CN117872355A - 一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法及***，综合考虑了雷达***和光电设备的相对位置关系，光电设备安装平台倾斜情况以及雷达***探测数据时效性等因素，能较为准确生成光电设备所需目指，并在转换过程中，根据光电设备安装平台倾斜情况(倾斜角度比较小)将坐标系旋转矩阵转换和三角函数转换为简单的加法与乘法运算，能大大降低计算量，方面编码与实现。本发明提供的目指生成方法具备目指精度高、实时性强特点，对分布式或不同安装平台的雷达、光电协同探测均适用，能对高速移动飞行目标提供有效的光电目指，引导光电设备对目标进行侦察、跟踪。
Description
技术领域
本发明涉及雷达光电协同探测领域，更具体地，涉及一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法及***。
背景技术
多传感器的协同探测可以弥补单一传感器在复杂环境适应性、隐身/低空目标探测、杂波环境下目标检测跟踪、目标识别、威胁等级判别等方面存在的能力不足，以及提升单传感器在探测跟踪范围、精度、数据率等性能。综合利用雷达的强搜索和多目标探测能力与光电的可视、高精度、高数据率的特点进行雷达、光电的协同探测越来越广泛，如针对低、慢、小飞行目标探测***、无人装备(无人车、无人艇)的综合探测感知***以及舰载多传感器协同探测体系。
雷达与光电协同探测的一个典型应用是利用雷达搜索到的目标信息引导光电设备进行监视、跟踪与识别，目前雷达引导光电的目指生成方法主要考虑了两者相对位置关系，忽略了安装平台的倾斜情况以及雷达探测数据时效性，导致对高速运动目标或不同载体下雷达目指信息不准，无法有效引导光电对目标进行监视、跟踪。
发明内容
为了能实时、高精度将雷达探测信息转换为光电目指，本发明提供了一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法及***，综合考虑了雷达、光电设备的相对位置、各自安装载体的倾斜角度，以及雷达探测数据外推与转换。
根据本发明的第一方面，提供了一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法，包括：
获取雷达***对目标在历史最近三个时刻下的探测信息，每一时刻的探测信息包括坐标位置信息，将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中；
根据雷达***和光电设备之间的相对位置信息，对转换后的每个时刻的坐标位置信息进行坐标系平移，获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息；
根据获取的目标在历史最近三个时刻直角坐标系下的位置信息，采用匀加速模型对目标位置进行外推，预估目标在当前时刻下的位置坐标信息；
将预估的目标在当前时刻下的位置坐标信息，结合光电设备安装平台的横摇角θx和纵摇角θy进行直角坐标系旋转转换，获取当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息；
将获取的当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息，转换为以光电为载体的极坐标系位置信息，并对极坐标位置信息进行方位零位补偿，获取目标相对光电设备所在的方位角和俯仰角。
根据本发明的第二方面，提供一种基于雷达***引导光电设备的目指生成***，包括：
第一转换模块，用于获取雷达***对目标在历史最近三个时刻下的探测信息，每一时刻的探测信息包括坐标位置信息，将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中；
平移模块，用于根据雷达***和光电设备之间的相对位置信息，对转换后的每个时刻的坐标位置信息进行坐标系平移，获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息；
预估模块，用于根据获取的目标在历史最近三个时刻直角坐标系下的位置信息，采用匀加速模型对目标位置进行外推，预估目标在当前时刻下的位置坐标信息；
第二转换模块，用于将预估的目标在当前时刻下的位置坐标信息，结合光电设备安装平台的横摇角θx和纵摇角θy进行直角坐标系旋转转换，获取当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息；
第三转换模块，用于将获取的当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息，转换为以光电为载体的极坐标系位置信息，并对极坐标位置信息进行方位零位补偿，获取目标相对光电设备所需的方位角和俯仰角。
