CN107037414B - 成像定位金属球雷达定标方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成像定位金属球雷达定标方法，在地面设置两个摄像机；使两个摄像机时钟一致；将金属球升空；启动两个摄像机拍摄金属球，并启动天气雷达获取金属球信号；利用测量学原理，计算金属球位置以及相对雷达的方位、仰角、距离和金属球移动速度；利用雷达信号，计算对应金属球的反射率因子、方位、仰角、距离；比较雷达信号，计算的方位、仰角、距离与摄影测量学得到的方位、仰角、距离；比较雷达得到反射率因子与金属球计算得到的发射率因子；比较雷达得到的径向速度与摄影测量学测得的金属球速度在雷达探测电磁波发射方向的投影。本发明可以解决传统的利用金属球作为散射目标，进行雷达定标，存在的雷达波束指向定位精度差的技术问题。

Description

成像定位金属球雷达定标方法
技术领域
本发明涉及一种雷达定标方法。
背景技术
利用金属球作为散射目标，进行雷达定标是一种标准的雷达定标方法。一般是用气球、飞机悬挂一个金属球，当金属球进入雷达探测波束，雷达就能探测到金属球的散射信号，由于金属球的散射截面RCS是已知的，因此能用金属球对雷达进行定标。这里的金属球是一个内空的标准圆球。为了避免其他物体对雷达定标的影响，定位的器件(如GPS接收机)需要离开金属球一段距离，一般是几十米。这样定位器件不在雷达波束中，也就不会让雷达接收到定位器件的散射信号，不会影响强度定标精度，但是定位器件得到的位置不是真正的金属球位置，雷达波束指向定位精度就会降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种成像定位金属球雷达定标方法，以解决传统的利用金属球作为散射目标，进行雷达定标，存在的定位器件得到的位置不是真正的金属球位置，雷达波束指向定位精度因此会降低等技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
成像定位金属球雷达定标方法，其步骤如下：
(1)在地面设置两个摄像机，保证两个摄像机在同一高度的一条直线上，相距20-200米，摄像机成像平面在同一平面上，且垂直水平面；
(2)调整两个摄像机的时钟，使两个摄像机时钟一致，或者测出两个摄像机时钟差；
(3)将金属球用气球或其他飞行平台携带升空，保证金属球距离摄像机几百米到几公里，高度为几百米，并且落在两个摄像机的成像区域里；
(4)启动两个摄像机拍摄金属球，并启动天气雷达获取金属球信号；
(5)利用两个摄像机同时间图片，用摄影测量学原理，计算金属球位置(X、Y、Z)以及相对雷达的方位、仰角、距离和金属球移动速度；
(6)利用雷达信号，计算对应金属球的反射率因子、方位、仰角、距离；
(7)比较雷达信号，计算的方位、仰角、距离与摄影测量学得到的方位、仰角、距离；
(8)比较雷达得到反射率因子与金属球计算得到的发射率因子；
(9)比较雷达得到的径向速度与摄影测量学测得的金属球速度在雷达探测电磁波发射方向的投影。
本发明的优点如下：
(1)空中只有金属球，没有定位装置，重量轻，可以用升力小的飞行平台携带金属球进行雷达定标。例如用风筝就可以携带金属球升空。
(2)摄影测量学方式可以得到高于GPS的定位精度。
(3)可以得到金属球的移动速度，标校多普勒速度。
附图说明
图1是本发明的金属球和相机的几何关系示意图。
具体实施方式
本发明的技术方案参见图1所示。
在地面设置两个摄像机(B、C)，两个摄像机在同一高度的一条直线上(B、C、D所在的平面)，相距20-200米(如50米)，摄像机成像平面在同一平面上(A、C、D所在平面)，且垂直水平面。使金属球(A处)距离摄像机几百米到几公里，高度为几百米，并且落在两个摄像机的成像区域里。金属球可以由气球或其他飞行平台携带。
