CN105243364B - 光电吊舱搜索方法、装置以及系统 - Google Patents

光电吊舱搜索方法、装置以及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光电吊舱领域，具体而言，涉及一种光电吊舱的搜索方法、装置以及系统。包括：根据飞行任务获取航路信息和吊舱属性信息；根据航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率及成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域；将每个搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱。光电吊舱在接收到中心位置坐标和高度后，解算出吊舱框架角控制光学传感器按照预设的搜索顺序将光轴依次指向搜索子区域的中心位置来对所述搜索子区域进行逐点逐行扫描；保证每一个区域都被扫描到，不需针对同一区域进行反复的扫描，扫描效率高，能够更容易搜索到目标，同时可以准确知道目标出现的区域范围。

Description

光电吊舱搜索方法、装置以及系统
技术领域
本发明涉及光电吊舱领域，具体而言，涉及一种光电吊舱的搜索方法、装置以及系统。
背景技术
吊舱是指安装有某机载设备或武器，并吊挂在机身或机翼下的流线型短舱段。光电吊舱是吊舱的一种，通常安装有前视红外摄像机、电视摄像机和激光指示器/测距仪等。按功用目前主要有机载导航吊舱和瞄准吊舱两类。随着精确制导武器技术的不断发展，航空光电吊舱已成为战机精确打击系统中的重要组成部分。它隔离载机的姿态变化和机械振动对光学传感器指向的影响，同时，它利用光学传感器完成对目标的搜索、定位、跟踪。
光电吊舱一般包括：吊舱稳定平台，该稳定平台为框架结构，平台上安装有光学传感器。吊舱平台具有稳定光学传感器的作用。目前的光电吊舱进行搜索时，都是按照光电吊舱框架角进行搜索扫描，即光电吊舱会在载机行进的过程中，按照预先设置好的框架角，控制光学传感器的光轴在预先设置的框架角的范围内的不断变化来进行扫描。
但是按光电吊舱框架角进行搜索扫描会因为飞机姿态的改变而遗漏某些区域，同时无法获知到底遗漏了哪些区域，为了弥补这一缺陷就必须对同一区域进行反复扫描，造成扫描搜索的效率低下，不容易搜索到目标。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种光电吊舱的搜索方法、装置以及系统，根据地理位置坐标点进行搜索扫描，减少扫描时遗漏的区域，提高搜索扫描的效率，且该搜索方法为地毯式的搜索，更容易搜索到目标，同时可以准确知道目标出现的区域范围。
第一方面，本发明实施例提供了一种光电吊舱的搜索方法，包括：
根据飞行任务获取航路信息以及吊舱属性信息；所述航路信息包括：巡航高度、航速以及航行路线的坐标；所述吊舱属性信息包括：光学传感器的像素、每像素的大小、帧频、吊舱框架角随动平均速度、随动角加速度；
根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率、预设的搜索目标的成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域；
将每个所述搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，每个所述搜索子区域均为矩形；
所述将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域具体包括：
根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率以及预设的搜索目标的成像像素计算所述搜索子区域的宽度、长度以及单行矩形搜索子区域数量；
根据所述搜索子区域的所述宽度、所述长度、所述单行矩形搜索子区域数量以及所述待搜索区域的坐标，将所述待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域，并获取每一个所述搜索子区域的中心坐标和高度。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率以及预设的搜索目标的成像像素计算所述搜索子区域的宽度具体包括：
使用公式计算所述搜索子区域的宽度W；
使用公式计算所述搜索子区域的长度L；
在上述公式中，h为巡航高度；θ为预设的观测角；α为方位视场角；β为俯仰视场角；
α满足公式：β满足公式其中，光学传 感器的像素为P*Q；每像素的大小为a*a；f为焦距；
f满足公式搜索目标的地面分辨率为n*n；预设的搜索目标的成像像素为m*m；Dmax为最大有效物距；
Dmax满足公式：
使用公式计算所述单行矩形搜索子区域的数量N；其中，N为不大于的最大整数；
