CN116774142B - 一种非等高双机交叉定位中的坐标转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种非等高双机交叉定位中的坐标转换方法，解决了现有技术中的坐标转换方法不适用于一般情况下的非等高双机交叉定位的问题，实现了正确转换坐标，提高定位精度的能力，且转换过程简单易行，运算量小，实时性高，能够满足工程实践的要求的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及无源探测领域，尤其涉及一种非等高双机交叉定位中的坐标转换方法。
背景技术
目前在电子对抗领域中最常用的目标定位方法有无源定位和有源定位两种，相比有源探测技术，无源侦测定位跟踪技术具有反隐身、反预警、抗反辐射导弹等优点，而在电子对抗领域使用更多，最常用的定位方法包括测角交叉定位(AOA)、时差定位(TDOA)、频差定位(FDOA)。由于交叉定位只需要不少于两台设备同时工作且不要求设备间较高的时间同步精度，克服了时差定位不少于三台设备同时工作且设备之间高精度时间同步的要求，也克服了频差定位要求设备不间断移动的特点，交叉定位方法被广泛使用。交叉定位的直接定位结果是以无人机定位站与目标所确定的斜距平面观察坐标系作为参考的，要获得精确的目标真实经纬度，还需要把目标的观察坐标系转换到大地坐标系。
在双机交叉定位问题中，如果两台无人机处于相同的高度，或者相对高度差很小可忽略，则采用简单的投影映射方法即可完成目标坐标系的转换。
但是，实际定位场景中，两台无人机为了与目标辐射源形成最优的通视条件，往往需要不断调整自身海拔高度，从而使得多台无人机的高度产生了差异性，难以形成理想的等高条件。
在非等高情形下进行双机交叉定位，投影映射方法计算得到的坐标与真实坐标有差距，而且坐标计算误差随着无人机相对高度的增大而变大，也会随绝对海拔高度的增大而变大，严重时还会得出错误的定位结果。因此，等高双机交叉定位情形下的坐标转换方法不再适用于一般实际情况。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种非等高双机交叉定位中的坐标转换方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种非等高双机交叉定位中的坐标转换方法，所述转换方法包括：
建立交叉定位场景，坐标系由xg轴、yg轴和z轴构成；
两台无人机，分别位于P(0,0,h1)和Q(xgQ,0,h2)点，共同对位于T(xgT,ygT,0)点的辐射源目标进行侦察并完成测向交叉定位；
PQ长度为无人机站间距RPQ，PQ连线延长线与xg轴相交与D点，与xg轴夹角为θ；
从T出发作PQ的垂线且与PQ相交与B(xsT，0)点，则PQ与TB形成新的平面，称为斜距平面；
过P点作一条与TB平行的直线ys，则由xs轴PD与ys轴构成新的xs-ys坐标系；
无人机测向交叉定位***通过两条视向线测量得到的定位结果在xs-ys坐标系中的坐标为T(xsT,ysT)；
把T(xsT,ysT)换算到T(xgT,ygT,0)，分别对横坐标和纵坐标的完成转换。
可选的，所述对横坐标和纵坐标的完成转换步骤之后还包括：
根据正北方向旋转大地坐标系xg-yg-z到ENU坐标系；
根据相关公式把ENU坐标系转换到ECEF坐标系；
根据相关公式把ECEF坐标系下的坐标转换到LLA坐标系下的(lon,lat,alt)，完成了全部坐标转换，并获得目标辐射源T的经纬高。
可选的，所述对横坐标和纵坐标的完成转换具体包括：
步骤1：从T出发作xg轴的垂线且与xg轴相交于A点；△BAT是以∠A为直角的直角三角形；
步骤2：从B出发作xg轴的垂线且与xg轴相交于C点。显然，△ABC是以∠C为直角的直角三角形，且∠ABC为θ；
步骤3：根据如下公式计算xs轴与xg轴的夹角θ；
步骤4：根据如下公式计算xs-ys坐标系原点B的的高度h0；
h0＝h1-xsTsinθ
步骤5：根据如下公式计算AB的长度；
步骤6：最后根据如下公式计算目标在大地坐标系xg-yg-z中的yg坐标和xg坐标；
xgT＝xsT*cosθ-h0*tanθ。
本发明提供了一种非等高双机交叉定位中的坐标转换方法，解决了现有技术中的坐标转换方法不适用于一般情况下的非等高双机交叉定位的问题，实现了正确转换坐标，提高定位精度的能力，且转换过程简单易行，运算量小，实时性高，能够满足工程实践的要求的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的交叉定位场景中的坐标示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示的交叉定位场景中，坐标系由xg轴、yg轴和z轴构成。一共有两台无人机，分别位于P(0,0,h1)和Q(xgQ,0,h2)点，共同对位于T(xgT,ygT,0)点的辐射源目标进行侦察并完成测向交叉定位。PQ长度即为无人机站间距RPQ，PQ连线延长线与xg轴相交与D点，与xg轴夹角为θ。
