的4倍。需要说明的是，考虑到测量范围之间的衔接，在实际应用中，每个测量模块的偏转角可稍小于上述偏转角。
在另一实施例中，在同时需要较大纵向、横向测量范围时，本实施例提供的测量***可以覆盖的最大测量范围为2A(横向测量范围)*4A(纵向测量范围)。
在本实施例中，第一横支撑架2011和第二横支撑架2012均能够独立在方位方向和俯仰方向上移动，即第一横支撑架2011可以绕竖支撑架202旋转，第二横支撑架2012可以绕竖支撑架202旋转，以形成多种测量范围布局，如图4所示，其中图4中的(a)为第一横支撑架和第二横支撑架相互垂直的结构示意图，图4中的(b)为第一横支撑架和第二横支撑架相互呈180°的结构示意图，其能够覆盖360°全空域范围。
在一实施例中，如图2和图5所示，测量模块102包括：图像采集单元1021、图像处理单元1022和子二自由度调整机构1023。其中，图像采集单元1021包括光学镜头和探测器，图像采集单元1022用于采集目标图像。图像处理单元用于对采集的目标图像进行处理，提取目标图像中待测目标的的图像位置数据。子二自由度调整机构用于调整对应所述测量模块在方位方向和俯仰方向上的偏转角度。这样，每个测量模块102能够独立采集图像，并对图像进行处理，提取图像中的待测目标以及待测目标在图像中的位置数据；此外，每个测量模块102能够单独控制其在方位方向和俯仰方向的偏转角，使得每个测量模块102在方位方向和俯仰方向上具有不同/相同的测量范围，多个测量模块102的各自测量范围能够组成一个较大的测量范围。此外，各个测量模块102可以对不同的待测目标进行测量，实现了同时对多目标进行测量。
在本实施例中，图像处理单元1022可以为嵌入在测量模块中的一个具有图像处理功能的数据处理芯片，其能够对对应的光学镜头和探测器采集的图像进行处理。在一实施例中，图像位置数据，包括：
获取对应的测量模块102在方位方向的偏转角度Ai以及俯仰方向的偏转角度Ei。其中，i表示多目标测量***中的第i个测量模块。
获取目标图像中待测目标所处位置的像元数xij和yij；其中，xij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在X轴的像元数，yij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在Y轴的像元数。
获取测量模块102中光学镜头的焦距f，以及机架在方位方向的偏转角度A0和俯仰方向的偏转角度E0。
根据以下公式计算得到目标图像中待测目标j的图像位置数据：
σijA＝xij/(f*cos(E0+Ei))；
σijE＝yij/f；
其中，σijA为待测目标j的图像方位角度值，即在图像坐标系下方位方向上的偏转角；σijE为待测目标j的图像俯仰角度值，即在图像坐标系下俯仰方向上的偏转角；f为光学镜头的焦距；xij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在X轴的像元数，yij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在Y轴的像元数。
数据处理器103用于接收多个测量模块102输出的待测目标的图像位置数据，并基于多个待测目标的图像位置数据，确定各个待测目标的空间位置数据。
在一实施例中，基于多个待测目标的图像位置数据，确定各个待测目标的空间位置数据，包括：
根据以下公式计算得到待测目标j的空间位置数据：
Aijx＝A0+Ai+σijA；
Eijx＝E0+Ei+σijE；
其中，Aijx为待测目标j的空间方位角度值，即在机架101所在的空间坐标系下待测目标j在方位方向上的偏转角；Eijx为待测目标j的空间俯仰角度值，即在机架所在的空间坐标系下待测目标j在俯仰方向上的偏转角。
在一实施例中，数据处理器103还用于接收外部输入的指令，并基于该指令，产生多个控制命令，控制命令与所述测量模块一一对应；数据处理器103还用于将多个控制命令发送至对应的测量模块；
在本实施例中，多个测量模块102均与数据处理器103信号连接，数据处理器103根据用户输入的指令或者预存指令，生成控制各个测量模块102进行至少一项功能的控制命令，其中，控制命令至少包括用于控制对应测量模块中的子二自由度调整机构的命令、用于控制所述光学镜头进行调光和/或调焦的命令以及用于控制所述探测器采集目标图像的命令。需要说明的是，各个测量模块102是各自独立通过数据处理器103进行控制的，通过数据处理器103的计算统筹，使得各个测量模块102能够共同覆盖一个较大的测量范围，满足多目标的测量要求。
伺服控制模块104用于控制二自由度调整机构，以调整机架101在方位方向和俯仰方向上的偏转角度。
在本实施例中，伺服控制模块104也是由数据处理器103发送的控制指令来控制其调整机架101在方位方向和俯仰方向上的偏转角度。
本实施例中的数据处理器103可以设置在机架101上，其可以为一具有数据处理功能的芯片；此外，数据处理器103也可以为一远程数据处理设备，其与伺服控制模块104、测量模块102无线连接，例如通过WIFI模块、蓝牙模块等方式。