其中，tV为光轴在搜索子区域的中心位置驻留的预设时间，th为在从一个矩形搜索子区域移至同一行相邻搜索子区域所用的时间，tp为从行尾矩形搜索子区域移至下一行行首搜索子区域所用时间；
th满足公式其中
其中
D为视场中心斜距，满足公式V为光电吊舱的框架角随动平均速度；b为随动角加速度。
第二方面，本发明实施例还提供一种光电吊舱的搜索方法，接收指挥终端所发送的所述搜索子区域的中心位置坐标和高度；
根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度和载机当前状态信息，控制所述光学传感器按照预设的搜索顺序对所述搜索子区域进行依次扫描；所述载机的当前状态信息包括：载机当前地理坐标、高度、载机方位角、载机俯仰角以及载机横滚角。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，所述预设搜索顺序包括：逐行扫描；
所述根据所述搜索子区域的中心位置坐标和高度以及当前载机当前状态信息，控制所述光学传感器按照预设的顺序对所述搜索子区域进行依次扫描具体包括：
根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度以及当前载机当前状态信息，计算光电吊舱的框架角；其中，所述框架角包括：框架方位角和框架俯仰角；
根据所述框架角，控制光学传感器转动，使得光学传感器的光轴的中心指向搜索子区域的中心位置；
控制所述光学传感器的光轴在所述搜索子区域的中心位置驻留预设时间后，转向与该搜索子区域位于同一行或者同一列的相邻的搜索子区域。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，所述根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度以及当前载机当前状态信息，计算光电吊舱的框架角具体包括：
根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度以及载机当前位置的地理坐标和高度，重新计算当前光轴观测角和光轴方位角；
根据上述计算的当前光轴观测角和光轴方位角确定沿光学传感器的光轴方向的在导航坐标系下的单位向量；
将所述单位向量由导航坐标系下，变换至载体坐标系下；
根据所述载体坐标系下的单位向量计算光电吊舱的框架角。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，
使用公式计算所述框架俯仰角γp；
使用公式计算计算所述框架方位角γh；
其中，导航坐标系下的沿光轴方向的单位向量为：
将所述单位向量左乘坐标变换矩阵由导航坐标系下变换至载体坐标系下后，载体坐标系下的单位向量为：θ为当前观测角；ψ为光学传感器的光轴方位角；
坐标变换矩阵满足公式：
其中，χ为载机俯 仰角；η为载机方位角；μ为载机横滚角；
当前观测角θ满足公式光学传感器的光轴方位 角ψ满足公式
其中，h为当前的巡航高度；H为当前搜索的搜索子区域中心位置的高度；R为地球半径；c′为搜索子区域中心位置与载机当前位置的地心夹角；
c′符合公式所述载机当前位置的地理坐标为所述搜索子区域的中心位置的地理坐标为
第三方面，本发明实施例还提供一种光电吊舱的搜索装置，所述装置设置在指挥终端上，包括：
信息获取模块，用于根据飞行任务获取航路信息以及吊舱属性信息；所述航路信息包括：巡航高度、航速以及航行路线的坐标；所述吊舱属性信息包括：光学传感器的像素、每像素的大小、帧频、吊舱框架角随动平均速度、随动角加速度；
搜索子区域划分模块，用于根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率、预设的搜索目标的成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域；
信息发送模块，用于将每个所述搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱。
第四方面，本发明实施例还提供一种光电吊舱的搜索装置，所述装置设置在光电吊舱上，所述装置设置在光电吊舱上，包括：
信息接收模块，用于接收指挥终端所发送的所述搜索子区域的中心位置坐标和高度；
扫描模块，用于根据所述搜索子区域的中心位置坐标和高度以及载机当前状态信息，控制所述光学传感器按照预设的搜索顺序对所述搜索子区域进行依次扫描；所述载机的当前状态信息包括：载机当前地理坐标、高度、载机方位角、载机俯仰角以及载机横滚角。
第五方面，本发明实施例还提供一种光电吊舱的搜索系统，所述系统包括指挥终端以及光电吊舱；其中，所述指挥终端设置有上述第三方面所述的装置；所述光电吊舱设置有上述第四方面所述的装置。
