CN112114376A - 一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法，采用移动基线方式，不再依赖于固定基线，且仅需一套红外警戒设备作为单站，移动基线通过单站所搭载舰船载体的移动来实现，并利用红外警戒设备的周视扫描过程的时差与扫描角速度进行角度计算，实现红外警戒设备的测距功能，极大简化了传统基线测距方法的复杂度和测量实现的难度。

Description

一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法

技术领域

本发明涉及无源测距方法技术领域，具体涉及一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法。

背景技术

红外警戒设备是装备于舰船的一种重要预警探测装备，利用被探测目标与背景自身产生的红外辐射形成的辐射对比度来发现和探测目标，采用被动方式工作，因而不受敌方电子干扰的影响，尤其是在无线电静默和强电磁干扰环境下，能有效替代雷达工作，在舰艇的预警探测、侦察监视等方面发挥着重要的作用。但是，红外警戒设备只能获取被测目标的二维红外图像信息，并不能得到目标的距离信息，因此无法形成3D视图。

有源测距需要主动向外发射探测信号，因此会暴露自身的位置信息，无源测距则不需向外辐射测量信号，因而无源测距的广泛研究与应用成为了必然。基线交叉无源定位方法是一种经典的无源测距方法，通过基线两侧的两个光电探测设备同时对目标进行观测，测得目标相对于基线的夹角，同时需精确测量探测器相对于目标的视线与基线间的夹角，在基线距离已知的情况下，通过几何方法计算出目标相对于基线中心的距离，不仅可实现对静止目标的测距，还能实现对动态目标的测距。但是，基线交叉无源定位方法对测角精度要求很高，当基线距离变短，相对测距误差要求提高时，对测角精度的要求将变得更高。因此，研究人员提出了基于扫描时差的同步测时交叉定位方法这一替代方法。

本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：

现有的技术中基于扫描时差的同步测时交叉定位方法将传统基线交叉无源定位方法中的角度精确测量转化为时差的测量，但是该方法依然需要两个光电探测设备，并依赖于较长距离的固定基线，而实际测量时很难找到长距离基线并顺利将两个光电探测设备架设安装在基线两侧，因此导致测量复杂度高。

发明内容

本发明提出一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法，用于解决或者至少部分解决现有技术的方法中存在的测量复杂度高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法，包括：

根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息、红外警戒设备扫描的信息以及舰船的移动距离，建立测距模型，其中，待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息包括红外警戒设备视线对目标的张角、红外警戒设备与待测目标的距离、舰船位置信息以及两次识别的时间间隔，红外警戒设备扫描的信息包括旋转速度；

根据建立的测距模型，计算待测目标距离。

在一种实施方式中，根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息以及舰船的移动距离，建立测距模型，包括：

获取待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息，包括第一探测识别时刻t₁，t₁时刻红外警戒设备视线对目标的第一张角θ₁，与待测目标的第一距离R₁以及红外警戒设备导航信息记录的第一舰船位置D₁；

获取待测目标第二次被红外警戒设备探测识别的信息，包括第探测识别时刻t₂，t₂时刻红外警戒设备视线对目标的第二张角θ₂，与待测目标的第二距离R₂以及红外警戒设备导航信息记录的第二舰船位置D₂，第一次和第二被红外警戒设备探测识别的时间间隔为Δt；

获取红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系；

根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的时间间隔和舰船的航行速度，计算舰船的移动距离，将其作为移动基线的距离；

根据待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息、第二次被红外警戒设备探测识别的信息、旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系以及移动基线的距离构建测距模型。

在一种实施方式中，获取的红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系为：

2π-ω·Δt＝θ₂-θ₁

其中，ω表示红外警戒设备的旋转角度。

在一种实施方式中，根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的时间间隔和舰船的航行速度，计算舰船的移动距离，具体公式为：

其中，d表示舰船的移动距离，v表示舰船的航行速度。

在一种实施方式中，根据待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息、第二次被红外警戒设备探测识别的信息、旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系以及移动基线的距离构建测距模型，包括：

根据舰船的第一位置D₁、第二位置D₂以及待测目标T的位置确定三角形ΔTD₁D₂，其中，待测目标T到D₁D₂连线中点的距离R为待求的测距距离，由正弦三角函数关系获得待求的测距距离与待测目标到第一位置的距离、待测目标到第二位置的距离之间函数关系：

