CN103697885A - 自动补偿磁偏角的远程定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动补偿磁偏角的远程定位方法，包括：在多功能手持侦察仪器上加载定位系统组件，通过所述定位系统组件实时获取其自身的自定位信息、姿态信息以及自身与待测目标的距离信息，其中所述自定位信息包括WGS84大地坐标下的位置信息和时间信息中的一种或两种，将WGS84大地坐标下的位置信息转化为参心坐标系下的位置信息，协同与待测目标的距离信息和姿态信息计算得到待测目标的位置信息。本发明的方法能够方便且简单的实现现有的手持侦察设备的远程定位。

Description

自动补偿磁偏角的远程定位方法

技术领域

本发明涉及红外测试技术领域，尤其涉及一种自动补偿磁偏角的远程定位方法。

背景技术

目前国内外对多功能热像仪的研制使用尚处于起步阶段，此类仪器属于传统光电产品与导航定位技术的结合，该项技术属于此领域的关键技术。该技术方案目前主要应用于的车载、机载式远程定位方法，以嵌入式软硬件环境为平台，手持设备具有低功耗、小型化和轻重量的优点，因此，如何实现手持设备的远程定位方法以满足战场环境下的远程定位功能需求成为现在亟待需要解决的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种自动补偿磁偏角的远程定位方法，用以解决现有技术中的手持侦察设备不能实现远程定位的问题。

本发明主要是通过以下技术方案实现的：

一种自动补偿磁偏角的远程定位方法，该方法包括：

在多功能手持侦察仪器上加载定位系统组件，通过所述定位系统组件实时获取其自身的自定位信息、姿态信息以及自身与待测目标的距离信息，其中所述自定位信息包括WGS84大地坐标下的位置信息和时间信息中的一种或两种；

将WGS84大地坐标下的位置信息转化为参心坐标系下的位置信息，协同与待测目标的距离信息和姿态信息计算得到待测目标的位置信息。

优选地，所述定位系统组件进一步包括：定位仪、电子罗盘和激光测距机；

通过所述定位仪获取系统自身的自定位信息，通过所述电子罗盘获取系统自身姿态信息，并通过激光测距机获取系统自身与待测目标的距离信息。

优选地，所述姿态信息包括所述定位系统自身的磁北航向、俯仰和横滚信息中的一种或多种。

优选地，将WGS84大地坐标下的位置信息转化为参心坐标系下的位置信息的步骤之前，获取其自身的自定位信息、姿态信息以及自身与待测目标的距离信息的步骤之后，还包括：

通过所述自定位信息计算出当地磁偏角，根据计算得到当地的磁偏角将姿态信息中的磁北航向转化为真北航向。

优选地，将WGS84大地坐标下的位置信息转化为参心坐标系下的位置信息，协同与待测目标的距离信息和姿态信息计算得到待测目标的位置信息的步骤之后还包括：

将计算所得的待测目标的参心坐标系统下的位置信息转化为WGS84大地坐标下的位置信息，并进行输出显示。

优选地，将计算所得的待测目标的参心坐标系统下的位置信息转化为WGS84大地坐标下的位置信息的步骤之后还包括：

将计算所得的待测目标的WGS84大地坐标下的位置信息转化BJ54大地坐标下的位置信息，并进行输出显示。

本发明有益效果如下：

本发明提供的一种自动补偿磁偏角的远程定位方法，通过在多功能手持侦察仪器上加载定位系统组件，通过所述定位系统组件实时获取其自身的自定位信息、姿态信息和自身与待测目标的距离信息，通过自定位信息将电子罗盘姿态系统中的磁北校正为真北，并将自定位信息（WGS84坐标）转化为参心坐标系，然后根据参心坐标系下的自定位信息和自身到目标的距离以及姿态信息计算得到目标的位置（参心坐标），然后将计算所得的目标位置的参心坐标转化为WGS84坐标，并同时输出转化后的BJ54坐标。从而实现了现有的手持侦察设备远程定位。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明实施例的自动补偿磁偏角的远程定位方法的流程图；

图2为本发明实施例的坐标转换流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。

本发明实施例的主要目的是提供一种自动补偿磁偏角的远程定位方法，在多功能手持侦察仪器上加载定位系统组件，通过所述定位系统组件实时获取其自身的自定位信息、姿态信息和自身与待测目标的距离信息，通过自定位信息将电子罗盘姿态系统中的磁北校正为真北，并将自定位信息（WGS84坐标）转化为参心坐标系，然后根据参心坐标系下的自定位信息和自身到目标的距离以及姿态信息计算得到目标的位置（参心坐标），然后将计算所得的目标位置的参心坐标转化为WGS84坐标，并同时输出转化后的BJ54坐标。从而实现了现有的手持侦察设备远程定位。下面就通过几个具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明实施例提供了一种自动补偿磁偏角的远程定位方法，参见图1，该方法包括：