本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法、装置和系统，在控制终端会根据飞行任务获取航路信息，以及吊舱的属性信息，并根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率、预设的搜索目标的成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域，然后将每个搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱，光电吊舱在接收到指挥终端所发送的搜索子区域的中心位置坐标和地面高度后，根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度以及载机当前状态信息，解算出吊舱框架角，并控制所述光学传感器按照预设的搜索顺序对所述搜索子区域进行依次扫描；这样，保证了每一个区域都被扫描到，而降低在扫描过程中遗漏某些区域的概率，不需针对同一区域进行反复的扫描，扫描的效率高，针对不同的待扫描目标，进行不同大小的搜索子区域的划分，从而能够更容易搜索到目标，并且可以准确知道目标出现的区域范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种光电吊舱的搜索方法的流程图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种光电吊舱的搜索方法中计算搜索子区域宽度的方法的流程图；
图3示出了本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法中，计算搜索子区域长度和宽度时的示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的另一种光电吊舱的搜索方法的流程图；
图5示出了本发明实施例所提供的另一种对所述搜索子区域进行依次扫描的方法流程图；
图6示出了本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法中对所述搜索子区域进行依次扫描的时，计算光轴方位角的示意图；
图7示出了本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法中对所述搜索子区域进行依次扫描的时，重新计算当前观测角的示意图；
图8示出了本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法中，沿光学传感器的光轴方向的在导航坐标系下的单位向量的示意图；
图9示出了本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法中，沿光学传感器的光轴方向的在载体坐标系下的单位向量的示意图；
图10示出了本发明实施例所提供的一种光电吊舱的搜索装置的结构示意图；
图11示出了本发明实施例所提供的另一种光电吊舱的搜索装置的结构示意图；
图12示出了本发明实施例所提供的一种光电吊舱的搜索系统的结构示意图；
图13示出了本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法中，对不规则的搜索区域进行划分的示意图。
图示说明：
10-信息获取模块；20-搜索子区域划分模块；30-信息发送模块；40-信息接收模块；50-扫描模块；60-指挥终端；70-光电吊舱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
目前的光电吊舱扫描方法是按照光电吊舱的框架角进行搜索扫描，即光电吊舱会在载机行进的过程中，按照预先设置好的框架角，控制光学传感器的光轴在预先设置的框架角的范围内的不断变化来进行扫描。这就造成了一旦飞机在飞行时的姿态发生变化，便会遗漏某些区域，因此需要针对同一区域进行反复扫描，因此造成扫描效率低下，不容易搜索到目标。基于此，本申请提供的一种光电吊舱搜索方法、装置以及系统中，将待扫描区域进行分区，根据每一个区域的地理位置坐标点进行搜索扫描，减少扫描时遗漏的区域，提高搜索扫描的效率，且该搜索方法为地毯式的搜索，更容易搜索到目标，同时可以准确知道目标出现的区域范围。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种光电吊舱的搜索方法进行详细介绍，该方法主要应用在包括指挥终端以及载机的光电吊舱的系统中。
参见图1所示，本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法包括以下步骤：
S101：根据飞行任务获取航路信息以及吊舱属性信息；所述航路信息包括：巡航高度、航速以及航行路线的坐标；所述吊舱属性信息包括：光学传感器的像素、每像素的大小、帧频、吊舱框架角随动平均速度、随动角加速度；
在具体实现的时候，载机飞行任务一般都是预先确定好的，从哪里飞向哪里，载机巡航时的航行路线的坐标、载机的巡航高度、载机在巡航时的巡航速度等，而相关载机上所安装的光电吊舱的属性信息也是能够直接通过光电吊舱直接获取的，或者是预先存储在指挥终端中的。光电吊舱的属性信息一般都包括光学传感器的像素、每像素的大小、帧频、吊舱框架角的随动平均角速度、随动角加速度等。
