CN110672871A - 一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法 - Google Patents

一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法 Download PDF

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Abstract

一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，在目标测速测向过程中，光电转塔的视轴始终指向目标，同时光电转塔的激光测距仪持续测量目标到载机的直线距离；机载计算机同步实时采集在地理坐标系下载机的北向速度东向速度
Figure DDA0002220326410000012
航向角α、俯仰角β、横滚角γ，和在视轴坐标系下光电转塔的方位角α1、俯仰角β1、滚转角γ1、方位角速度ωz，俯仰角速度ωy，以及目标到载机的直线距离D；然后通过机载计算机计算出目标的速度Vt和方向角αt。

Description

一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速 测向方法
技术领域
本发明涉及地面目标运动状态实时探测技术领域，具体涉及一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法。
背景技术
近年来高精度机载光电侦察转塔均具备对地面静止目标定位的功能，以及对运动目标的测速测向功能；对运动目标的测速测向，目前常用的方法是通过对运动目标的连续定位来实现；但由于对运动目标的定位存在较大的随机噪声，通过连续定位计算出的目标速度和方向误差较大；若采用平滑滤波等方法衰减噪声，则会带来较大的测量滞后，因此现有的通过连续定位实现运动目标测速测向的方法存在测量精度和测量实时性的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法；在目标测速测向过程中，光电转塔的视轴始终指向目标，同时光电转塔的激光测距仪持续测量目标到载机的直线距离；机载计算机同步实时采集在地理坐标系下载机的北向速度
Figure BDA0002220326390000011
东向速度
Figure BDA0002220326390000012
航向角α、俯仰角β、横滚角γ，和在视轴坐标系下光电转塔的方位角α1、俯仰角β1、滚转角γ1、方位角速度ωz，俯仰角速度ωy，以及目标到载机的直线距离D；然后通过机载计算机计算出目标的速度Vt和方向角αt。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其具体过程如下：
S1：在目标测速测向过程中，光电转塔的视轴始终指向目标；同时光电转塔的激光测距仪持续测量目标到载机的直线距离；
S2：在目标测速测向过程中，机载计算机通过机载组合惯导同步实时采集载机在地理坐标系下北向速度
Figure BDA0002220326390000013
载机在地理坐标系东向速度
Figure BDA0002220326390000014
S3：在目标测速测向过程中，机载计算机通过机载组合惯导同步实时采集载机在地理坐标系下航向角α、俯仰角β、横滚角γ；
S4：在目标测速测向过程中，机载计算机通过光电转塔的塔载组合惯导同步实时采集在视轴坐标系下光电转塔的方位角α1、俯仰角β1、滚转角γ1，以及光电转塔的方位角速度ωz，俯仰角速度ωy；
S5：在目标测速测向过程中，机载计算机通过光电转塔激光测距仪实时采集目标到载机的直线距离D；
S6：机载计算机根据公式
Figure BDA0002220326390000021
以及采集到的目标在视轴坐标系的方位角速度ωz、俯仰角速度ωy、目标到载机的直线距离D，计算出视轴坐标系下的目标速度
Figure BDA0002220326390000022
其中
Figure BDA0002220326390000023
为视轴坐标系下目标右方向速度分量，为视轴坐标系下目标下方向速度分量；
S7：机载计算机根据公式
Figure BDA0002220326390000025
及已经计算出的视轴坐标系下的目标速度
Figure BDA0002220326390000026
计算出在地理坐标系下目标相对载机的速度
Figure BDA0002220326390000027
其中，
Figure BDA0002220326390000028
为相对速度在地理坐标系下的北向分量，为相对速度在地理坐标系下的东向分量，
Figure BDA00022203263900000210
为二次坐标转换的方向余弦矩阵；
S8：机载计算机根据公式
Figure BDA00022203263900000211
已经计算出的在地理坐标系下目标相对载机的速度
Figure BDA00022203263900000212
以及机载计算机采集到的载机速度
Figure BDA00022203263900000213
计算出在地理坐标系下目标的速度
Figure BDA00022203263900000214
其中，
Figure BDA00022203263900000215
为在地理坐标系下目标的北向速度，
Figure BDA00022203263900000216
为在地理坐标系下目标的东向速度；
S9：机载计算机根据公式
Figure BDA00022203263900000217
和已经计算出来的地理坐标系下目标的速度
Figure BDA00022203263900000218
最终计算出目标的速度Vt和方向角αt。
上文中所述机载计算机计算过程所用公式，推导过程如下：
载机携光电转塔跟踪地面目标时多处于平稳飞行状态，载机爬升率近似取值为0；假设侦察区域地势平缓，地面运动目标爬升速率亦近似取值为0。在地理坐标系下(地理坐标系选取北东地即NED坐标系)，用目标速度
Figure BDA0002220326390000031
减载机速度
Figure BDA0002220326390000032
则为目标相对载机的运动速度，即：
Figure BDA0002220326390000033
其中
Figure BDA0002220326390000034
为地理坐标系下载机的北向速度，
Figure BDA0002220326390000035
为地理坐标系下载机的东向速度，
Figure BDA0002220326390000036
为地理坐标系下目标的北向速度，
Figure BDA0002220326390000037
为地理坐标系下目标的东向速度，
Figure BDA0002220326390000038
为相对速度在地理坐标系北方向的分量，为相对速度在地理坐标系东方向的分量，取相对速度在地理坐标系下方向的分量为0；
将矢量
Figure BDA00022203263900000310
换算到视轴坐标下需要进行两次坐标变换，首先从地理坐标系变换到载机机体坐标系，坐标变换的方向余弦矩阵为
Figure BDA00022203263900000312