其中，d表示舰船的移动距离，R₁为待测目标到第一位置的距离，R₂为待测目标到第二位置的距离；

根据上述函数关系得到测距方程：

根据红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系，得到待测距离的计算公式，即为测距模型：

在一种实施方式中，所述方法还包括：

调整舰船载体航向，使得舰船载体上红外警戒设备至待测目标的视线方向与载体航向垂直，t₁时刻红外警戒设备视线对目标的第一张角θ₁为90°；

使红外警戒设备的在时间间隔Δt内扫描旋的角度为2π；

将测距模型简化为以下形式：

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

本发明提供的一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法，可以根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息、红外警戒设备扫描的信息以及舰船的移动距离，建立测距模型，然后根据建立的测距模型，计算待测目标距离。仅需一套红外警戒设备作为单站，移动基线通过单站所搭载舰船载体的移动来实现，可极大简化传统基线测距方法的复杂度和测量实现的难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例中一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法的流程框图；

图2为本发明实施例中测距模型原理示意图；

具体实施方式

本发明在现有固定基线测距方法的基础上，采用扫描时差方式，提出一种应用于红外警戒设备的单站移动基线无源测距方法，减少了光电探测设备的数量，可实现红外警戒设备的测距功能，极大简化了传统基线测距方法的复杂度和测量实现的难度。

为了实现上述目的，本发明的主要构思如下：

提供用于红外警戒设备的单站移动基线无源测距定位方法，采用移动基线方式，不再依赖于固定基线，且仅需一套红外警戒设备作为单站，移动基线通过单站所搭载舰船载体的移动来实现，可极大简化传统基线测距方法的复杂度和测量实现的难度。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明实施例提供了一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法，请参见图1，该方法包括：

S1：根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息、红外警戒设备扫描的信息以及舰船的移动距离，建立测距模型，其中，待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息包括红外警戒设备视线对目标的张角、红外警戒设备与待测目标的距离、舰船位置信息以及两次识别的时间间隔，红外警戒设备扫描的信息包括旋转速度；

S2：根据建立的测距模型，计算待测目标距离。

具体来说，本发明是采用红外警戒设备的单站移动基线无源测距方法来建模。待测目标两次被红外警戒设备探测识别的时间间隔即为红外警戒设备扫描的实际间隔。

在一种实施方式中，根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息以及舰船的移动距离，建立测距模型，包括：

获取待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息，包括第一探测识别时刻t₁，t₁时刻红外警戒设备视线对目标的第一张角θ₁，与待测目标的第一距离R₁以及红外警戒设备导航信息记录的第一舰船位置D₁；

获取待测目标第二次被红外警戒设备探测识别的信息，包括第探测识别时刻t₂，t₂时刻红外警戒设备视线对目标的第二张角θ₂，与待测目标的第二距离R₂以及红外警戒设备导航信息记录的第二舰船位置D₂，第一次和第二被红外警戒设备探测识别的时间间隔为Δt；

获取红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系；

根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的时间间隔和舰船的航行速度，计算舰船的移动距离，将其作为移动基线的距离；

根据待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息、第二次被红外警戒设备探测识别的信息、旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系以及移动基线的距离构建测距模型。

具体来说，在测量过程中，待测目标T静止不动，t₁时刻，待测目标第一次被红外警戒设备探测识别，舰船以速度v航行，红外警戒设备以旋转速度ω周视扫描，经过Δt时间后在t₂时刻，待测量目标第二次被红外警戒设备探测识别。

在一种实施方式中，获取的红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系为：

2π-ω·Δt＝θ₂-θ₁

其中，ω表示红外警戒设备的旋转角度。

在一种实施方式中，根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的时间间隔和舰船的航行速度，计算舰船的移动距离，具体公式为：

其中，d表示舰船的移动距离，v表示舰船的航行速度。

具体来说，舰船的移动距离为本发明中移动基线的距离值。

在一种实施方式中，根据待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息、第二次被红外警戒设备探测识别的信息、旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系以及移动基线的距离构建测距模型，包括：

根据舰船的第一位置D₁、第二位置D₂以及待测目标T的位置确定三角形ΔTD₁D₂，其中，待测目标T到D₁D₂连线中点的距离R为待求的测距距离，由正弦三角函数关系获得待求的测距距离与待测目标到第一位置的距离、待测目标到第二位置的距离之间函数关系：

其中，d表示舰船的移动距离，R₁为待测目标到第一位置的距离，R₂为待测目标到第二位置的距离；

根据上述函数关系得到测距方程：

根据红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系，得到待测距离的计算公式，即为测距模型：

具体来说，请参见图2，为测距模型的原理示意图，由舰船位置D₁、D₂和目标T所在位置可确定三角形ΔTD₁D₂，目标T到D₁D₂中点的距离R即为所求测距距离，由正弦三角函数关系可知：

