CN104501802A - 一种用于高速飞行器对地目标捕获、识别方法 - Google Patents

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贾平
王春龙
郝博雅
孙宇翔
高洪兴
沈宏海
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Abstract

一种用于高速飞行器对地目标捕获、识别的方法，涉及航空对地观测领域，它解决了现有航空光电成像设备对地目标捕获跟踪中，只能采用人工引导的方法而难以克服大速高比条件下图像快速刷新带来的无法及时发现目标、捕获锁定失败等问题。该方法包括飞控计算机、航空光电成像设备、惯导等设备依次连接，航空光电成像设备实时接收惯导送来的姿态数据，同时接收飞控计算机送来的搜索、捕获或跟踪指令和地面目标地理坐标数据和图像坐标数据。本发明所述方法结构简单，使用方便，提高了大速高比条件下对地捕获、跟踪的可靠性和便捷性。

Description

一种用于高速飞行器对地目标捕获、识别方法
技术领域
本发明涉及航空光学成像技术领域，具体涉及一种航空光电设备大速高比条件下或在图像刷新率高的情况下如何快速可靠的发现和捕获目标的方法。
背景技术
随着现代飞行器技术的发展，承载着航空光电成像设备的飞行器，其飞行速度越来越快，外挂在飞行器外部的航空光电成像设备面临的速高比随之增大，即图像刷新率不断增大，这导致获取的地面目标在图像中的驻留时间不断减少。由于目标在图像中的驻留时间事关能否人工发现、识别等使用需求。一般认为目标在图像中至少驻留8s~10s才能被人工观测和识别，目标在图像中驻留时间的减少意味着漏检或误判的可能性攀升。需要采取措施为目标捕获、跟踪提供可靠的方法。国内外普遍采用基于人工控制光电成像设备转动补偿载机速高比，实际使用中由于人工操作难以准确控制各轴系的转动速度，难以有效补偿速高比而导致目标搜索、捕获和识别操作失败。
发明内容
本发明为解决现有航空光电成像设备对地目标捕获跟踪中，只能采用人工引导的方法而难以克服大速高比条件下图像快速刷新带来的无法及时发现目标、捕获锁定失败等问题，提供一种用于快速捕获、识别地面目标的方法。
本发明的技术方案是：一种用于高速飞行器对地目标捕获、识别方法，其特征在于，包括对地目标捕获、识别装置，该装置包括航空光电成像设备、固定基板、惯导、飞控计算机，航空光电成像设备至惯导和飞控计算机的电缆、航空光电成像设备至飞控计算机的电缆；将航空光电成像设备通过固定基板固定在飞机上，航空光电成像设备至惯导和飞控计算机的电缆、航空光电成像设备至飞控计算机的电缆将航空光电成像设备、惯导和飞控计算机联系在一起；航空光电成像设备实时接收惯导送来的姿态数据，同时接收飞控计算机送来的搜索、捕获或跟踪指令，以及地面目标地理坐标数据和图像坐标数据。
将地面目标分为已知经纬度目标和未知经纬度目标两类，对已知经纬度目标采用目标经纬度数引跟踪方式；对未知经纬度目标采用速高比自动解算补偿的模式；利用解算出光电成像设备需要指向的方位、俯仰、横滚姿态角，控制航空光电成像设备的框架角度随动于此解算值，以延长指向目标的时间，从而延长了目标驻留在视场中的时间，为操作人员搜索、捕获、跟踪、识别目标提供了充足的时间。
本发明的优点是：结构简单，使用方便，提高了大速高比条件下对地捕获、跟踪的可靠性和便捷性。
附图说明
图1为本发明用于高速飞行器对地目标捕获、识别装置的构成示意图；
图2为本发明涉及的目标定位坐标关系示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明一种用于高速飞行器对地目标捕获、识别的方法，包括对地目标捕获、识别装置，该装置包括航空光电成像设备1、固定基板2、惯导4、飞控计算机7、航空光电成像设备至惯导和飞控计算机的电缆3、航空光电成像设备至飞控计算机的电缆6、飞机8；将航空光电成像设备1通过固定基板2固定在飞机上8上，航空光电成像设备1至惯导4和飞控计算机7的电缆3、航空光电成像设备1至飞控计算机7的电缆6将航空光电成像设备1、惯导4和飞控计算机联系在一起。航空光电成像设备实时接收惯导送来的姿态数据，同时接收飞控计算机送来的数引指令、地面目标的地理坐标数据和目标在图像中的坐标数据，利用这些数据经过计算实现对地目标进行捕获和识别。
本发明对地目标捕获方法有两种工作模式：将地面目标分为已知经纬度目标和未知经纬度目标两类，针对这两类目标，分别采用以下两种方法。
1）已知经纬度目标的工作模式：
此模式下，地面目标的地理坐标数据和目标在图像中的坐标数据已知。当航空光电成像设备准确指向地面目标时，航空光电成像设备与地面目标之间的连线即是航空光电成像设备的光轴。在地球直角坐标系中，根据几何学原理可知，已知两个端点的坐标后可以求解出连接这两个端点的线段相对坐标平面的夹角，而这一夹角就是航空光电成像设备的光轴指向角度。根据坐标解算后可以实时解算出载机动态飞行中航空光电成像设备的光轴指向角度从而引导航空光电成像设备实时指向目标，达到“目标地理经纬度引导跟踪”的效果。该引导跟踪效果指向目标后，可以使目标保持在视场中，从而达到延长目标在视场内的驻留时间，为操作人员捕获目标、判断和识别目标提供了充分的时间。
参见图2，本发明航空光电成像设备对已知经纬度目标的算法步骤如下：
第一步：利用目标的大地坐标系(L1,B1,H1)、载机的坐标系（L2,B2,H2）解算出目标与载机联线在大地坐标系中的角度（ɑ1,β1,γ1）；
第二步：利用无人机航向角、俯仰角、滚转角分别进行坐标变换，得到此联线在航空光电成像设备框架坐标系中的角度（ɑ2,β2,γ2）；
航空光电成像设备控制框架电机随动此角度（ɑ2,β2,γ2）从而实现实时指向地面目标。
2）未知经纬度目标的工作模式：
当航空光电成像设备准确指向地面目标时，航空光电成像设备与地面目标之间的连线即是航空光电成像设备的光轴。载机相对地面目标高速飞行，导致地面目标快速地从航空光电成像设备的视场内穿过，这一穿越角速度可由载机飞行速度、载机姿态、航空光电成像设备的框架角、载机相对地面的高度信息通过坐标变换而解算得到。利用此解算出的穿越角速度控制航空光电成像设备的框架反向运动以实现精确的“速高比补偿”效果。此前此速高比补偿指向目标后，可以使目标保持在视场中，从而达到延长目标在视场内驻留时间的目的，为操作人员捕获目标、判断和识别目标提供了充分的时间。
此模式下，地面目标的地理坐标数据和目标在图像中的坐标数据未知，因此此方法经历两个步骤，第一阶段是自主目标定位解算出图像中心的地理坐标数据，第二阶段是自主数引实现使目标保持在视场中。
第一步：利用激光测距值、光电侦察平台方位角、俯仰角计算目标点在光电侦察平台坐标系中坐标（x’2,y’2,z’2）；
第二步：利用无人机航向角、俯仰角、滚转角分别进行坐标旋转，得到目标点在导航坐标系中坐标（x,y,z）；
第三步：利用无人机卫星导航信息经度、纬度及高度进行坐标平移和旋转，得到目标点在大地直角坐标系中坐标（X,Y,Z）；
第四步：将目标大地直角坐标（X,Y,Z）系转换为大地坐标系(L1,B1,H1)。
以下步骤与工作模式1类似。
第五步：利用目标的大地坐标系(L1,B1,H1)、载机的坐标系（L2,B2,H2）解算出目标与载机联线在大地坐标系中的角度（ɑ1,β1,γ1）；
第六步：利用无人机航向角、俯仰角、滚转角分别进行坐标变换，得到此联线在航空光电成像设备框架坐标系中的角度（ɑ2,β2,γ2）；
航空光电成像设备控制框架电机随动此角度（ɑ2,β2,γ2）从而实现实时指向地面目标。
上述方法的各步骤中所涉及的未做详细说明的具体运算方法均为常规技术。

