CN113190027B - 一种面向空中态势感知的空间剖分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种面向空中态势感知的空间剖分方法，所述方法包括：获取飞行器自身的空中姿态，及飞行器与待感知物体之间的距离；依据所述飞行器自身的空中姿态，获取飞行器的质心、纵轴和横轴信息；依据飞行器的质心、纵轴和横轴信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径计算依据的用于空间剖分的正十二面体；依据所述用于空间剖分的正十二面体，获取待感知物体的空间方位指示。本申请能转变现有理性的空中目标定位为直观感性的目标方位指示，有利于提升空中态势感知的直观性，促进身处飞行器中的人类/智能体快速做出决策。
Description
技术领域
本发明属于空中态势感知技术领域，尤其涉及一种面向空中态势感知的空间剖分方法。
背景技术
空中态势感知是空中目标威胁评估、火力分配和空战机动决策的依据，其准确性和时效性对赢得空战胜利具有至关重要的影响。空间剖分是依据一定的规则将空间划分成多个区域，在用于空中物体定位时，常采用平面法、八象限法和三阶魔方法等。现有技术的方法可以给出空间物体的定位，辅助身处飞行器中的人类或智能体进行态势评估。然而，这些方法传递给人类的方位信息还不够直观，具有浓重的理论特色，在经验知识不够丰富的情况下，人类/智能体难以根据上述方法确定的空中物体位置进行快速的机动规避/机动攻击决策。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种面向空中态势感知的空间剖分方法。
基于本发明实施例，公开一种面向空中态势感知的空间剖分方法，包括：
获取飞行器自身的空中姿态，及飞行器与待感知物体之间的距离；
依据所述飞行器自身的空中姿态，获取飞行器的质心、纵轴和横轴信息；
依据飞行器的质心、纵轴和横轴信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径计算依据的用于空间剖分的正十二面体；
依据所述用于空间剖分的正十二面体，获取待感知物体的空间方位指示。
在一个实施例中，所述用于空间剖分的正十二面体中的两个正五边形与飞行器的纵轴垂直；
所述待感知物体的质心位于所述空间剖分的正十二面体的外表面。
在一个实施例中，所述用于空间剖分的正十二面体中的前向面处于最下方的边和后向面处于最上方的边与飞行器横轴平行，其中前向面与水平面夹角为90°-α，α是飞行器纵轴与水平面的夹角。在一个实施例中，所述依据飞行器的质心、纵轴和横轴信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径计算依据的用于空间剖分的正十二面体，包括：
获取飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息；
依据所述飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径的第一正十二面体；
判断待感知物体的质心是否在所述第一正十二面体的外表面；
如果是，则将所述第一正十二面体作为用于空间剖分的正十二面体；
如果否，则依据所述飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为外接球半径的第二正十二面体；
判断待感知物体的质心是否在所述第二正十二面体的外表面；
如果是，则将所述第二正十二面体作为用于空间剖分的正十二面体；
如果否，则用于空间剖分的正十二面体的内切球半径在所述第一正十二面体和所述第二正十二面体的内切球半径之间，将这种情况下用于空间剖分的正十二面体记为第三正十二面体。
在一个实施例中，所述第二正十二面体的内切球半径为：
式中，r0为第二正十二面体的内切球半径，d为飞行器与待感知物体之间的距离。
在一个实施例中，当所述第三正十二面体是用于空间剖分的正十二面体时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线穿过所述第二正十二面体。
在一个实施例中，如果用于空间剖分的正十二面体是第三正十二面体，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线L与水平面的夹角为β，飞行器纵轴与水平面的夹角为α，飞行器与待感知物体之间的距离为d，则：
当L与所述用于空间剖分的正十二面体前向面都在水平面的一侧时，包括：
90°-α≥β时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线L与所述用于空间剖分的正十二面体前向面的夹角γ取值为90°-α-β；
90°-α<β时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线L与所述用于空间剖分的正十二面体前向面的夹角γ取值为α+β-90°；
因此，当L与所述用于空间剖分的正十二面体的前向面都在水平面的一侧时，所述用于空间剖分的正十二面体的内切球半径为：
r0＝d×sin(|90°-α-β|) (2)
当L与所述用于空间剖分的正十二面体的前向面都在水平面的两侧时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线L与所述用于空间剖分的正十二面体前向面的夹角γ取值为90°-α+β，此时，所述用于空间剖分的正十二面体的内切球半径为：
r0＝d×sin(90°-α+β) (3)
在一个实施例中，所述获取待感知物体的空间方位指示，是指对用于空间剖分的正十二面体外表面进行统一编号，根据待感知物体质心所处位置，得到相应的面编号；