S102：根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率、预设的搜索目标的成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域；
在具体实现的时候，一般会将搜索子区域划分成矩形，矩形的多个子区域整体组成一个大的矩形，该矩形的宽度为逐行扫描的每行长度，该矩形的长度为待搜索区域内本次前行航路的长度；数个矩形构成待搜索区域。参见图13所示，一般地，由于待搜索区域本身是不规则的，且待搜索区域一般只会有一个大概范围的地理位置，而并不是完全确定的地理位置，因此并不是每一个搜索子区域都会完全的落入到搜索区域内部，根据实际情况的不同，某些搜索子区域可能会完全落入待搜索区域内，也有些搜索子区域只有一部分会落入待搜索区域内，而甚至，还会有些处于待搜索区域边缘位置的搜索子区域会完全不被包含在搜索区域内。而搜索子区域的长度和宽度，则是需要根据实际情况进行计算而得的。待搜索区域、矩形和搜索子区域受巡航速度和吊舱随动角速度、随动角加速度限制，吊舱逐行扫描的最大搜索子区域数为N。则矩形的宽度就是N×L，矩形长度根据待搜索区域形状为当前航路的长度。
S103：将每个所述搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱。
在具体实现的时候，由于在S102中已经获知了搜索子区域的中心位置坐标和高度，因此可以将搜索子区域的中心位置坐标和高度送给光电吊舱。在发送的时候，可以按行将每行搜索子区域的中心位置坐标和高度分别发送，并随着载机的前行，将载机将要巡航到的位置的每行搜索子区域的中心位置坐标和高度依次发送。同时，又能够一次性的将所有的搜索子区域的中心位置坐标和高度发送过去。需要注意的是，该中心位置坐标为经纬度坐标。高度为地面高度。
本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法，在控制终端会根据飞行任务获取航路信息，以及吊舱的属性信息，并根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率、预设的搜索目标的成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域，然后将每个搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱，光电吊舱在接收到指挥终端所发送的搜索子区域的中心位置坐标和高度后，会控制所述光学传感器按照预设的搜索顺序对所述搜索子区域进行依次扫描；这样，保证了每一个区域都被扫描到，而降低在扫描过程中遗漏某些区域的概率，不需针对同一区域进行反复的扫描，扫描的效率高，针对不同的待扫描目标，进行不同大小的搜索子区域的划分，从而能够更容易搜索到目标，同时可以准确知道目标出现的区域范围。
同时需要注意的是，在本发明实施例中，控制终端可以位于地面控制中心，还可以是直接安装在载机上的，能够直接与光电吊舱进行有线或者无线的通讯连接。
另外，参见图2所示，本发明实施例提供一种计算搜索子区域宽度的具体方法，包括：
S201：根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率以及预设的搜索目标的成像像素计算所述搜索子区域的宽度、长度以及单行矩形搜索子区域数量；
在具体实现的时候，针对搜索目标不同对搜索目标的地面分辨率，以及预设的搜索目标的成像像素，搜索子区域的长度和宽度也是不一样的。而一般地，载机距离搜索子区域的距离不同，导致最终的搜索子区域的长度和宽度也是不一样的。在进行具体计算的时候，一般会预先确定载机在针对某一个搜索子区域进行搜索的时候，与搜索子区域的距离是多少，同时，还需要根据搜索目标的地面分辨率和搜索目标的成像像素预估光学吊舱在搜索的时候的观测角θ，需要注意的是，观测角θ是一个预估值，在预估的时候，可以根据下述S401中重新计算当前观测角θ的所描述的方法类似，进行预先估计，在此不再赘述。
具体的，参见图3所示，载机当前位置为M1，其在地面的投影为M1＇，地面视场中心为O1，地面视场范围为A1B1C1D1，而划分的搜索子区域的范围为：A1B1G1H1。载机的巡航速度为U，巡航高度为h，光学吊舱的扫描范围会受到方位视场角α和俯仰视场角β的限制，即受到光学传感器焦距f的限制，且当方位视场角α和俯仰视场角β增大的时候，视场减小，光学传感器焦距f也减小。即要使得搜索范围大，则要减小焦距f。同时，根据搜索目标的探测要求，若要观测地面分辨率为n*n(m2)的搜索目标，并且使得观测目标在光学传感器的焦平面上成像像素大于等于m*m，光学传感器的像素为P*Q；每像素的大小为a*a，则焦距f满足公式(1)：
取焦距f满足公式(2)：