本发明提供的一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法及***，综合考虑了雷达***和光电设备的相对位置关系，光电设备安装平台倾斜情况以及雷达***探测数据时效性等因素，能较为准确生成光电设备所需目指，并在转换过程中，根据光电设备安装平台倾斜情况(倾斜角度不大于3°)将坐标系旋转矩阵转换和三角函数转换为简单的加法与乘法运算，能大大降低计算量，方面编码与实现。本发明提供的目指生成方法具备目指精度高、实时性强特点，对分布式或不同安装平台的雷达、光电协同探测均适用，能对高速移动飞行目标提供有效的光电目指，引导光电设备对目标进行侦察、跟踪。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法的流程图；
图2为雷达光电对导引目标探测的时间轴示意图；
图3-1为光电设备安装平台以ox轴旋转(纵摇角θy)的空间几何关系示意图；
图3-2为光电设备安装平台以oy轴旋转(横摇角θx)的空间几何关系示意图；
图4为本发明提供的一种基于雷达***引导光电设备的目指生成***的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
针对目前雷达***引导光电设备的目指生成方法过于简单，导致对高速运动目标或不同载体下雷达目指信息存在不准情况，本发明创造考虑了多种因素，并优化目指生成流程与计算步骤，提升了目指信息时效性与精度。
图1为本发明提供的一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法流程图，如图1所示，方法包括：
步骤1，获取雷达***对目标在历史最近三个时刻下的探测信息，每一时刻的探测信息包括坐标位置信息，将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中。
步骤2，根据雷达***和光电设备之间的相对位置信息，对转换后的每个时刻的坐标位置信息进行坐标系平移，获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息。
其中，获取雷达***对目标在历史最近三个时刻下的探测信息，每一时刻的探测信息包括坐标位置信息，将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中，包括：
当雷达***对目标在历史第i个时刻下的探测信息为极坐标位置信息时，通过如下公式将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中：
其中，θi、Ri分别为雷达***在历史时刻i探测的目标的方位角、俯仰角和斜距，θi'＝θi+θR，θR为雷达***方位零位与北向的夹角，顺时针为正。
相应的，所述根据雷达***和光电设备之间的相对位置信息，对转换后的每个时刻的坐标位置信息进行坐标系平移，获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息，包括：
其中，xGR、yGR、zGR是在以光电设备为坐标原点建立的东北天直角坐标系中雷达坐标位置。
可理解的是，雷达***对目标的探测信息可能为极坐标位置信息或者地球坐标系，上述为当雷达***对目标的探测信息为极坐标位置信息时，将雷达***探测到的目标的极坐标位置信息转换为以光电设备为坐标原点建立的东北天直角坐标系中雷达坐标位置的方案。
那么当雷达***对目标的探测信息为地球坐标系时，利用光电设备所在的地球坐标系位置信息对雷达***在每一个时刻下对目标的探测信息进行转换，以获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息，所述地球坐标系信息包括经度、纬度和海拔高度。
其中，根据雷达***在历史第i个时刻探测的目标的经度和纬度以及光电设备在相同时刻探测的目标的经度和纬度，获取目标相对光电设备的水平投影距离Ri'信息，通过两点的海拔高获取目标相对光电高度信息Hi'，以及获取目标与北向的夹角θi'，则目标在以光电设备为原点的建立的东北天直角坐标系中的位置信息为：
其中，Hi'＝Hi-HG,Hi为雷达***探测到的目标海拔高值，HG为光电设备所在位置海拔高值。
步骤3，根据获取的目标在历史最近三个时刻直角坐标系下的位置信息，采用匀加速模型对目标位置进行外推，预估目标在当前时刻下的位置坐标信息。
可理解的是，根据上述步骤2可得到历史最近三个时刻目标以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息，本步骤根据历史最近三个时刻目标以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息来预估当前时刻目标的位置信息。具体的，本发明采用匀加速模型对当前时刻的目标位置进行外推，预估目标在当前时刻下的位置坐标信息其预估公式为：
其中，分别为雷达***对导引目标在历史最近第一个时刻B点、第二个时刻C点、最近第三个时刻D点的探测信息经坐标转换后的东北天直角坐标系中的坐标位置，T1为探测B点与探测C点之间的时间间隔，T2为探测C点与探测D点之间的时间间隔，Δt为当前时刻A点与最近第一个时刻探测点B的时间间隔，雷达***和光电设备对导引目标探测的时间轴示意图可参见图2。
步骤4，将预估的目标在当前时刻下的位置坐标信息，结合光电设备安装平台的横摇角θx和纵摇角θy进行直角坐标系旋转转换，获取当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息。