从T出发作PQ的垂线且与PQ相交与B(xsT，0)点，则PQ与TB形成新的平面，称为斜距平面。过P点作一条与TB平行的直线ys，则由xs轴(PD)与ys轴构成新的xs-ys坐标系。无人机测向交叉定位***通过两条视向线测量得到的定位结果在xs-ys坐标系中的坐标为T(xsT,ysT)。要把T(xsT,ysT)换算到T(xgT,ygT,0)，需分别对横坐标和纵坐标的完成转换，坐标转换步骤如下。
步骤1：从T出发作xg轴的垂线且与xg轴相交于A点。显然，△BAT是以∠A为直角的直角三角形。
步骤2：从B出发作xg轴的垂线且与xg轴相交于C点。显然，△ABC是以∠C为直角的直角三角形，且∠ABC为θ。
步骤3：根据如下公式计算xs轴与xg轴的夹角θ。
步骤4：根据如下公式计算xs-ys坐标系原点B的的高度h0。
h0＝h1-xsT sinθ
步骤5：根据如下公式计算AB的长度。
步骤6：最后根据如下公式计算目标在大地坐标系xg-yg-z中的yg坐标和xg坐标。
xgT＝xsT*cosθ-h0*tanθ
根据上述步骤完成坐标转换后，先根据正北方向旋转大地坐标系xg-yg-z到ENU坐标系，再根据相关公式把ENU坐标系转换到ECEF坐标系，最后根据相关公式把ECEF坐标系下的坐标转换到LLA坐标系下的(lon,lat,alt)，即完成了全部坐标转换，并获得目标辐射源T的经纬高。
在实际应用中，例如某公司于2022年12月试制完成了无人机协同电子对抗演示验证***，该***的数据处理机正是以本申请所述的非等高双机交叉定位中的坐标转换方法作为最终的坐标转换方案。无人机协同电子对抗演示验证***在外场多个场景多个空域下做了许多定位性能测试：在一般的非等高双机交叉定位情况下，可以完成正确的坐标转换，与未使用上述6个步骤完成坐标转换的传统坐标转换方法相比较，能输出更为精确的定位结果，证明了本申请所述的非等高双机交叉定位中的坐标转换方法的有效性和实用性。
有益效果：解决了现有技术中的坐标转换方法不适用于一般情况下的非等高双机交叉定位的问题，实现了正确转换坐标，提高定位精度的能力，且转换过程简单易行，运算量小，实时性高，能够满足工程实践的要求的技术效果。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种非等高双机交叉定位中的坐标转换方法，其特征在于，所述转换方法包括：
建立交叉定位场景，坐标系由xg轴、yg轴和z轴构成；
两台无人机，分别位于P(0,0,h1)和Q(xgQ,0,h2)点，共同对位于T(xgT,ygT,0)点的辐射源目标进行侦察并完成测向交叉定位；
PQ长度为无人机站间距RPQ，PQ连线延长线与xg轴相交与D点，与xg轴夹角为θ；
从T出发作PQ的垂线且与PQ相交与B(xsT，0)点，则PQ与TB形成新的平面，称为斜距平面；
过P点作一条与TB平行的直线ys，则由xs轴PD与ys轴构成新的xs-ys坐标系；
无人机测向交叉定位***通过两条视向线测量得到的定位结果在xs-ys坐标系中的坐标为T(xsT,ysT)；
把T(xsT,ysT)换算到T(xgT,ygT,0)，分别对横坐标和纵坐标的完成转换；
所述对横坐标和纵坐标的完成转换具体包括：
步骤1：从T出发作xg轴的垂线且与xg轴相交于A点；△BAT是以∠A为直角的直角三角形；
步骤2：从B出发作xg轴的垂线且与xg轴相交于C点；△ABC是以∠C为直角的直角三角形，且∠ABC为θ；
步骤3：根据如下公式计算xs轴与xg轴的夹角θ；
步骤4：根据如下公式计算xs-ys坐标系原点B的的高度h0；
h0＝h1-xsT sinθ
步骤5：根据如下公式计算AB的长度；
步骤6：最后根据如下公式计算目标在大地坐标系xg-yg-z中的yg坐标和xg坐标；
xgT＝xsT*cosθ-h0*tanθ。
2.根据权利要求1所述的一种非等高双机交叉定位中的坐标转换方法，其特征在于，所述对横坐标和纵坐标的完成转换步骤之后还包括：
根据正北方向旋转大地坐标系xg-yg-z到ENU坐标系；
根据相关公式把ENU坐标系转换到ECEF坐标系；
根据相关公式把ECEF坐标系下的坐标转换到LLA坐标系下的(lon,lat,alt)，完成了全部坐标转换，并获得目标辐射源T的经纬高。
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