其中，Dmax为最大有效物距，参见图3所示，最大有效物距Dmax是光学吊舱的光轴中心与搜索子区域的最远距离，即M1G1。因而Dmax满足公式：
而M1M′1＝h (4)
M1′O1＝h·tanθ (8)
根据上述公式(3)至公式(9)可得Dmax的表达式(10)：
同时，假设搜索目标的地面分辨率为n*n(m2)，光学传感器的光轴对准搜索子区域的中心位置时的方位视场角为α，俯仰视场角为β；则方位视场角为α满足公式(11)：
俯仰视场角为β满足公式(12)
其中，P、a均为吊舱属性信息，已经被指挥终端获知，因而可以根据上述公式(2)、公式(10)、公式(11)和公式(12)将光学传感器的焦距f、方位视场角为α、俯仰视场角为β解算出来。
最终，从上述几个公式可知，搜索子区域的宽度W为A1H1或者B1G1的长度，而A1H1＝B1G1＝E1F1：搜索子区域的长度L为A1B1的长度。因而根据上述公式可知：搜索子区域的宽度W和长度L满足下列公式(13)和(14)：
需要注意的是，视场A1B1C1D1为光学传感器能够获取的照片映射在实际地图时所能够看到的区域的大小，而A1B1G1H1则应当为所划分的搜索子区域的视场。视场A1B1C1D1应当大于搜索子区域A1B1G1H1，将搜索子区域全部涵盖在内，而针对每一行的搜索子区域，不同位置的搜索子区域所对应的视场的形状都是不一样的。载机的巡航高度h、预设的观测角θ已知，方位视场角为α、俯仰视场角β则通过上述公式(2)、公式(10)、公式(11)和公式(12)解算得出，因而根据上述公式(13)和公式(14)能够得到搜索子区域的宽度W和长度L。
而单行坐标扫描总时间T应不大载机飞过一个子区域宽度需要的时间，即T满足公式(14)：
U为载机的巡航速度，W为搜索子区域的宽度。
假设tV为光轴在搜索子区域的中心位置驻留的预设时间，光电吊舱的框架角随动平均速度为V，随动角加速度为b，单行坐标扫描最多可采集N个坐标点的图像，则单行坐标扫描总时间T还满足公式(15)：
T＝tV·N+th·(N-1)+tp (15)
其中，tV为光轴在搜索子区域的中心位置驻留的预设时间，th为在从一个矩形搜索子区域移至同一行相邻搜索子区域所用的时间，tp为从行尾矩形搜索子区域移至下一行行首搜索子区域所用时间。且有：
其中
其中
D为视场中心斜距，满足公式
最终，可由上述公式(14)和公式(15)得到公式(16)：
即单行矩形搜索子区域数量N为不大于的最大整数。
从而，通过上述公式，最终计算得到搜索子区域的宽度W，长度L以及单行矩形搜索子区域数量N，从而根据搜索子区域的宽度W、长度L、单行矩形搜索子区域数量N以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域。
S202：根据所述搜索子区域的所述宽度、所述长度、所述单行矩形搜索子区域数量以及所述待搜索区域的坐标，将所述待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域，并获取每一个所述搜索子区域的中心坐标和高度。
在具体实现的时候，由于搜索子区域已经计算得到，因此可以通过待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域，而在划分的时候由于待搜索区域并不是一个规则的区域，因此在划分的时候，在待搜索区域边缘位置可能会出现搜索子区域不会落入或者仅有部分落入待搜索区域之内。在对待搜索区域进行具体划分的时候，会先获得待搜索区域的边界坐标，然后根据边界坐标将待搜索区域进行整体的划分，另外，还可以将不规则形状的待搜索区域根据载机的巡航路线划分为多个较小的矩形待搜索区域，该矩形的宽度为逐行扫描搜索的每行长度，矩形长度为待搜索区域内本次前行航路长度，然后再将每一个小的待搜索矩形区域进一步划分成搜索子区域，而搜索子区域的中心坐标则能够在划分之后通过计算获得，而在得到搜索子区域的中心坐标后，既能够得到在该中心坐标，搜索子区域的高度。
参见图4所示，本发明实施例还提供另一种光电吊舱的搜索方法，包括：
S301：接收指挥终端所发送的所述搜索子区域的中心位置坐标和高度；
在具体实现的时候，接收的方法与S202中向光电吊舱发送的方法是对应的，在此不再赘述。
S302：根据所述搜索子区域的中心位置坐标和高度以及载机当前状态信息，控制所述光学传感器按照预设的搜索顺序对所述搜索子区域进行依次扫描；所述载机的当前状态信息包括：载机当前地理坐标、高度、载机方位角、载机俯仰角以及载机横滚角。
在具体实现的时候，由于载机的光电吊舱已经获知了搜索子区域的中心位置坐标和高度，在载机前进的过程中，只需要根据当前载机的姿态(即载机方位角、载机俯仰角以及载机横滚角)，控光电吊舱上的光学传感器的光轴依次对准每个搜索子区域的中心位置坐标，对搜索子区域进行扫描。