S101、在多功能手持侦察仪器上加载定位系统组件；

定位系统组件进一步包括：GPS(或北斗)定位仪、电子罗盘和激光测距机。

S102、通过所述定位系统组件实时获取其自身的自定位信息、姿态信息以及自身与待测目标的距离信息；

具体的，本发明实施例通过GPS(或北斗)定位仪获取多功能手持侦察仪器自身的自定位信息，通过电子罗盘获取自身姿态信息，通过激光测距机获取自身与待测目标的距离信息。其中，自定位信息包括WGS84大地坐标下的位置信息和时间信息中的一种或两种。

本发明实施例在获取自定位信息、姿态信息以及自身与待测目标的距离信息的步骤之后还包括：

计算磁偏角信息，通过计算的磁偏角信息校正所述电子罗盘的磁北角校正为真北角。因为磁北角是变化的，而手持类设备通常采用地磁场定向方式，所以磁偏角的计算就显得尤为重要。因为地球的磁极不是在北极点和南极点上，而是有比较大的偏移，磁极每时每刻都在在不停的运动着，因此计算磁偏角还需要考虑日期和位置的因素。

本发明实施例中的姿态信息包括所述定位系统自身的磁北航向、俯仰和横滚信息中的一种或多种。

S103、将WGS84大地坐标下的位置信息转化为参心坐标系下的位置信息，协同与待测目标的距离信息和姿态信息计算得到待测目标的位置信息。

该步骤具体包括：将自定位信息（WGS84坐标）转化为参心坐标系，然后根据参心坐标系下的自定位信息和自身到目标的距离以及姿态信息计算得到目标的位置（参心坐标），然后将计算所得的目标位置的参心坐标转化为WGS84坐标，并同时输出转化后的BJ54坐标。

由于军用多功能手持侦察装备通常需要配合军用地图使用，而我国军用地图的坐标系采用的是1954年北京坐标系（BJ54），而GPS或北斗接收机输出的定位数据通常采用的是WGS84坐标系，因此必须进行坐标转换以实现坐标系的统一，以更好的符合现实，提供给用户两套坐标系下的定位信息。

下面以一个具体的例子对本发明进行详细的说明：

为了进行远程定位，多功能手持侦察仪器系统首先获取定位组件输出的自定位信息，通常该信息采用NEMA0183协议，系统需要经历将字符串信息转换成浮点数的过程。必须包含的信息有WGS84坐标系下的大地经纬度坐标、高程、时间、日期和搜星状态等。其次，由于手持设备体积重量有限，无法像车载机载环境下可以采用高精度、大体积的差分GPS（或北斗）定向仪或者陀螺等导航组件，比较适合采用基于地磁场定向的电子罗盘。由于电子罗盘的磁阻传感器对电磁场干扰敏感，在安装位置上需要尽可能的远离变化的干扰源，在周围磁场明显变化后需要通过校正来提高定向精度。另外，系统姿态的俯仰角对远程定位的精度也有直接影响，通过电子罗盘上附加的加速度计来测量。

