CN113608186A - 一种雷达系统与光电成像系统的标校方法 - Google Patents

一种雷达系统与光电成像系统的标校方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，涉及定位系统标校的技术领域，其技术方案要点是包括以下步骤：雷达系统输出目标绝对位置数据；光电成像系统输出目标脱靶量位置数据；坐标转换：将雷达系统输出的目标绝对位置数据以及雷达此时的位置数据经过大地坐标转换之后得到目标的目标标校脱靶量位置数据；光电成像系统标校：通过目标脱靶量位置数据与目标标校脱靶量位置数据对光电成像系统的光电轴进行标校，直至两者数值一致；通过标校之后，雷达轴和光电轴能够保持一致，提高了探测的精度。

Description

一种雷达系统与光电成像系统的标校方法
技术领域
本发明涉及定位系统标校的技术领域，更具体的说，它涉及一种雷达系统与光电成像系统的标校方法。
背景技术
最近几年当中，以多旋翼飞行器为主要形式的低空慢速小无人机数量呈现爆发性增长趋势，大量的低空无人机的出现带来严重的公共安全问题。
在目前，针对低、小、慢无人机的低空安防系统的组成基本上都是雷达系统协同光电成像系统来进行探测感知，雷达系统具有探测的主动性、作用距离远、搜索目标能力强、手气候影响小等优点，但是无法对目标进行成像，无法分辨目标的细节，在目标的识别方面存在一定的缺陷；而光电成像系统能够成像，对目标的细节分辨能力强，但是属于被动探测，并且受气候条件影响较大，因此现在的低空安防系统通常都是将雷达系统与光电成像系统协同使用，互相弥补缺陷。
现在通过雷达系统以及光电成像系统进行协同的主要问题在与雷达系统与光电成像系统的标校问题，也就是如何使得雷达系统的雷达轴以及光电成像系统的光电轴保持指向一致性，这一问题制约了探测精度的提高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其通过标校之后，雷达轴和光电轴能够保持一致，提高了探测的精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，包括以下步骤：
雷达系统输出目标绝对位置数据：雷达通过扫描的方式来获取目标位置并且输出探测到的目标绝对位置数据；
光电成像系统输出目标脱靶量位置数据：光电成像系统主动扫描雷达系统扫描的目标，并且输出探测到的目标脱靶量位置数据；
坐标转换：将雷达系统输出的目标绝对位置数据以及雷达此时的位置数据经过大地坐标转换之后得到目标的目标标校脱靶量位置数据；
光电成像系统标校：通过目标脱靶量位置数据与目标标校脱靶量位置数据对光电成像系统的光电轴进行标校，直至两者数值一致。
通过采用上述技术方案，雷达系统测得的绝对位置数据通过大地坐标转换之后得到目标标校脱靶量位置数据，如果雷达系统的雷达轴与光电成像系统的光电轴一致，那么计算得到的目标标校脱靶量位置数据与光电成像系统测量得到的目标脱靶量位置数据保持一致；本发明通过大地坐标转换之后得到目标标校脱靶量位置数据，然后根据目标标校脱靶量位置数据与光电成像系统测量得到的目标脱靶量位置数据质检的差值对光电轴进行调整标校，从而使得标校之后的雷达轴与光电轴能够保持一致。
本发明进一步设置为：所述目标绝对位置数据包括：B、L、H、e以及R，其中B为纬度数据，L为经度数据，H为高度数据，e为偏心率，R为地球半径。
本发明进一步设置为：雷达位置数据包括：B0、L0以及H0，其中B0为纬度数据， L0为经度数据，H0为高度数据。
本发明进一步设置为：进行大地坐标转换时，通过公式计算雷达系统的直角坐标位置数据，数据分别为X’、Y’和Z’，计算公式为：
Figure BDA0003259082720000031
其中SB、CB、SL以及CL都为常数，X，Y，Z为目标的直角坐标位置数据，常数的计算公式为：
Figure BDA0003259082720000032
然后通过X’、Y’和Z’计算目标标校脱靶量位置数据α，β和γ。
本发明进一步设置为：通过公式
Figure BDA0003259082720000033
Figure BDA0003259082720000034
计算得到α，β和γ的数值。
本发明进一步设置为：根据公式计算目标的直角坐标位置数据，公式为： X＝(R+H)cos B cos L，Y＝(R+H)cos B sin L，
Figure BDA0003259082720000035
本发明进一步设置为：当雷达系统与光电成像系统的相对位置固定的时候，通过上述步骤进行一次标校完成对雷达轴和光电轴的标校。
通过采用上述技术方案，当雷达系统与光电系统的相对位置固定的时候，只需要通过一次标校，就能够使得雷达系统与光电成像系统在任何时候都能够保持雷达轴和光电轴的一致性。
本发明进一步设置为：当雷达系统与光电成像系统的相对位置不固定的时候，将上述步骤执行三次来完成对雷达轴和光电轴的标校。
通过采用上述技术方案，当雷达系统与光电成像系统的相对位置不固定的时候，通过三次的标校，能够使得雷达系统与光电成像系统在任何时候都能够保持雷达轴和光电轴的一致性。
本发明进一步设置为：当雷达系统和光电成像系统的探测范围内没有目标进行探测的时候，雷达输出模拟目标，雷达系统输出目标绝对位置数据的时候，同时通过定位定向单元获得光电成像系统实际位置，光电成像系统输出的目标脱靶量位置数据表征的是光电成像系统的位置。