α、β、γ分别为载机航向角、俯仰角和横滚角；
然后从机体坐标系变换到视轴坐标系，坐标变换的方向余弦矩阵为
Figure BDA00022203263900000313
Figure BDA00022203263900000314
α1、β1、γ1分别为视轴坐标系下光电转塔的方位角、俯仰角和滚转角；
视轴坐标系下，目标的运动速度为
Figure BDA00022203263900000315
Figure BDA00022203263900000316
为视轴坐标系下目标沿视轴方向远离光电转塔的速度，
Figure BDA00022203263900000317
为视轴坐标系下目标右方向速度分量，
Figure BDA00022203263900000318
为视轴坐标系下目标下方向速度分量；
计算视轴坐标系下目标速度：
Figure BDA00022203263900000319
令
Figure BDA0002220326390000041
由公式四式和公式五式可得
Figure BDA0002220326390000042
由公式六简化可得
Figure BDA0002220326390000043
由公式七式反算可得
Figure BDA0002220326390000044
在光电转塔对运动目标稳定跟踪时，视轴能够始终指向运动目标，转塔内部安装的高精度陀螺能够反映目标相对视轴的角速度，角速度与旋转半径的乘积即为目标相对载机或光电转塔的速度，即有D为载机到目标的直线距离，可由激光测距直接获得；ωz为方位陀螺输出，ωy为俯仰陀螺输出，D、ωz、ωy均为已知量，
Figure BDA0002220326390000046
可通过计算得出；
由公式一式可得到
Figure BDA0002220326390000047
其中
Figure BDA0002220326390000048
为已知量，
Figure BDA0002220326390000049
通过公式八计算可得到，因此
Figure BDA00022203263900000410
可通过计算获得；
最终目标运动速率可由公式
Figure BDA00022203263900000411
计算得到，方向角可由公式
Figure BDA00022203263900000412
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明所述的一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，在目标测速测向过程中，光电转塔的视轴始终指向目标，同时光电转塔的激光测距仪持续测量目标到载机的直线距离；机载计算机同步实时采集在地理坐标系下载机的北向速度
Figure BDA00022203263900000413
东向速度
Figure BDA00022203263900000414
航向角α、俯仰角β、横滚角γ，和在视轴坐标系下光电转塔的方位角α1、俯仰角β1、滚转角γ1、方位角速度ωz，俯仰角速度ωy，以及目标到载机的直线距离D；然后通过机载计算机计算出目标的速度Vt和方向角αt；该方法解决了现有的通过对运动目标的连续定位、平滑滤波减噪，来测量运动目标速度及方向角所带来的测量滞后问题，实现了对运动目标的实时测量；同时，该方法所采集数据均来自高精密的机载组合惯导、光电转塔塔载组合惯导、激光测距仪等设备，因此具有数据精度高的特点，相应的提高了对目标测速测向的精度。
附图说明
图1为测速测向计算流程示意图。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进：
一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其具体过程如下：
S1：在目标测速测向过程中，光电转塔的视轴始终指向目标；同时光电转塔的激光测距仪持续测量目标到载机的直线距离；
S2：在目标测速测向过程中，机载计算机通过机载组合惯导同步实时采集载机在地理坐标系下北向速度
Figure BDA0002220326390000051
载机在地理坐标系东向速度
S3：在目标测速测向过程中，机载计算机通过机载组合惯导同步实时采集载机在地理坐标系下航向角α、俯仰角β、横滚角γ；
S4：在目标测速测向过程中，机载计算机通过光电转塔的塔载组合惯导同步实时采集在视轴坐标系下光电转塔的方位角α1、俯仰角β1、滚转角γ1，以及光电转塔的方位角速度ωz，俯仰角速度ωy；
S5：在目标测速测向过程中，机载计算机通过光电转塔激光测距仪实时采集目标到载机的直线距离D；
S6：机载计算机根据公式
Figure BDA0002220326390000053
以及采集到的目标在视轴坐标系的方位角速度ωz、俯仰角速度ωy、目标到载机的直线距离D，计算出视轴坐标系下的目标速度
Figure BDA0002220326390000054
其中为视轴坐标系下目标右方向速度分量，
Figure BDA0002220326390000056
为视轴坐标系下目标下方向速度分量；
S7：机载计算机根据公式
Figure BDA0002220326390000057
及已经计算出的视轴坐标系下的目标速度计算出在地理坐标系下目标相对载机的速度
Figure BDA0002220326390000062
其中，为相对速度在地理坐标系下的北向分量，
Figure BDA0002220326390000064
为相对速度在地理坐标系下的东向分量，
Figure BDA0002220326390000065
为二次坐标转换的方向余弦矩阵；
S8：机载计算机根据公式
Figure BDA0002220326390000066
已经计算出的在地理坐标系下目标相对载机的速度
Figure BDA0002220326390000067
以及机载计算机采集到的载机速度
Figure BDA0002220326390000068
计算出在地理坐标系下目标的速度
Figure BDA0002220326390000069
其中，
Figure BDA00022203263900000610
为在地理坐标系下目标的北向速度，
Figure BDA00022203263900000611
为在地理坐标系下目标的东向速度；
S9：机载计算机根据公式
Figure BDA00022203263900000612
和已经计算出来的地理坐标系下目标的速度
Figure BDA00022203263900000613
最终计算出目标的速度Vt和方向角αt。
以下为组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法的具体实施例：
采集到的某时刻载机和光电转塔相关数据如下：
Figure BDA00022203263900000614
α＝232.064，β＝1.786，γ＝9.965，α1＝46.2，β1＝-38.7，γ1＝0.0，ωz＝0.003972，ωy＝-0.004339，D＝3969；
计算得到目标速度：Vt＝61.6km/h，目标方向角：αt＝273.2
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (9)