可理解的是，根据预估的目标在当前时刻下的位置坐标信息A
结合光电设备安装平台横摇角θx(右倾为正)与纵摇角θy(抬头为正)进行直角坐标系旋转转换，先绕ox轴转动纵摇角θy进展坐标转换，可参见图3-1，再绕oy轴转动横摇角θx进行展旋转矩阵变化，可参见图3-2，获取目标A点在光电载体下直角坐标系位置A'
(x'GA,y'GA,z'GA)，其表示式如下：
其中，若光电安装平台面的横摇角θx与纵摇角θy的角度值在±3°内，那么sinθy≈θy≈0，sinθy≈θy≈0， 可将转换矩阵进一步简化，简化后的表达式如下：
步骤5，将获取的当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息，转换为以光电为载体的极坐标系位置信息，并对极坐标位置信息进行方位零位补偿，获取目标相对光电设备所需的方位角和俯仰角。
可理解的是，将步骤4中获取得到的A'直角坐标位置信息，转换为以光电为载体的极坐标系位置信息，再进行方位零位补偿，获取目标相对光电所需的方位θGA和俯仰角
其中，θG为光电方位零位与北向的夹角，顺时针为正，为光电俯仰零位标称值相对大地水平面差值。
参见图4，本发明还提供了一种基于雷达***引导光电设备的目指生成***，该***包括第一转换模块401、平移模块402、预估模块403、第二转换模块404和第三转换模块405，其中：
第一转换模块401，用于获取雷达***对目标在历史最近三个时刻下的探测信息，每一时刻的探测信息包括坐标位置信息，将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中；
平移模块402，用于根据雷达***和光电设备之间的相对位置信息，对转换后的每个时刻的坐标位置信息进行坐标系平移，获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息；
预估模块403，用于根据获取的目标在历史最近三个时刻直角坐标系下的位置信息，采用匀加速模型对目标位置进行外推，预估目标在当前时刻下的位置坐标信息；
第二转换模块404，用于将预估的目标在当前时刻下的位置坐标信息，结合光电设备安装平台的横摇角θx和纵摇角θy进行直角坐标系旋转转换，获取当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息；
第三转换模块405，用于将获取的当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息，转换为以光电为载体的极坐标系位置信息，并对极坐标位置信息进行方位零位补偿，获取目标相对光电设备所需的方位角和俯仰角。
可以理解的是，本发明提供的一种基于雷达***引导光电设备的目指生成***与前述各实施例提供的基于雷达***引导光电设备的目指生成方法相对应，基于雷达***引导光电设备的目指生成***的相关技术特征可参考基于雷达***引导光电设备的目指生成方法的相关技术特征，在此不再赘述。
本发明实施例提供的一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法及***，综合考虑了雷达、光电的相对位置关系，光电安装平台倾斜情况以及雷达探测数据时效性等因素，能较为准确生成光电设备所需目指，并在转换过程中，根据光电安装平台倾斜情况(倾斜角度不大于3°)将坐标系旋转矩阵转换和三角函数转换为简单的加法与乘法运算，能大大降低计算量，方面编码与实现。本发明创造目指生成方法具备目指精度高、实时性强特点，对分布式或不同安装平台的雷达、光电协同探测均适用，能对高速移动飞行目标提供有效的光电目指，引导光电设备对目标进行侦察、跟踪。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种基于雷达***引导光电设备的目指生成方法，其特征在于，包括：
获取雷达***对目标在历史最近三个时刻下的探测信息，每一时刻的探测信息包括坐标位置信息，将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中；
根据雷达***和光电设备之间的相对位置信息，对转换后的每个时刻的坐标位置信息进行坐标系平移，获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息；
根据获取的目标在历史最近三个时刻直角坐标系下的位置信息，采用匀加速模型对目标位置进行外推，预估目标在当前时刻下的位置坐标信息；
将预估的目标在当前时刻下的位置坐标信息，结合光电设备安装平台的横摇角θx和纵摇角θy进行直角坐标系旋转转换，获取当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息；
将获取的当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息，转换为以光电为载体的极坐标系位置信息，并对极坐标位置信息进行方位零位补偿，获取目标相对光电设备所在的方位角和俯仰角。