由于需要输出两套坐标系坐标，需要实现从WGS84坐标向BJ54坐标的转换。具体转化过程如图2所示，这里的转换分为两部分，即自定位坐标转换和远程定位坐标转换。这两部分内容是分开各自进行的，但由于手持侦察仪器远程定位两点间的距离通常不会超过10公里，所以可以选用相同的转换参数。WGS84坐标系和BJ54坐标系不但坐标系形式不同，而且坐标系基准也不相同，因此坐标转换包含坐标系转换和坐标基准转换两方面内容。前者是指在同一基准下，空间点的不同坐标形式间的坐标转换，而后者是指在不同的基准下进行测量坐标的转换。WGS84坐标系属于地心坐标系统，其坐标原点处于地球质心上，参考椭球面采用WGS84椭球。而我国军用地图使用的BJ54坐标系属于参心坐标系，其参考椭球面采用克拉索夫斯基椭球，并采用高斯-克吕格投影方式进行投影。对坐标转换精度不高的情况下坐标系统转换模型可采用平面转换模型的设计方法，平面转换模型要求假设两坐标系中心和坐标轴方向一致，方法简单但只适用于小范围低精度的转换。而空间转换模型较为复杂，但适用范围大，精度高，本发明在嵌入式系统中采用空间转换模型为实现坐标转换。坐标转换需要计算七个转换参数，该参数的计算通过三个已知点来获取。这三个已知点的选取应尽可能分散，且其BJ54和WGS84下的两套坐标应具有很高的精度，这样才能保持较高的转换精度。通过计算参数，可以得到两套坐标轴的偏移量dx、dy、dz和旋转变量ex、ey、ez，以及比例尺k。当然实际操作中这七个参数也可以由用户输入，当设备在以已知点为圆心的约30公里范围可以使用该参数完成WGS84大地坐标到BJ54大地坐标的转换。BJ54坐标系通常采用高斯平面投影的形式，其大地坐标与平面投影的转换可由高斯正反变换算法完成。另外，磁偏角的计算主要根据美国国家地理中心发布的地球磁偏角分布点来拟合，通过将地球模型按经纬度划分区间，使得设备在全球范围内的任何位置任何时刻都可以实时计算磁偏角，确保远程定位算法的准确性。

本发明主要用于多功能手持侦察仪器，也可用于某些其它定向方式受限的远程定位仪器，如水下机器人和枪瞄具等。通过有机结合远程定位算法、磁偏角计算和坐标转换技术，在各传感器精度得到保证的状况下得到最理想的远程定位精度。

本发明需要特别注意的要点是：必须保证红外光轴与测距机光轴一致，同时电子罗盘磁阻传感器方位角需同光轴进行归零。此环节可在设备出厂前标定，标定的方法可采用某高精度标定的参考点进行，将设备移动至距离该参考点1公里以上距离（GPS或北斗定位组件可获取自定位信息处），计算两点间的真北夹角，并与电子罗盘输出的方位角进行比较，将误差归零。考虑到电子罗盘方位角误差的非线性特点，也可以多次计算求平均值，以确保在各个方位角度均满足系统定向需求。

本发明提供了一种自动补偿磁偏角的远程定位方法，在多功能手持侦察仪器上加载定位系统组件，通过所述定位系统组件实时获取其自身的自定位信息和姿态信息，将自定位信息转化为参心坐标系，然后根据参心坐标系下的自定位信息计算到目标的距离，根据计算得到的到目标的距离和姿态信息计算得到目标的位置。从而实现了现有的手持侦察设备远程定位。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种自动补偿磁偏角的远程定位方法，其特征在于，包括：

在多功能手持侦察仪器上加载定位系统组件，通过所述定位系统组件实时获取其自身的自定位信息、姿态信息以及自身与待测目标的距离信息，其中所述自定位信息包括WGS84大地坐标下的位置信息和时间信息中的一种或两种；

将WGS84大地坐标下的位置信息转化为参心坐标系下的位置信息，协同与待测目标的距离信息和姿态信息计算得到待测目标的位置信息。

2.根据权利要求1所述的远程定位方法，其特征在于，所述定位系统组件进一步包括：定位仪、电子罗盘和激光测距机；

通过所述定位仪获取系统自身的自定位信息，通过所述电子罗盘获取系统自身姿态信息，并通过激光测距机获取系统自身与待测目标的距离信息。

3.根据权利要求1所述的远程定位方法，其特征在于，所述姿态信息包括所述定位系统自身的磁北航向、俯仰和横滚信息中的一种或多种。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的远程定位方法，其特征在于，将WGS84大地坐标下的位置信息转化为参心坐标系下的位置信息的步骤之前，获取其自身的自定位信息、姿态信息以及自身与待测目标的距离信息的步骤之后，还包括：

通过所述自定位信息计算出当地磁偏角，根据计算得到当地的磁偏角将姿态信息中的磁北航向转化为真北航向。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的远程定位方法，其特征在于，将WGS84大地坐标下的位置信息转化为参心坐标系下的位置信息，协同与待测目标的距离信息和姿态信息计算得到待测目标的位置信息的步骤之后还包括：

将计算所得的待测目标的参心坐标系统下的位置信息转化为WGS84大地坐标下的位置信息，并进行输出显示。

6.根据权利要求5所述的远程定位方法，其特征在于，将计算所得的待测目标的参心坐标系统下的位置信息转化为WGS84大地坐标下的位置信息的步骤之后还包括：

将计算所得的待测目标的WGS84大地坐标下的位置信息转化BJ54大地坐标下的位置信息，并进行输出显示。

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