对上式平方并将R₁与R₂项相加可得：

根据平行四边形的特性，平行四边形的四条边的边长的平方和等于对角线长的平方和，可以得到下式：

化简得到测距方程：

进一步将2π-ω·Δt＝θ₂-θ₁代入，得到待测距离，即测距模型

在一种实施方式中，所述方法还包括：

调整舰船载体航向，使得舰船载体上红外警戒设备至待测目标的视线方向与载体航向垂直，t₁时刻红外警戒设备视线对目标的第一张角θ₁为90°；

使红外警戒设备的在时间间隔Δt内扫描旋的角度为2π；

将测距模型简化为以下形式：

具体来说，一般地，红外警戒设备的扫描旋转速度ω较快，故ω·Δt→2π，可将ω·Δt项略去；距离d相比待测距离R较小，则有d/R→0，调整舰船载体航向，使得舰船载体上红外警戒设备至待测目标的视线方向与载体航向垂直，则θ₁＝90°。

在具体的测量时，调整舰船载体航向，使红外警戒设备至待测目标的视线方向与舰船航向垂直，红外警戒设备以ω角速度旋转扫描，记录待测目标连续两次被红外警戒设备探测识别的间隔时间Δt，并依据红外警戒设备提供的导航数据计算得到间隔时间Δt内的位置变化为d，依据简化后的测距模型得到目标的距离信息。

本发明提供的方法具有如下优点或者有益技术效果：

(1)采用移动基线方式，不再依赖于固定基线；

(2)仅需一套红外警戒设备作为单站，移动基线通过单站所搭载舰船载体的移动来实现，可极大简化传统基线测距方法的复杂度和测量实现的难度。

本发明中所描述的具体实施的例子仅仅是对本发明的方法和步骤的举例说明。本发明所述技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施步骤做相应的修改或补充或变形(即采用类似的替代方式)，但是不会背离本发明的原理和实质或者超越所附权利要求书所定义的范围。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种用于红外警戒装置的单站移动基线无源测距方法，其特征在于，包括：

根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息、红外警戒设备扫描的信息以及舰船的移动距离，建立测距模型，其中，待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息包括红外警戒设备视线对目标的张角、红外警戒设备与待测目标的距离、舰船位置信息以及两次识别的时间间隔，红外警戒设备扫描的信息包括旋转速度；

根据建立的测距模型，计算待测目标距离。

2.如权利要求1所述的单站移动基线无源测距方法，其特征在于，根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的信息以及舰船的移动距离，建立测距模型，包括：

获取待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息，包括第一探测识别时刻t₁，t₁时刻红外警戒设备视线对目标的第一张角θ₁，与待测目标的第一距离R₁以及红外警戒设备导航信息记录的第一舰船位置D₁；

获取待测目标第二次被红外警戒设备探测识别的信息，包括第探测识别时刻t₂，t₂时刻红外警戒设备视线对目标的第二张角θ₂，与待测目标的第二距离R₂以及红外警戒设备导航信息记录的第二舰船位置D₂，第一次和第二被红外警戒设备探测识别的时间间隔为Δt；

获取红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系；

根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的时间间隔和舰船的航行速度，计算舰船的移动距离，将其作为移动基线的距离；

根据待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息、第二次被红外警戒设备探测识别的信息、旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系以及移动基线的距离构建测距模型。

3.如权利要求2所述的单站移动基线无源测距方法，其特征在于，获取的红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系为：

2π-ω·Δt＝θ₂-θ₁

其中，ω表示红外警戒设备的旋转角度。

4.如权利要求2所述的单站移动基线无源测距方法，其特征在于，根据待测目标两次被红外警戒设备探测识别的时间间隔和舰船的航行速度，计算舰船的移动距离，具体公式为：

其中，d表示舰船的移动距离，v表示舰船的航行速度。

5.如权利要求3所述的单站移动基线无源测距方法，其特征在于，根据待测目标第一次被红外警戒设备探测识别的信息、第二次被红外警戒设备探测识别的信息、旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系以及移动基线的距离构建测距模型，包括：

根据舰船的第一位置D₁、第二位置D₂以及待测目标T的位置确定三角形ΔTD₁D₂，其中，待测目标T到D₁D₂连线中点的距离R为待求的测距距离，由正弦三角函数关系获得待求的测距距离与待测目标到第一位置的距离、待测目标到第二位置的距离之间函数关系：

其中，d表示舰船的移动距离，R₁为待测目标到第一位置的距离，R₂为待测目标到第二位置的距离；

根据上述函数关系得到测距方程：

根据红外警戒设备的旋转角度与第一张角、第二张角之间的关系，得到待测距离的计算公式，即为测距模型：

6.如权利要5所述的单站移动基线无源测距方法，其特征在于，所述方法还包括：

调整舰船载体航向，使得舰船载体上红外警戒设备至待测目标的视线方向与载体航向垂直，t₁时刻红外警戒设备视线对目标的第一张角θ₁为90°；

使红外警戒设备的在时间间隔Δt内扫描旋的角度为2π；

将测距模型简化为以下形式：

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