2.根据权利要求1所述的目指生成方法，其特征在于，所述获取雷达***对目标在历史最近三个时刻下的探测信息，每一时刻的探测信息包括坐标位置信息，将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中，包括：
当雷达***对目标在历史第i个时刻下的探测信息为极坐标位置信息时，通过如下公式将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中：
Ri分别为雷达***在历史时刻i探测的目标的方位角、俯仰角和斜距，θi'＝θi+θR，θR为雷达***方位零位与北向的夹角，顺时针为正；
相应的，所述根据雷达***和光电设备之间的相对位置信息，对转换后的每个时刻的坐标位置信息进行坐标系平移，获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息，包括：
其中，xGR、yGR、zGR是在以光电设备为坐标原点建立的东北天直角坐标系中雷达坐标位置。
3.根据权利要求1所述的目指生成方法，其特征在于，当雷达***对目标在历史每一个时刻下的探测信息为地球坐标系信息时，利用光电设备所在的地球坐标系位置信息对雷达***在每一个时刻下对目标的探测信息进行转换，以获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息，所述地球坐标系信息包括经度、纬度和海拔高度；
其中，根据雷达***在历史第i个时刻探测的目标的经度和纬度以及光电设备在相同时刻探测的目标的经度和纬度，获取目标相对光电设备的水平投影距离Ri'信息，通过两点的海拔高获取目标相对光电高度信息Hi'，以及获取目标与北向的夹角θi'，则目标在以光电设备为原点的建立的东北天直角坐标系中的位置信息为：
其中，Hi'＝Hi-HG,Hi为雷达***探测到的目标海拔高值，HG为光电设备所在位置海拔高值。
4.根据权利要求1所述的目指生成方法，其特征在于，所述根据获取的目标在历史最近三个时刻直角坐标系下的位置信息，采用匀加速模型对目标位置进行外推，预估目标在当前时刻下的位置坐标，包括：
其中，分别为雷达***对导引目标在历史最近第一个时刻B点、第二个时刻C点、最近第三个时刻D点的探测信息经坐标转换后的东北天直角坐标系中的坐标位置，T1为探测B点与探测C点之间的时间间隔，T2为探测C点与探测D点之间的时间间隔，Δt为当前时刻A点与最近第一个时刻探测点B的时间间隔，为预估的当前时刻A点的位置坐标信息。
5.根据权利要求1所述的目指生成方法，其特征在于，所述将预估的目标在当前时刻下的位置坐标信息，结合光电设备安装平台的横摇角θx和纵摇角θy进行直角坐标系旋转转换，获取当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息，包括：
其中，(x'GA,y'GA,z'GA)为当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置坐标，为当前时刻目标在东北天直角坐标系位置信息。
6.根据权利要求5所述的目指生成方法，其特征在于，若光电设备安装平台面的横摇角θx与纵摇角θy的角度值在±3°内，则：
7.根据权利要求5所述的目指生成方法，其特征在于，所述将获取的当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息，转换为以光电为载体的极坐标系位置信息，并对极坐标位置信息进行方位零位补偿，获取目标相对光电设备所需的方位角和俯仰角，包括：
其中，θGA和分别表示目标相对光电设备所需的方位角和俯仰角，θG为光电方位零位与北向的夹角，顺时针为正，/>为光电俯仰零位标称值相对大地水平面差值。
8.一种基于雷达***引导光电设备的目指生成***，其特征在于，包括：
第一转换模块，用于获取雷达***对目标在历史最近三个时刻下的探测信息，每一时刻的探测信息包括坐标位置信息，将每一个时刻探测的坐标位置信息转换到东北天直角坐标系中；
平移模块，用于根据雷达***和光电设备之间的相对位置信息，对转换后的每个时刻的坐标位置信息进行坐标系平移，获取以光电设备为原点建立的东北天直角坐标系位置信息；
预估模块，用于根据获取的目标在历史最近三个时刻直角坐标系下的位置信息，采用匀加速模型对目标位置进行外推，预估目标在当前时刻下的位置坐标信息；
第二转换模块，用于将预估的目标在当前时刻下的位置坐标信息，结合光电设备安装平台的横摇角θx和纵摇角θy进行直角坐标系旋转转换，获取当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息；
第三转换模块，用于将获取的当前时刻目标在光电设备载体下的直角坐标系位置信息，转换为以光电为载体的极坐标系位置信息，并对极坐标位置信息进行方位零位补偿，获取目标相对光电设备所在的方位角和俯仰角。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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