当处于飞行器上的人类/智能体获得待感知物体所处位置的面编号和距离信息时，就能获得待感知物体所处方位的直观认识，从而快速做出机动规避/机动攻击决策。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
采用本发明的面向空中态势感知的空间剖分方法，以飞行器的空中姿态及飞行器与待感知物体的距离、待感知物体的位置等信息为依据，使用正十二面体进行空间剖分，能转变现有理性的空中目标定位为直观感性的目标方位指示，有利于提升空中态势感知的直观性，辅助身处飞行器中的人类/智能体快速做出决策。
附图说明
图1为本发明提出的面向空中态势感知的空间剖分方法的流程图；
图2为本发明提出的面向空中态势感知的空间剖分方法的一个实施例的示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例只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。
下面结合附图和实施例对本发明提供的一种面向空中态势感知的空间剖分方法进行更详细地说明。
在一个具体的实施例中，如图1所示，所述面向空中态势感知的空间剖分方法包括：
步骤101，获取飞行器自身的空中姿态，及飞行器与待感知物体之间的距离。
具体的，飞行器与待感知物体之间的距离为飞行器的质心与待感知物体的质心之间的距离。
步骤102，依据所述飞行器自身的空中姿态，获取飞行器的质心、纵轴和横轴信息。
步骤103，依据飞行器的质心、纵轴和横轴信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径计算依据的用于空间剖分的正十二面体。
具体的，在本申请的一个实施例中，所述用于空间剖分的正十二面体中的两个正五边形与飞行器的纵轴垂直；所述待感知物体的质心位于所述空间剖分的正十二面体的外表面。
所述用于空间剖分的正十二面体是以飞行器质心为中心，以飞行器纵轴为方位参考，以飞行器与待感知物体之间的距离作为正十二面体内切球半径计算依据建立的。
具体的，在本申请的一个实施例中，所述用于空间剖分的正十二面体中的前向面处于最下方的边、后向面处于最上方的边与飞行器横轴平行，其中前向面与水平面夹角为90°-α，α是飞行器纵轴与水平面的夹角。通过空间剖分，待感知物体的质心正好处于正十二面体外表面。
具体的，在本申请的一个实施例中，所述依据飞行器的质心、纵轴和横轴信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径计算依据的用于空间剖分的正十二面体，包括：
获取飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息；
依据所述飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息，获取以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径的第一正十二面体；此时，所述第一正十二面体满足两个正五边形与飞行器纵轴垂直，前向面处于最下方的边、后向面处于最上方的边与飞行器横轴平行，前向面与水平面夹角为90°-α；
判断待感知物体的质心是否在所述第一空间剖分的正十二面体的外表面；
如果是，则所述第一正十二面体即用于空间剖分的正十二面体；
如果否，则依据所述飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为外接球半径的第二的正十二面体；此时，所述第二正十二面体满足两个正五边形与飞行器纵轴垂直，前向面处于最下方的边、后向面处于最上方的边与飞行器横轴平行，前向面与水平面夹角为90°-α；
判断待感知物体的质心是否在所述第二正十二面体的外表面；
如果是，则所述第二正十二面体即用于空间剖分的正十二面体；
如果否，则用于空间剖分的正十二面体的内切球半径在第一正十二面体和第二正十二面体的内切球半径之间，记这种情况下用于空间剖分的正十二面体为第三正十二面体。
具体的，在本申请一个实施例中，所述第二正十二面体的内切球半径为：
式中，r0为第二正十二面体的内切球半径，d为飞行器与待感知物体之间的距离。
具体的，在本申请一个实施例中，用于空间剖分的正十二面体为第三正十二面体时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线穿过所述第二正十二面体。
在本申请的一个实施例中，设所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线L与水平面的夹角为β，飞行器纵轴与水平面的夹角为α，飞行器与待感知物体之间的距离为d，则：
当L与所述用于空间剖分的正十二面体的前向面都在水平面的一侧时，包括：
90°-α≥β时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线L与所述用于空间剖分的正十二面体前向面的夹角γ取值为90°-α-β；
90°-α<β时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线L与所述用于空间剖分的正十二面体前向面的夹角γ取值为α+β-90°；
因此，当L与所述用于空间剖分的正十二面体的前向面都在水平面的一侧时，所述用于空间剖分的正十二面体的内切球半径为：
r0＝d×sin(|90°-α-β|) (2)
当L与所述用于空间剖分的正十二面体的前向面都在水平面的两侧时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线L与所述用于空间剖分的正十二面体前向面的夹角γ取值为90°-α+β，此时，所述用于空间剖分的正十二面体的内切球半径为：
r0＝d×sin(90°-α+β) (3)
步骤104，依据所述用于空间剖分的正十二面体，获取待感知物体的空间方位指示。