一般地，预设的搜索顺序包括：逐行扫描。即，光电吊舱从第一行搜索子区域的首端位置的搜索子区域开始，向着该第一行搜索子区域的尾端，进行依次的扫描，当扫描至尾端位置的搜索子区域后，转向与该第一行相邻的第二行搜索子区域的尾端，并从第二行搜索子区域的尾端位置的搜索子区域开始，向着该第二行搜索子区域的首端进行依次的扫描。需要注意的是，上述搜索子区域的首端和尾端仅仅是为了表述的方便，事实上，如果将每一行搜索子区域两端的任意一端作为首端，那么另一端便为尾端。
另外，参见图5所示，本发明实施例还提供一种对所述搜索子区域进行依次扫描的具体实施方法，该方法包括：
S401：根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度和当前载机当前状态信息，计算光电吊舱的框架角；其中，所述框架角包括：框架方位角和框架俯仰角。
在具体实现的时候，光电吊舱的框架角即为光电吊舱对某一个搜索子区域进行扫描的时候，光学传感器的光轴对准该搜索子区域的中心位置时，光电吊舱的框架方位角和框架俯仰角。
在具体计算光电吊舱的框架角的时候，需要先根据所述搜索子区域的中心位置坐标以及载机当前位置的地理坐标，重新计算当前观测角，并计算光学传感器的光轴方位角：
在具体计算的时候，需要预先获知载机的巡航高度h，当前搜索的搜索子区域的中心位置的高度H，由于计算时将地球近似为球体(按椭球计算不但非常复杂而且对系统精度的提高意义不大)，所以一般情况下，载机的巡航高度h和搜索子区域的中心位置的高度H都是当地水平高度。另外，还需要获知载机的当前地理坐标(又称经纬度坐标)，以及当前的搜索子区域的中心位置的地理坐标为
1、计算光轴方位角ψ：
参见图6所示，在单位球体上，假设C点为北极点，L为赤道，A点为载机位置，B点为当前的搜索子区域的中心位置，A、B所在经线交L于A3、B3，c′为搜索子区域中心位置与载机当前位置的地心夹角：
根据经纬度定义由经度意义可知，球面角∠ACB满足公式(17)
∠ACB＝|λ2-λ1| (17)
由纬度意义可知，
则可得：
∴对单位球体，
由球面余弦定理：cos c′＝cos a′·cos b′+sin a′·sin b′·∠ACB (19)
将上述公式(18)代入(19)可得：
∴
由球面余弦定理：cos a′＝cos b′·cos c′+sin b′·sin c′·∠CAB
可得：
代入可得：
∴
∠CAB即为光轴方位角ψ，即
光学传感器的光轴方位角ψ满足公式(23)：
2、重新计算当前观测角θ：
在计算的时候，参见图7所示，已知地球半径为R，假设O点为地球球心，A点为载机位置，B点为当前的搜索子区域的中心位置：载机的巡航高度h，当前搜索的搜索子区域的中心位置的高度H，载机的当前地理坐标(又称经纬度坐标)，当前的搜索子区域的中心位置的地理坐标为
由公式(21)：
∠AOB＝c′，则∠BOA＝π-c′-θ；
由三角正弦定理：
代入可得：
3、参见图8和图9所示，根据上述计算得到的当前光轴观测角以及光轴方位角，计算光电吊舱的框架角：
已知载机方位角η，载机俯仰角χ以及载机横滚角μ：
建立坐标系：
导航坐标系——OXnYnZn(n系):导航坐标系的原点O选在载体(飞行器等)重心处，Zn轴与通过O点的重垂线相重合，即OZn轴垂直于该点的大地水平面，向上为正。XnOYn平面与原点的大地水平面相重合，OXn指向正东，OYn指向正北。通常称为东北天坐标系。常用的导航坐标系还有北东地、北西天坐标系等。
载体坐标系——OXbYbZb(b系)：载体坐标系OXbYbZb与载体固联，原点是载体重心O，纵轴OYb沿载体首尾方向并指向首部，横轴OXb指向载体右侧，OZb垂直于载体平面，OXbYbZb坐标系构成右手直角坐标系。当载体没有纵摇和横滚运动时，XbOYb平面即为水平面，OZb轴沿铅垂线指向天顶。
首先，确定沿光学传感器的光轴方向的在导航坐标系下的单位向量：
将上述单位向量左乘坐标变换矩阵转换至载体坐标系下，可得：
其中，坐标变换矩阵满足公式：
框架俯仰角为γp，框架方位角γh，如图9所示，设有沿轴OZb轴的单位向量σ为向量和向量的夹角，则框架俯仰角为：由向量间的夹角关系，可得：
因而，最终可得：
其次：框架方位角γh为向量在平面YbOXb的投影与轴OYb的夹角，同理，设有沿轴OYb的单位向量向量在平面YbOXb的投影为：γh为向量与向量的夹角。
因而，最终可得：
另外需要注意的是，还可以建立其他的导航坐标系，例如北东地坐标系等，建立不同的坐标系，其坐标变换矩阵的表达式也不一样，但是坐标变换的原理都是一样的，因此如果是建立其他的导航坐标系，也应当在本发明保护范围之内。
S402：根据所述框架角，控制光学传感器转动，使得光学传感器的光轴的中心指向搜索子区域的中心位置；
在具体实现的时候，由于在上述S401中，已经计算出了光电吊舱的框架角，根据该框架角控制平台框架带着光学传感器的转动，当平台框架调整到该框架角的时候，光学传感器的光轴正好指向搜索子区域的中心位置。
需要注意的是，针对每一个搜索子区域，都需要计算一次框架角。
S403：控制所述光学传感器的光轴在所述搜索子区域的中心位置驻留预设时间后，转向与该搜索子区域位于同一行或者同一列的相邻的搜索子区域。