1.一种基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：在目标测速测向过程中，光电转塔的视轴始终指向目标；同时光电转塔的激光测距仪持续测量目标到载机的直线距离；机载计算机同步实时采集在地理坐标系下载机的北向速度东向速度
Figure FDA0002220326380000012
航向角α、俯仰角β、横滚角γ，和在视轴坐标系下光电转塔的方位角α1、俯仰角β1、滚转角γ1、方位角速度ωz，俯仰角速度ωy，以及目标到载机的直线距离D；然后通过机载计算机计算出目标的速度Vt和方向角αt。
2.根据权利要求1所述的基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：在目标测速测向过程中，机载计算机通过机载组合惯导同步实时采集载机在地理坐标系下北向速度载机在地理坐标系东向速度
3.根据权利要求1所述的基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：在目标测速测向过程中，机载计算机通过机载组合惯导同步实时采集载机在地理坐标系下航向角α、俯仰角β、横滚角γ。
4.根据权利要求1所述的基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：在目标测速测向过程中，机载计算机通过光电转塔的塔载组合惯导同步实时采集在视轴坐标系下光电转塔的方位角α1、俯仰角β1、滚转角γ1，以及光电转塔的方位角速度ωz，俯仰角速度ωy。
5.根据权利要求1所述的基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：在目标测速测向过程中，机载计算机通过光电转塔激光测距仪实时采集目标到载机的直线距离D。
6.根据权利要求4、或5所述的基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：机载计算机根据公式
Figure FDA0002220326380000015
以及采集到的目标在视轴坐标系的方位角速度ωz、俯仰角速度ωy、目标到载机的直线距离D，计算出视轴坐标系下的目标速度
Figure FDA0002220326380000016
其中
Figure FDA0002220326380000017
为视轴坐标系下目标右方向速度分量，
Figure FDA0002220326380000021
为视轴坐标系下目标下方向速度分量。
7.根据权利要求6所述的基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：机载计算机根据公式
Figure FDA0002220326380000022
及已经计算出的视轴坐标系下的目标速度
Figure FDA0002220326380000023
计算出在地理坐标系下目标相对载机的速度
Figure FDA0002220326380000024
其中，
Figure FDA0002220326380000025
为相对速度在地理坐标系下的北向分量，
Figure FDA0002220326380000026
为相对速度在地理坐标系下的东向分量，
Figure FDA0002220326380000027
为二次坐标转换的方向余弦矩阵。
8.根据权利要求2、或7所述的基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：机载计算机根据公式已经计算出的在地理坐标系下目标相对载机的速度
Figure FDA0002220326380000029
以及机载计算机采集到的载机速度计算出在地理坐标系下目标的速度
Figure FDA00022203263800000211
其中，
Figure FDA00022203263800000212
为在地理坐标系下目标的北向速度，
Figure FDA00022203263800000213
为在地理坐标系下目标的东向速度。
9.根据权利要求8所述的基于组合惯导信息和光电转塔视频跟踪的运动目标测速测向方法，其特征是：机载计算机根据公式
Figure FDA00022203263800000214
和已经计算出来的地理坐标系下目标的速度
Figure FDA00022203263800000215
最终计算出目标的速度Vt和方向角αt。
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