通过采用上述技术方案，在探测范围内没有目标的时候，雷达输出模拟目标，同时通过定位定向单元获得光电成像系统实际位置，使得探测范围内没有探测目标的时候，仍然能够完成标校。
本发明进一步设置为：当雷达采用两坐标方式与光电成像系统协调工作的时候，光电成像系统以雷达引导的方位角度为基准，以雷达探测目标的俯仰范围为扫描范围，在俯仰方向上自动按照等间隔的角度从上大小，然后再从上到下来回扫描，直至发现目标位置。
通过采用上述技术方案，通过光电成像系统的自动扫描，提高了标校过程的自动化。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明通过大地坐标转换之后得到目标标校脱靶量位置数据，然后根据目标标校脱靶量位置数据与光电成像系统测量得到的目标脱靶量位置数据质检的差值对光电轴进行调整标校，从而使得标校之后的雷达轴与光电轴能够保持一致；
2、本发明中，当雷达系统与光电系统的相对位置固定的时候，只需要通过一次标校，就能够使得雷达系统与光电成像系统在任何时候都能够保持雷达轴和光电轴的一致性；
3、本发明中，当雷达系统与光电成像系统的相对位置不固定的时候，通过三次的标校，能够使得雷达系统与光电成像系统在任何时候都能够保持雷达轴和光电轴的一致性；
4、本发明中，在探测范围内没有目标的时候，雷达输出模拟目标，同时通过定位定向单元获得光电成像系统实际位置，使得探测范围内没有探测目标的时候，仍然能够完成标校；
5、本发明通过光电成像系统的自动扫描，提高了标校过程的自动化。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面对本发明作进一步说明。
实施例：一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，包括以下步骤：
雷达系统输出目标绝对位置数据：雷达通过扫描的方式来获取目标位置并且输出探测到的目标绝对位置数据；
光电成像系统输出目标脱靶量位置数据：光电成像系统主动扫描雷达系统扫描的目标，并且输出探测到的目标脱靶量位置数据；
坐标转换：将雷达系统输出的目标绝对位置数据以及雷达此时的位置数据经过大地坐标转换之后得到目标的目标标校脱靶量位置数据；
光电成像系统标校：通过目标脱靶量位置数据与目标标校脱靶量位置数据对光电成像系统的光电轴进行标校，直至两者数值一致。
雷达系统测得的绝对位置数据通过大地坐标转换之后得到目标标校脱靶量位置数据，如果雷达系统的雷达轴与光电成像系统的光电轴一致，那么计算得到的目标标校脱靶量位置数据与光电成像系统测量得到的目标脱靶量位置数据保持一致；本发明通过大地坐标转换之后得到目标标校脱靶量位置数据，然后根据目标标校脱靶量位置数据与光电成像系统测量得到的目标脱靶量位置数据质检的差值对光电轴进行调整标校，从而使得标校之后的雷达轴与光电轴能够保持一致。
具体的，雷达系统输出的目标绝对位置数据包括B、L、H、e以及R，其中B为纬度数据，L为经度数据，H为高度数据，e为偏心率，R为地球半径。雷达的位置数据包括B0、L0以及H0，其中，B0为纬度数据，L0为经度数据，H0为高度数据。
在进行大地坐标转换的时候，需要先根据目标绝对位置数据计算得到目标的直角坐标位置数据，目标的直角坐标位置数据通过X，Y，Z进行表示，计算目标直角坐标位置数据的公式为：X＝(R+H)cos B cos L，Y＝(R+H)cos B sin L，
Figure BDA0003259082720000074
计算得到目标直角坐标位置数据之后，根据目标直角坐标位置数据、目标绝对位置数据以及雷达的位置数据计算雷达系统的直角坐标位置数据，雷达系统的直角坐标位置数据，数据分别为X’、Y’和Z’，计算公式为：
Figure BDA0003259082720000071
其中SB、CB、SL以及CL都为常数，X，Y，Z为目标的直角坐标位置数据，常数的计算公式为：
Figure BDA0003259082720000072
具体的，计算得到X’、Y’和Z’之后，根据X’、Y’和Z’计算目标标校脱靶量位置数据，目标标校脱靶量位置数据为α，β和γ，计算公式为
Figure BDA0003259082720000073
Figure BDA0003259082720000081
光电成像系统扫描得到的目标脱靶量位置数据与经过大地坐标转换之后得到的目标标校脱靶量位置数据进行比较，通过两者之间的差值进行光电成像系统的光电轴的标校，直至目标脱靶量位置数据与大地坐标转换之后得到的目标标校脱靶量位置数据一致。
由于雷达系统与光电成像系统在实际使用过程当中，其设置的方式是不同的，根据不同的设置方式，采用上述方法进行标校的时候也要一定的区别。
当雷达系统与光电成像系统的相对位置在使用过程当中是固定的，在对雷达系统和光电成像系统进行标校的时候，只需要通过将上述步骤执行一次就能够完成标校。
当雷达系统与光电成像系统在实际使用过程当中相对位置不固定的时候，需要将上述的步骤依次执行三次，完成对雷达系统和光电成像系统的标校；由于雷达系统和光电成像系统在进行使用的时候相对位置时不固定的，如果只进行依次标校，在使用时相对位置发生改变就容易导致雷达轴和光电轴出现一致性差的问题，而通过在不同的相对位置进行三次标校之后，就能够使得雷达系统和光电成像系统在不同的相对位置时都容易保持雷达轴与光电轴的一致性。