假定相机1(B)和相机2(C)焦距相同，而且两个相机成像平面与X轴、Z轴所在平面平行，相机1和相机2之间距离B(图1中的BC)，焦距为f。从相机照片上可以读出金属球在照片1坐标系中坐标值(x1,y1,z1),金属球在照片2坐标系中坐标值(x2,y2,z2)。那么根据图1所示金属球和相机的几何关系和摄影测量学原理就可以计算出金属球的X、Y、Z坐标值。
测量原理：设金属球A在摄影站点D-XYZ坐标系中的坐标为(X,Y,Z)，点A在相机1坐标系S1-U1V1W1和相机2坐标系S2-U2V2W2中的坐标分别为(U1,V1,W1)及(U2,V2,W2)，A点相应的像点a1和a2的像空间坐标为(x1,y1,-f)及(x2,y2,-f)，(f是像机焦距)，像点的像空间辅助坐标为(u1,v1,w1)及(u2,v2,w2)，则有：
式中的R1、R2为相机1和2像片的旋转矩阵。定义摄影基线B的三个分量为Bu、Bv、Bw：
可以通过双轴高精度倾角器(准确度为0.01°)，测量出相机2相对相机1的旋转矩阵R2，以及基线B的三个分量Bu、Bv、Bw。
再根据摄影站点、像点、目标点三点共线，可得出左右像点的投影系数N1、N2：
联合可求解出：
则点A在S1-U1V1W1中的坐标(U1,V1,W1)；和在S2-U2V2W2中的坐标(U2,V2,W2)为：
以相机1作为原点可以得到点A的三维坐标为：
(2)定位处理系统
定位处理系统由摄像机1、摄像机2和计算机构成。摄像机1和摄像机2同时获取金属球的图像，传送到计算机。计算机对两幅同时刻图像进行摄影测量学处理，得到金属球的三维坐标(X、Y、Z)。
本发明工作步骤：
(1)架设摄像机，保证两个摄像机在同一高度的一条直线上，相距几十米(如50米)，摄像机成像平面在同一平面上，且垂直水平面。
(2)调整两个摄像机的时钟，使两个摄像机时钟一致(差别小于0.1秒)。或者测出两个摄像机时钟差。
(3)将金属球用气球或其他飞行平台携带升空，保证金属球距离摄像机几百米到几公里，高度为几百米，并且落在两个摄像机的成像区域里。
(4)启动两个摄像机拍摄金属球，并启动天气雷达获取金属球信号。
(5)利用两个摄像机同时间图片，用摄影测量学原理，计算金属球位置(X、Y、Z)以及相对雷达的方位、仰角、距离和金属球移动速度。
(6)利用雷达信号，计算对应金属球的反射率因子、方位、仰角、距离。
(7)比较雷达信号，计算的方位、仰角、距离与摄影测量学得到的方位、仰角、距离。
(8)比较雷达得到反射率因子与金属球计算得到的发射率因子。
(9)比较雷达得到的径向速度与摄影测量学测得的金属球速度在雷达探测电磁波发射方向的投影。

Claims (1)

1.成像定位金属球雷达定标方法，其步骤如下：(1)在地面设置两个摄像机，保证两个摄像机在同一高度的一条直线上，相距20-200米，摄像机成像平面在同一平面上，且垂直水平面；(2)调整两个摄像机的时钟，使两个摄像机时钟一致，或者测出两个摄像机时钟差；(3)将金属球用气球或风筝携带升空，保证金属球距离摄像机几百米到几公里，高度为几百米，并且落在两个摄像机的成像区域里；(4)启动两个摄像机拍摄金属球，并启动天气雷达获取金属球信号；(5)利用两个摄像机同时间图片，用摄影测量学原理，计算金属球位置(X，Y，Z)以及相对雷达的方位、仰角、距离和金属球移动速度；(6) 利用雷达信号，计算对应金属球的反射率因子、方位、仰角、距离；(7) 比较利用雷达信号计算的方位、仰角、距离与摄影测量学得到的方位、仰角、距离；(8)比较雷达得到反射率因子与金属球计算得到的发射率因子；(9)比较雷达得到的径向速度与摄影测量学测得的金属球移动速度在雷达探测电磁波发射方向的投影。
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