CN112346485A - 一种光电跟踪控制方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种光电跟踪控制方法、系统、电子设备及存储介质,所述方法包括:根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;基于建立的地理坐标系目标运动模型,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角,对伺服跟踪系统进行控制。本申请实施例将目标的脱靶量信息转化为高度角和方位角,其中,通过高度角和方位角来控制光电伺服机构,跟踪精度高;且通过转化为地理坐标系下的高度角和方位角,提高了光电跟踪的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及光电跟踪领域,尤其涉及一种光电跟踪控制方法、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
光电设备具有成像直观、精度高、抗干扰能力强、信息传输保密性好等特点,经过近年来的快速发展,在跟踪、侦察、通信、导航等领域均有重要应用。光电跟踪侦察设备通过控制光轴指向实现对目标的跟踪、测距和图像侦察。对目标的精密稳定跟踪能力是实现光电跟踪侦察设备使命任务的基础。
目标脱靶量信息是指目标在图像中距离图像中心(靶面中心)的偏差量,观测平台的角运动、被观测目标的线运动会导致目标偏离图像中心。因此,一般采用脱靶量作为跟踪系统的位置环给定量,从而控制光电系统伺服机构转位,隔离平台角运动、跟踪目标线运动,使得光学探测器始终指向目标,实现稳定探测。但由于目标脱靶量的获取需要经过探测器曝光、图像采集、目标识别、脱靶量提取等步骤,存在信息更新频率低(普遍小于50Hz)、信息延时大(普遍大于2帧,即40ms)等问题。并且仅采用脱靶量信息作为伺服跟踪系统位置环的反馈,无法区分观测平台角运动与观测目标线运动对脱靶量的影响,将跟踪问题与稳定问题混为一谈。
发明内容
本申请实施例提供了一种光电跟踪控制方法、系统、电子设备及存储介质,用于提高光电跟踪的精度。
本申请实施例的第一方面,提供了光电跟踪控制方法,包括:根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;基于建立的所述地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角;将所述待测目标在当前时刻的高度角和方位角作为位置环给定量,对伺服跟踪系统进行控制。
本申请实施例的第二方面提供了一种光电跟踪控制系统,包括:
建立模块,用于根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;
预测模块,用于基于建立的所述地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角;
计算模块,用于预测的当时时刻待测目标的高度角和方向角,计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;以及根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角;
控制模块,用于将所述待测目标在当前时刻的高度角和方位角作为位置环给定量,对伺服跟踪系统进行控制。
本申请第三方面提供了一种电子设备,包括存储器、处理器,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如上述任意一项所述的光电跟踪控制方法的步骤。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机管理类程序,所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的光电跟踪控制方法的步骤。
从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;基于建立的地理坐标系目标运动模型,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角,对伺服跟踪系统进行控制。本申请实施例将目标的脱靶量信息转化为高度角和方位角,其中,通过高度角和方位角来控制光电伺服机构,相比传统的仅仅利用脱靶量信息控制跟踪,跟踪精度高;且通过转化为地理坐标系下的高度角和方位角,由于地理坐标系的稳定性好,提高了光电跟踪的稳定性。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种可能的光电跟踪控制方法的流程图;
图2为本申请实施例提供的一种可能的光电跟踪控制方法的整体流程图;
图3为本申请实施例提供的一种可能的光电跟踪控制系统的结构示意图;
图4为本申请实施例提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图;
图5为本申请实施例提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种视图对象的显示方法及相关装置,用于使视图对象的显示更加灵活且自动化。