Claims (2)

1.一种用于高速飞行器对地目标捕获、识别方法，其特征在于，包括对地目标捕获、识别装置，该装置包括航空光电成像设备、固定基板、惯导、飞控计算机，航空光电成像设备至惯导和飞控计算机的电缆、航空光电成像设备至飞控计算机的电缆；将航空光电成像设备通过固定基板固定在飞机上，航空光电成像设备至惯导和飞控计算机的电缆、航空光电成像设备至飞控计算机的电缆将航空光电成像设备、惯导和飞控计算机联系在一起；航空光电成像设备实时接收惯导送来的姿态数据，同时接收飞控计算机送来的搜索、捕获或跟踪指令，以及地面目标地理坐标数据和图像坐标数据。
2.根据权利要求1所述的用于高速飞行器对地目标捕获、识别方法，其特征在于，将地面目标分为已知经纬度目标和未知经纬度目标两类，对已知经纬度目标采用目标经纬度数引跟踪方式；对未知经纬度目标采用速高比自动解算补偿的模式；利用解算出光电成像设备需要指向的方位、俯仰、横滚姿态角，控制航空光电成像设备的框架角度随动于此解算值，以延长指向目标的时间，从而延长了目标驻留在视场中的时间，为操作人员搜索、捕获、跟踪、识别目标提供了充足的时间。
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