所述空间方位指示，是指对用于空间剖分的正十二面体外表面进行统一编号，根据待感知物体质心所处位置，得到相应的面编号；当处于飞行器上的人类/智能体获得待感知物体所处位置的面编号和距离信息时，就能获得待感知物体所处方位的直观认识，从而快速做出机动规避/机动攻击决策。
如图2所示，对用于空间剖分的正十二面体外表面的统一编号是从处于飞行器中的人类/智能体视角出发的，具体方法为：
前向编号：前向面编号为10，自前向面顶角起始，按顺时针方向依次为各面编号为：11、12、13、14、15，例如，图2中，待感知物体的质心位于14面上；
后向编号：后向面编号为20，自后向面顶边起始，按顺时针方向依次为各面编号为：21、22、23、24、25，例如，附图2中，与14面平行的面编号为22。
当待感知物体质心落入用于空间剖分的正十二面体后向面时，r0的计算方法与待感知物体的质心落入前向面时的相同。
当待感知物体质心落入编号为11的面时，首先根据正十二面体的性质计算编号为11的面与水平面的夹角φ，包括两种情况：一是前向面与编号为11的面组成的二面角处于水平面的一侧，φ取值为
这种情况下，当L与编号为11的面都在水平面的一侧时，γ取值为
此时，用于空间剖分的正十二面体的内切球半径为：
当L与编号为11的面分别处于水平面的两侧时，γ取值为
此时，用于空间剖分的正十二面体的内切球半径为：
第二种情况，前向面与编号为11的面分别处于水平面的两侧，此时φ取值为
这种情况下，当L与编号为11的面都在水平面的一侧时，γ取值为
此时，用于空间剖分的正十二面体的内切球半径为：
当L与编号为11的面分别处于水平面的两侧时，γ取值为
此时，用于空间剖分的正十二面体的内切球半径为：
进一步的，当待感知物体质心落入编号为12、13、14、15、21、22、23、24、25等的面时，用于空间剖分的正十二面体的内切球半径的计算方法与待感知物体质心落入编号为11的面的计算方法相同。
本申请实施例的面向空中态势感知的空间剖分方法以飞行器的空中姿态及飞行器与待感知物体的距离、待感知物体的位置等信息为依据，使用正十二面体进行空间剖分，能转变现有理性的空中目标定位为直观感性的目标方位指示，有利于提升空中态势感知的直观性，辅助身处飞行器中的人类/智能体快速做出决策。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种面向空中态势感知的空间剖分方法，其特征在于，所述方法包括：
获取飞行器自身的空中姿态，及飞行器与待感知物体之间的距离；
依据所述飞行器自身的空中姿态，获取飞行器的质心、纵轴和横轴信息；
依据飞行器的质心、纵轴和横轴信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径计算依据的用于空间剖分的正十二面体；
依据所述用于空间剖分的正十二面体，获取待感知物体的空间方位指示。
2.根据权利要求1所述的面向空中态势感知的空间剖分方法，其特征在于，所述用于空间剖分的正十二面体的两个正五边形与飞行器的纵轴垂直；
所述待感知物体的质心位于所述用于空间剖分的正十二面体的外表面。
3.根据权利要求2所述的面向空中态势感知的空间剖分方法，其特征在于，所述用于空间剖分的正十二面体的前向面处于最下方的边和后向面处于最上方的边与飞行器横轴平行，其中前向面与水平面夹角为90°-α，α是飞行器纵轴与水平面的夹角。
4.根据权利要求1所述的面向空中态势感知的空间剖分方法，其特征在于，所述依据飞行器的质心、纵轴和横轴信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径计算依据的用于空间剖分的正十二面体，包括：
获取飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息；
依据所述飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为内切球半径的第一正十二面体；
判断待感知物体的质心是否在所述第一正十二面体的外表面；
如果是，则将所述第一正十二面体作为用于空间剖分的正十二面体；
如果否，则依据所述飞行器的质心、纵轴和横轴信息，飞行器与待感知物体之间的距离信息，建立以飞行器质心为中心、以飞行器纵轴和横轴为方位参考、以飞行器与待感知物体之间的距离为外接球半径的第二正十二面体；
判断待感知物体的质心是否在所述第二正十二面体的外表面；
如果是，则将所述第二正十二面体作为用于空间剖分的正十二面体；
如果否，则用于空间剖分的正十二面体的内切球半径在所述第一正十二面体和所述第二正十二面体的内切球半径之间，将这种情况下用于空间剖分的正十二面体记为第三正十二面体。
5.根据权利要求4所述的面向空中态势感知的空间剖分方法，其特征在于，所述第二正十二面体的内切球半径为：
式中，r0为第二正十二面体的内切球半径，d为飞行器与待感知物体之间的距离。
6.根据权利要求4所述的面向空中态势感知的空间剖分方法，其特征在于，当所述第三正十二面体是用于空间剖分的正十二面体时，所述飞行器的质心与所述待感知物体的质心之间的连线穿过所述第二正十二面体。
7.根据权利要求1所述的面向空中态势感知的空间剖分方法，其特征在于，所述获取待感知物体的空间方位指示，是指对用于空间剖分的正十二面体外表面进行统一编号，根据待感知物体质心所处位置，得到相应的面编号；
当处于飞行器上的人类/智能体获得待感知物体所处位置的面编号和距离信息时，就能获得待感知物体所处方位的直观认识，从而快速做出机动规避/机动攻击决策。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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