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域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,都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请提供了一种光电跟踪控制方法,请参阅图1,为本申请实施例提供的一种光电跟踪控制方法的流程图,具体包括:101、根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;102、基于建立的所述地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;103、根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角;104、将所述待测目标在当前时刻的高度角和方位角作为位置环给定量,对伺服跟踪系统进行控制。
可以理解的是,本申请实施例可根据待测目标的历史信息,比如,历史某个时刻的脱靶量信息,光电跟踪伺服机构的测角信息,以及待测目标的惯性导航姿态信息,建立地理坐标系下的目标运动模型。
基于建立的地理坐标系下的目标运动模型,预测当前时刻地理坐标系下待测目标的高度角和方位角,并计算对应的地理坐标系矢量,根据地理坐标系与载体坐标系的转换关系,将待测目标当前时刻在地理坐标系下的高度角和方位角转换为载体坐标系下的高度角和方位角,根据载体坐标系下的高度角和方位角对伺服跟踪系统进行控制。
本申请实施例将目标的脱靶量信息转化为高度角和方位角,其中,通过高度角和方位角来控制光电伺服机构,跟踪精度高;且通过转化为地理坐标系下的高度角和方位角,提高了光电跟踪的稳定性。
在一种可能的实施例方式中,根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息和航向信息,建立地理坐标系目标运动模型包括:获取历史预定时刻待测目标的脱靶量信息,基于脱靶量信息,计算待测目标的靶面成像坐标系的矢量;根据相同预定时刻的跟踪伺服机构测角信息,将待测目标的靶面成像坐标系的矢量投影到载体坐标系,得到待测目标在载体坐标系的矢量;根据相同预定时刻的惯性导航姿态信息,将待测目标在载体坐标系的矢量投影到地理坐标系,得到待测目标在地理坐标系的矢量;基于待测目标在地理坐标系的矢量,建立地理坐标系目标运动模型。
可以理解的是,对于历史的某一时刻的待测目标的脱靶量信息,计算待测目标的靶面成像坐标系的矢量,根据相同时刻的跟踪伺服机构测角信息,将待测目标的靶面成像坐标系的矢量投影到载体坐标系,得到待测目标对应的在载体坐标系的矢量。对于待测目标在载体坐标系的矢量,根据与脱靶量信息相同时刻的惯性导航姿态信息,将待测目标在载体坐标系的矢量投影到地理坐标系,得到待测目标在地理坐标系的矢量。基于待测目标在地理坐标系的矢量,建立地理坐标系的目标运动模型。
本发明将待测目标的靶面成像坐标系的矢量转换到载体坐标系,然后再转换到地理坐标系,基于待测目标的地理坐标系的矢量,建立目标运动模型,由于地理坐标系非常稳定,因此,在地理坐标系建立的目标运动模型也比较稳定,最终提高了光电跟踪的稳定性。
在一种可能的实施例方式中,获取历史预定时刻待测目标的脱靶量信息,基于脱
靶量信息,计算待测目标的靶面成像坐标系的矢量包括:从图像识别信息中提取待测目标
的脱靶量信息;通过如下公式计算待测目标的靶面成像坐标系的矢量:
其中,其中,Rs为待测目标的靶面成像坐标系的矢量,s为靶面成像坐标系。根据历史的某一时刻待测目标的脱靶量信息,通过公式(1)课计算出待测目标的靶面成像坐标系的矢量。
在一种可能的实施例方式中,根据相同预定时刻的跟踪伺服机构测角信息,将所述待测目标的靶面成像坐标系的矢量投影到载体坐标系,得到待测目标在载体坐标系的矢量包括:
相应的,所述根据相同预定时刻的惯性导航姿态信息,将待测目标在载体坐标系的矢量投影到地理坐标系,得到待测目标在地理坐标系的矢量包括:
可以理解的是,通过公式(1)可计算出待测目标在靶面成像坐标系的矢量,通过公式(2)可将待测目标在靶面成像坐标系的矢量转化到载体坐标系,然后通过公式(3)将待测目标在载体坐标系的矢量转化为在地理坐标系的矢量。后续可基于待测目标在地理坐标系的矢量,建立在地理坐标系的目标运动模型。
在一种可能的实施例方式中,基于待测目标在地理坐标系的矢量,建立地理坐标系目标运动模型的具体方法为:基于待测目标在历史的多个不同时刻在地理坐标系的矢量,计算每一个历史时刻,待测目标在地理坐标系的高度角和方位角;基于待测目标在地理坐标系的多个高度角和对应的多个时刻,采用最小二乘法计算高度角模型参数;基于待测目标在地理坐标系的多个方位角和对应的多个时刻,采用最小二乘法计算方位角模型参数。
可以理解的是,对于历史的多个时刻,均可通过公式(3)计算每一个时刻,待测目标在地理坐标系的矢量,并根据每一个时刻待测目标在地理坐标系的矢量,计算待测目标在每一个时刻,在地理坐标系的高度角和方位角。根据多个高度角和对应的时刻,采用最小二乘法计算高度角模型参数,以及根据多个方位角和对应的多个时刻,采用最小二乘法计算方位角模型参数。根据高度角模型参数和方位角模型参数即可得到地理坐标系的目标运动模型。