当雷达采用两坐标雷达的时候，由于两坐标雷达不采集俯仰信息，光电成像系统无法直接根据雷达采集的信息大致确定目标的位置，只能够通过人员搜索的方式确定目标之后，通过人工操作光电成像系统来扫描目标；而在本申请当中，为了提高标校的自动化程度，设置光电成像系统以雷达引导的方位角度为基准，以雷达探测目标的俯仰范围为扫描范围，在俯仰方向上自动按照等间隔的角度从上到下，再从下到上，直到发现目标为止。
在本申请当中，处理器接收目标绝对位置数据以及目标脱靶量位置数据之后根据相关公式进行大地坐标转换，将最终转换得到的目标标校脱靶量位置数据与目标脱靶量位置数据进行比较，从而根据比较结果进行光电成像系统的光电轴的标校。本申请当中，大地坐标转换过程当中应用到的公式以及根据比较结果进行光电成像系统标校的程序都存储在存储器当中。
实施例二，一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，在进行雷达系统与光电成像系统标校的时候，经常容易因为视野开阔并且视野里没有可以进行参考探测标校的目标，导致无法正常的进行标校，而应用本发明进行标校的时候，如果视野当中没有可以进行探测的目标，那么就将由雷达输出模拟目标的绝对位置坐标，雷达系统的输出目标绝对位置数据的时候，对光电成像系统进行定位定向获得光电探测系统的实际位置坐标，光电成像系统输出的目标脱靶量位置数据表征的是光电成像系统自身的位置数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：包括以下步骤：
雷达系统输出目标绝对位置数据：雷达通过扫描的方式来获取目标位置并且输出探测到的目标绝对位置数据；
光电成像系统输出目标脱靶量位置数据：光电成像系统主动扫描雷达系统扫描的目标，并且输出探测到的目标脱靶量位置数据；
坐标转换：将雷达系统输出的目标绝对位置数据以及雷达此时的位置数据经过大地坐标转换之后得到目标的目标标校脱靶量位置数据；
光电成像系统标校：通过目标脱靶量位置数据与目标标校脱靶量位置数据对光电成像系统的光电轴进行标校，直至两者数值一致。
2.根据权利要求1所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：所述目标绝对位置数据包括：B、L、H、e以及R，其中B为纬度数据，L为经度数据，H为高度数据，e为偏心率，R为地球半径。
3.根据权利要求2所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：雷达位置数据包括：B0、L0以及H0，其中B0为纬度数据，L0为经度数据，H0为高度数据。
4.根据权利要求3所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：进行大地坐标转换时，通过公式计算雷达系统的直角坐标位置数据，数据分别为X’、Y’和Z’，计算公式为：
Figure FDA0003259082710000021
其中SB、CB、SL以及CL都为常数，X，Y，Z为目标的直角坐标位置数据，常数的计算公式为：
Figure FDA0003259082710000022
Figure FDA0003259082710000023
然后通过X’、Y’和Z’计算目标标校脱靶量位置数据α，β和γ。
5.根据权利要求4所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：通过公式
Figure FDA0003259082710000024
计算得到α，β和γ的数值。
6.根据权利要求4所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：根据公式计算目标的直角坐标位置数据，公式为：X＝(R+H)cosBcosL，Y＝(R+H)cosBsinL，
Figure FDA0003259082710000025
7.根据权利要求1所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：当雷达系统与光电成像系统的相对位置固定的时候，通过上述步骤进行一次标校完成对雷达轴和光电轴的标校。
8.根据权利要求1所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：当雷达系统与光电成像系统的相对位置不固定的时候，将上述步骤执行三次来完成对雷达轴和光电轴的标校。
9.根据权利要求1所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：当雷达系统和光电成像系统的探测范围内没有目标进行探测的时候，雷达输出模拟目标，雷达系统输出目标绝对位置数据的时候，同时通过定位定向单元获得光电成像系统实际位置，光电成像系统输出的目标脱靶量位置数据表征的是光电成像系统的位置。
10.根据权利要求1所述的一种雷达系统与光电成像系统的标校方法，其特征在于：当雷达采用两坐标方式与光电成像系统协调工作的时候，光电成像系统以雷达引导的方位角度为基准，以雷达探测目标的俯仰范围为扫描范围，在俯仰方向上自动按照等间隔的角度从上大小，然后再从上到下来回扫描，直至发现目标位置。
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