在将光学传感器的光轴指向搜索子区域的中心位置后，会控制光学传感器的光轴在搜索子区域的中心位置驻留预设时间，在该预设时间内，获取预设帧的图像。一般地，假设在某一搜索子区域内预设要获取的图像为b帧，而光学传感器的帧频为M(Hz)，则预设时间t满足上述公式(8)，在此不再赘述。
另外，需要注意的是，光电吊舱每搜索完一个搜索子区域，都会对该搜索子区域的视频图像进行标记，一旦在视频图像上发现了疑似搜索目标，可以根据视频图像上的标记找到对应搜索子区域的相关坐标，从而能够很方便的找到可能出现过搜索目标的位置。
参见图10所示，本发明又一实施例提供了一种光电吊舱的搜索装置，所述装置设置于指挥终端上，所述装置包括：
信息获取模块10，用于根据飞行任务获取航路信息以及吊舱属性信息；所述航路信息包括：巡航高度、航速以及航行路线的坐标；所述吊舱属性信息包括：光学传感器的像素、每像素的大小、帧频、吊舱框架角随动平均速度、随动角加速度；
搜索子区域划分模块20，用于根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率、预设的搜索目标的成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域；
信息发送模块30，用于将每个所述搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱。
在本实施例中，信息获取模块10、搜索子区域划分模块20、信息发送模块30的具体功能和交互方式，可参见图1～图4所对应的实施例的记载，在此不再赘述。
参见图11所示，本发明又一实施例提供了另一种光电吊舱的搜索装置，所述装置设置在光电吊舱上，所述装置包括：
信息接收模块40，用于接收指挥终端所发送的所述搜索子区域的中心位置坐标和高度；
扫描模块50，用于根据所述搜索子区域的中心位置坐标以及载机当前状态信息，控制所述光学传感器按照预设的搜索顺序对所述搜索子区域进行依次扫描；所述载机的当前状态信息包括：载机当前地理坐标、高度、载机方位角、载机俯仰角以及载机横滚角。
需要注意的是，光电吊舱还设置有信息发送模块，用于向指挥终端发送各种数据，同时还能够将光电吊舱所拍摄的图像发送出去。
另外，载机的状态信息可以由光电吊舱从外部接收的，载机的状态信息可以由载机或其他机载设备实时获得，并发送给光电吊舱；也可以由光电吊舱自带相应传感器实时获得。
本实施例中，信息接收模块40以及扫描模块50的具体功能和交互方式，可参见图5-图9对应的实施例的记载，在此不再赘述。
参见图12所示，本发明又一实施例提供了一种光电吊舱的搜索系统，所述系统包括：所述系统包括指挥终端60以及光电吊舱70；其中，所述指挥终端60设置有上述图10所对应的实施例所记载的装置；所述光电吊舱70设置有上述图11所随影的实施例所记载的装置。
本发明实施例所提供的光电吊舱的搜索方法、装置以及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发c′明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或微控制器(基于ARM、DSP等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光电吊舱搜索方法，其特征在于，包括：
根据飞行任务获取航路信息以及吊舱属性信息；所述航路信息包括：巡航高度、航速以及航行路线的坐标；所述吊舱属性信息包括：光学传感器的像素、每像素的大小、帧频、吊舱框架角随动平均速度、随动角加速度；
根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率、预设的搜索目标的成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域；
将每个所述搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱。
2.根据权利要求1所述的光电吊舱搜索方法，其特征在于，每个所述搜索子区域均为矩形；
所述将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域具体包括：
根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率以及预设的搜索目标的成像像素计算所述搜索子区域的宽度、长度以及单行矩形搜索子区域数量；
根据所述搜索子区域的所述宽度、所述长度、所述单行矩形搜索子区域数量以及所述待搜索区域的坐标，将所述待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域，并获取每一个所述搜索子区域的中心坐标和高度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率以及预设的搜索目标的成像像素计算所述搜索子区域的宽度具体包括：