在一种可能的实施例方式中,基于待测目标在历史的多个不同时刻在地理坐标系的矢量,计算每一个历史时刻,待测目标在地理坐标系的高度角和方位角包括:通过如下公式计算待测目标每一个时刻在地理坐标系的高度角和方位角:
相应的,基于待测目标在地理坐标系的多个高度角和对应的多个时刻,采用最小二乘法计算高度角模型参数包括:
可以理解的是,通过公式(4)可计算出待测目标在地理坐标系,历史的每一个时刻的高度角和方位角,并通过公式(5)计算得到高度角模型参数和方位角模型参数。
在一种可能的实施例方式中,基于建立的所述地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量包括:通过如下公式预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量:
可以理解的是,通过公式(7)可计算得到待测目标当前时刻,在地理坐标系中的高度角,以及通过公式(8)可计算待测目标当前时刻,在地理坐标系的方位角。根据当前时刻,待测目标在地理坐标系的高度角和方位角,通过公式(9)可计算得到待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量。
在一种可能的实施例方式中,根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角包括:
可以理解的是,通过公式(9)可计算得到待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,
根据通过公式(10)和(11)计算在载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角。
最后将作为方位伺服指令角、作为俯仰伺服指令角送入控制回路位置换,实现基于高
频率、无延时位置环给定量的精确跟踪。
参见图2,对本发明提供的光电跟踪控制方法的整个流程进行说明,首先,获取历史的某个时刻的待测目标的脱靶量信息,计算待测目标在靶面成像坐标系的矢量,根据靶面成像坐标系与载体坐标系的转换矩阵,将待测目标在靶面成像坐标系的矢量转换为载体坐标系的矢量,然后根据载体坐标系与地理坐标系的转换矩阵,将待测目标在载体坐标系的矢量转换到地理坐标系的矢量。根据待测目标在地理坐标系的矢量,建立在地理坐标系下的目标运动模型。
利用建立的地理坐标系的目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量。根据地理坐标系下,当前时刻待测目标的高度角、方位角,以及对应的地理坐标系矢量,结合对应的惯导航姿数据,将待测目标在地理坐标系下的高度角和方位角,反向转化为载体坐标系下的高度角和方位角,根据待测目标在载体坐标系下的高度角和方位角对光电跟踪伺服机构进行控制。
本发明根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;基于建立的地理坐标系目标运动模型,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角,对伺服跟踪系统进行控制。将目标的脱靶量信息转化为高度角和方位角,其中,通过高度角和方位角来控制光电伺服机构,相比传统的仅仅利用脱靶量信息控制跟踪,跟踪精度高;且通过转化为地理坐标系下的高度角和方位角,由于地理坐标系的稳定性好,提高了光电跟踪的稳定性。
在传统中,当跟踪目标距离较远时,需要图像分辨率较高,也就是需要拍摄高清图像,对高清图像处理时间大幅延长,帧频率会降低,不利于光电伺服跟踪。采用本发明,将脱靶量信息转化为高度角和方位角等角度信息,降低了对图像信息延时、帧频率的要求,更有利于兼顾光电侦查的图像清晰度与精确跟踪能力的问题。本发明在建立目标运动模型时,根据离散的多个时刻的高度角和方方位角计算高度角模型参数和方位角模型参数,将离散的高度角数据和方位角数据整合在一起,解决了传统算法对近距离、高速运动目标跟踪困难的问题。
参见图3,提供了一种光电跟踪控制系统,包括:
建立模块301,用于根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;
预测模块302,用于基于建立的所述地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角;
计算模块303,用于预测的当时时刻待测目标的高度角和方向角,计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;以及根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角;
控制模块304,用于将所述待测目标在当前时刻的高度角和方位角作为位置环给定量,对伺服跟踪系统进行控制。
可以理解的是,本发明提供的光电跟踪控制系统与前述各实施例提供的光电跟踪控制方法对应,光电跟踪控制方法系统的相关技术特征可参考前述各实施例提供的光电跟踪控制方法方法的相关技术特征,在此不再赘述。