在本发明实施例中，采用两层横支撑架(第一横支撑架、第二横支撑架)和竖支撑架垂直连接的方式，可以在横支撑架上排布多个测量模块，从纵、横两个方向扩展多目标测量***的测量范围。每一个测量模块可根据外部输入的指令调整其方位方向和俯仰方向的偏转角。两层横支撑架可以同步转动，也可以异步转动，使得本发明实施例提供的单目标测量***能够对各个测量模块的测量范围进行拼接，同时解决了高分辨率和大视场(大测量范围)之间的矛盾。此外，每个测量模块中嵌入有数据处理单元，使得测量模块能够具有图像采集、图像处理等功能，可实时处理获取的每一帧目标图像，提取各帧目标图像中待测目标的位置数据，并将提取的位置数据传送至数据处理器，在数据处理器中对所有测量模块输出的位置数据进行融合处理，减少了数据处理器的数据处理容量，数据处理器无需处理图像级数据，降低了数据处理器的负担，提高了实时数据的处理效率，减少了等待时间；再次，伺服控制模块以及各个测量模块能够根据数据处理器的指令，实时调整机架和各个测量模块在方位方向和俯仰方向的偏转角，能够更高速、准确地调整整个多目标测量***的当前指向，以使其能够快速、准确对准待测目标的落点预测区域。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种多目标测量***,其特征在于，包括：
机架，所述机架包括：横支撑架、竖支撑架和二自由度调整机构，所述横支撑架与竖支撑架相互垂直连接；所述二自由度调整机构分别用于在方位方向和俯仰方向上调整所述机架的偏转角度；
多个测量模块，所述测量模块沿轴向分布在所述横支撑架上，各个所述测量模块用于获取对应的目标图像，并对目标图像进行处理，得到目标图像中待测目标的图像位置数据；其中，各个所述测量模块用于对其测量范围内的待测目标进行测量；
数据处理器，用于接收多个测量模块输出的待测目标的图像位置数据，并基于多个待测目标的图像位置数据，确定各个所述待测目标的空间位置数据；
伺服控制模块，用于控制所述二自由度调整机构，以调整所述机架在方位方向和俯仰方向上的偏转角度。
2.如权利要求1所述的多目标测量***，其特征在于，所述测量模块包括：图像采集单元、图像处理单元和子二自由度调整机构；
所述图像采集单元包括光学镜头和探测器，所述图像采集单元用于采集目标图像；
所述图像处理单元用于对采集的目标图像进行处理，提取目标图像中待测目标的图像位置数据；
所述子二自由度调整机构用于调整对应所述测量模块在方位方向和俯仰方向上的偏转角度。
3.如权利要求2所述的多目标测量***，其特征在于，所述数据处理器还用于接收外部输入的指令，并基于所述指令，产生多个控制命令，所述控制命令与所述测量模块一一对应；
所述数据处理器还用于将多个控制命令发送至对应的测量模块；
其中，所述控制命令至少包括用于控制对应测量模块中的子二自由度调整机构的命令、用于控制所述光学镜头进行调光和/或调焦的命令以及用于控制所述探测器采集目标图像的命令。
4.如权利要求2所述的多目标测量***，其特征在于，所述图像处理单元用于对采集的目标图像进行处理，提取目标图像中待测目标的图像位置数据，包括：
获取对应的所述测量模块在方位方向的偏转角度Ai以及俯仰方向的偏转角度Ei；
获取所述目标图像中待测目标所处位置的像元数xij和yij；其中，xij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在X轴的像元数，yij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在Y轴的像元数；
获取所述测量模块中光学镜头的焦距f，以及所述机架在方位方向的偏转角度A0和俯仰方向的偏转角度E0；
根据以下公式计算得到所述目标图像中待测目标j的图像位置数据：
σijA＝xij/(f*cos(E0+Ei))；
σijE＝yij/f；
其中，σijA为待测目标j的图像方位角度值；σijE为待测目标j的图像俯仰角度值；f为光学镜头的焦距；xij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在X轴的像元数，yij为目标图像中在图像坐标系下待测目标j在Y轴的像元数。
5.如权利要求4所述的多目标测量***，其特征在于，所述基于多个待测目标的图像位置数据，确定各个所述待测目标的空间位置数据，包括：
根据以下公式计算得到待测目标j的空间位置数据：
Aijx＝A0+Ai+σijA；
Eijx＝E0+Ei+σijE；
其中，Aijx为待测目标j的空间方位角度值；Eijx为待测目标j的空间俯仰角度值。
6.如权利要求1至5中任一项所述的多目标测量***，其特征在于，所述横支撑架包括第一横支撑架和第二横支撑架，所述第一横支撑架和第二横支撑架相平行，且第一横支撑架和第二横支撑架均与竖支撑架相互垂直连接。
7.如权利要求6所述的多目标测量***，其特征在于，所述竖支撑架在轴向上依次与第一横支撑架、第二横支撑架在轴向上的中点连接。
8.如权利要求7所述的多目标测量***，其特征在于，所述第一横支撑架在轴向上分布有4个测量模块，4个测量模块中的2个分布在竖支撑架的一侧，4个测量模块中的另外2个分布在竖支撑架的另一侧；
所述第二横支撑架在轴向上分布有4个测量模块，4个测量模块中的2个分布在竖支撑架的一侧，4个测量模块中的另外2个分布在竖支撑架的另一侧。
9.如权利要求1所述的多目标测量***，其特征在于，所述二自由度调整机构包括第一二自由度调整机构和第二二自由度调整机构；
所述第一二自由度调整机构用于调整支撑架在方位方向的偏转角度；
所述第二二自由度调整机构用于调整支撑架在俯仰方向的偏转角度。
10.如权利要求1所述的多目标测量***，其特征在于，所述多个测量模块、伺服控制模块均与机架连接；
所述数据处理器与多个测量模块、伺服控制模块信号连接。
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