使用公式计算所述搜索子区域的宽度W；
使用公式计算所述搜索子区域的长度L；
在上述公式中，h为巡航高度；θ为预设的观测角；α为方位视场角；β为俯仰视场角；
α满足公式：β满足公式其中，光学传感器的像素为P*Q；每像素的大小为a*a；f为焦距；
f满足公式搜索目标的地面分辨率为n*n；预设的搜索目标的成像像素为m*m；Dmax为最大有效物距；
Dmax满足公式：
使用公式计算所述单行矩形搜索子区域数量N；其中，N为不大于的最大整数；
其中，tV为光轴在搜索子区域的中心位置驻留的预设时间，th为在从一个矩形搜索子区域移至同一行相邻搜索子区域所用的时间，tp为从行尾矩形搜索子区域移至下一行行首搜索子区域所用时间；
th满足公式其中
其中
D为视场中心斜距，满足公式V为光电吊舱的框架角随动平均速度；b为随动角加速度。
4.一种光电吊舱搜索方法，其特征在于，包括：
接收指挥终端所发送的搜索子区域的中心位置坐标和高度；
根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度和载机当前状态信息，控制光学传感器按照预设的搜索顺序对所述搜索子区域进行依次扫描；所述载机当前状态信息包括：载机当前地理坐标、高度、载机方位角、载机俯仰角以及载机横滚角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设的搜索顺序包括：逐行扫描；
所述根据所述搜索子区域的中心位置坐标和高度以及当前载机当前状态信息，控制所述光学传感器按照预设的顺序对所述搜索子区域进行依次扫描具体包括：
根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度以及当前载机当前状态信息，计算光电吊舱的框架角；其中，所述框架角包括：框架方位角和框架俯仰角；
根据所述框架角，控制光学传感器转动，使得光学传感器的光轴的中心指向搜索子区域的中心位置；
控制所述光学传感器的光轴在所述搜索子区域的中心位置驻留预设时间后，转向与该搜索子区域位于同一行或者同一列的相邻的搜索子区域。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度以及当前载机当前状态信息，计算光电吊舱的框架角具体包括：
根据所述搜索子区域的中心位置坐标、高度以及载机当前位置的地理坐标和高度，重新计算当前光轴观测角和光轴方位角；
根据上述计算的当前光轴观测角和光轴方位角确定沿光学传感器的光轴方向的在导航坐标系下的单位向量；
将所述单位向量由导航坐标系下，变换至载体坐标系下；
根据所述载体坐标系下的单位向量计算光电吊舱的框架角。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
使用公式计算框架俯仰角γp；使用公式计算计算框架方位角γh；
其中，导航坐标系下的沿光轴方向的单位向量为：
将所述单位向量左乘坐标变换矩阵由导航坐标系下变换至载体坐标系下后，载体坐标系下的单位向量为：θ为当前观测角；ψ为光学传感器的光轴方位角；
坐标变换矩阵满足公式：
其中，χ为载机俯仰角；η为载机方位角；μ为载机横滚角；
当前观测角θ满足公式光学传感器的光轴方位角ψ满足公式
其中，h为当前的巡航高度；H为当前搜索的搜索子区域中心位置的高度；R为地球半径；c′为搜索子区域中心位置与载机当前位置的地心夹角；
c′符合公式所述载机当前位置的地理坐标为所述搜索子区域的中心位置的地理坐标为
8.一种光电吊舱的搜索装置，其特征在于，所述装置设置在指挥终端上，包括：
信息获取模块，用于根据飞行任务获取航路信息以及吊舱属性信息；所述航路信息包括：巡航高度、航速以及航行路线的坐标；所述吊舱属性信息包括：光学传感器的像素、每像素的大小、帧频、吊舱框架角随动平均速度、随动角加速度；
搜索子区域划分模块，用于根据所述航路信息、吊舱属性信息、预设的观测角、搜索目标的地面分辨率、预设的搜索目标的成像像素以及待搜索区域的坐标，将待搜索区域划分为网格状的多个搜索子区域；
信息发送模块，用于将每个所述搜索子区域的中心位置坐标和高度发送至光电吊舱。
9.一种光电吊舱的搜索装置，其特征在于，所述装置设置在光电吊舱上，包括：
信息接收模块，用于接收指挥终端所发送的搜索子区域的中心位置坐标和高度；
扫描模块，用于根据所述搜索子区域的中心位置坐标和高度以及载机当前状态信息，控制光学传感器按照预设的搜索顺序对所述搜索子区域进行依次扫描；所述载机的当前状态信息包括：载机当前地理坐标、高度、载机方位角、载机俯仰角以及载机横滚角。
10.一种光电吊舱的搜索系统，其特征在于，所述系统包括指挥终端以及光电吊舱；其中，所述指挥终端设置有权利要求8所述的装置；所述光电吊舱设置有权利要求9所述的装置。
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