请参阅图4,图4为本申请实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图4所示,本申请实施例提了一种电子设备,包括存储器410、处理器420及存储在存储器420上并可在处理器420上运行的计算机程序411,处理器420执行计算机程序411时实现以下步骤:根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;
基于建立的所述地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角;将待测目标在当前时刻的高度角和方位角作为位置环给定量,对伺服跟踪系统进行控制。
请参阅图5,图5为本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。
如图5所示,本实施例提供了一种计算机可读存储介质500,其上存储有计算机程序511,该计算机程序511被处理器执行时实现如下步骤:根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;基于建立的地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角;将待测目标在当前时刻的高度角和方位角作为位置环给定量,对伺服跟踪系统进行控制。
需要说明的是,在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详细描述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种光电跟踪控制方法,其特征在于,包括:
根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;
基于建立的所述地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角,并计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;
根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角;
将所述待测目标在当前时刻的高度角和方位角作为位置环给定量,对伺服跟踪系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的光电跟踪控制方法,其特征在于,所述根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息和航向信息,建立地理坐标系目标运动模型包括:
获取历史预定时刻待测目标的脱靶量信息,基于所述脱靶量信息,计算待测目标的靶面成像坐标系的矢量;
根据相同预定时刻的跟踪伺服机构测角信息,将所述待测目标的靶面成像坐标系的矢量投影到载体坐标系,得到待测目标在载体坐标系的矢量;
根据相同预定时刻的惯性导航姿态信息,将待测目标在载体坐标系的矢量投影到地理坐标系,得到待测目标在地理坐标系的矢量;
基于待测目标在地理坐标系的矢量,建立地理坐标系目标运动模型。
5.根据权利要求4所述的光电跟踪控制方法,其特征在于,所述基于待测目标在地理坐标系的矢量,建立地理坐标系目标运动模型包括:
基于待测目标在历史的多个不同时刻在地理坐标系的矢量,计算每一个历史时刻,待测目标在地理坐标系的高度角和方位角;
基于待测目标在地理坐标系的多个高度角和对应的多个时刻,采用最小二乘法计算高度角模型参数;
基于待测目标在地理坐标系的多个方位角和对应的多个时刻,采用最小二乘法计算方位角模型参数。
6.根据权利要求5所述的光电跟踪控制方法,其特征在于,所述基于待测目标在历史的多个不同时刻在地理坐标系的矢量,计算每一个历史时刻,待测目标在地理坐标系的高度角和方位角包括:
通过如下公式计算待测目标每一个时刻在地理坐标系的高度角和方位角:
相应的,所述基于待测目标在地理坐标系的多个高度角和对应的多个时刻,采用最小二乘法计算高度角模型参数包括:
9.一种光电跟踪控制系统,其特征在于,包括:
建立模块,用于根据待测目标的历史脱靶量信息、跟踪伺服机构测角信息,以及惯性导航姿态信息,建立地理坐标系目标运动模型;
预测模块,用于基于建立的所述地理坐标系目标运动模型,在地理坐标系,预测当时时刻待测目标的高度角和方向角;
计算模块,用于预测的当时时刻待测目标的高度角和方向角,计算待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量;以及根据待测目标在当前时刻的地理坐标系矢量,计算载体坐标系下,待测目标在当前时刻的高度角和方位角;
控制模块,用于将所述待测目标在当前时刻的高度角和方位角作为位置环给定量,对伺服跟踪系统进行控制。
10.一种电子设备,其特征在于,包括存储器、处理器,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如权利要求1-8任意一项所述的光电跟踪控制方法的步骤。
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