CN114527475A - 基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，通过高斯曲面随机生成按高斯分布的一组数据，通过对各组数据控制激光光轴偏移量，随机选取一组数据，按照数据分布位置进行激光测距，通过检测有无数据返回，若有数据返回则停止调整激光光束，若无数据返回再随机其它组数据，若在测距过程中激光测距由有数据返回变为无数据返回，则此时通过调整高斯曲面的方差，使随机生成数据分布更集中与丢失数据的位置，按以上流程重新控制激光光轴偏移量，直到激光测距有数据返回为止。通过本发明方法能有效降低激光测距机的漏测率，并在目标跟踪测距丢失的情况下重新修正视场跟踪中心，实现激光测距机稳定跟踪测距。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体为基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法。
背景技术
服从高斯曲面分布的二维数据具有如下特征，越靠近中心的点的分布越密集，越远离中心位置点的分布越稀疏；高斯曲面的方差越小，点的分布越向中心聚集。
高斯曲面表达式如下：
不同方差所对应的高斯曲面图形如图1-3所示；由图1-3中三组二维高斯曲面表面，方差值越小，其分布越向中心聚集，根据以上特点，采用不同方差值的高斯曲面去逼近激光测距机的光轴中心，逐步减小偏移量的方式，实现激光测距机的稳定测距。
一般激光测距跟踪系统中，首先先有光电设备探测目标，光电设备探测到目标后，伺服系统和图像处理系统输出目标方位俯仰信息，通过调整激光光轴与光学视场中心光轴平行，来控制激光测距机对目标的测距，实现获取目标的三维信息。在工程系统中二者光轴会随着温度，运输，振动等环境的影响，以及装配误差等使得二者光轴会有一定的夹角，夹角会对远距离目标的测距性能产生一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，采用动态调整光学视场跟踪中心的方式，来消除温度，运输，振动等环境因素，以及装配误差对激光光轴偏差带来的影响，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，包括以下步骤：
S1：通过高斯曲面随机生成按高斯分布的一组数据；
S2：通过对各组数据控制激光光轴偏移量，随机选取一组数据；
S3：按照数据分布位置进行激光测距；
S4：通过检测有无数据返回，若有数据返回则停止调整激光光束，若无数据返回再随机其它组数据；
S5：若在测距过程中激光测距由有数据返回变为无数据返回，则此时通过调整高斯曲面的方差，使随机生成数据分布更集中于丢失数据的位置；
S6：按以上流程重新控制激光光轴偏移量，直到激光测距有数据返回为止。
更进一步地，利用高斯曲面的分布特征实现自动逼近和调整激光光轴实现稳定跟踪测距。
更进一步地，更为具体的步骤如下：
S1：系统在跟踪目标状态下，首先以黄点为中心点随机生成一组样本大小为100，满足高斯分布，方差为5的随机点；
S2：按点的分布控制光学视场偏移量，从而调整光学视场的跟踪中心判断激光测距机有无返回数据，假设在黄点处检测到激光测距机有返回数据，则说明当调整偏移量为蓝点坐标时，此时目标和激光测距机的光轴中心相对偏移量较小，固定跟踪偏移量为蓝点的坐标；
S3：随着目标的运动，若一直能测到距离值则不用调整视场跟踪中心偏移量，随着时间的推移会出现测距无返回值的情况，此时则需重新调整视场跟踪中心偏移量，重新生成以蓝点为中心随机生成一组样本大小为100，满足高斯分布，方差为2的随机点，该分布因方差更小，生成点的样本更集中于蓝点的周边；
S4：以蓝点为中心，按生成的分布图随机点的坐标，控制视场跟踪偏移量，假设在红点处检测到激光测距机有返回数据，则说明当调整偏移量为红点坐标时，此时目标和激光测距机的光轴中心相对偏移量较小，此时固定跟踪偏移量为红点的坐标；
S5：重复以上S3和S4步骤，只是调整生成的随机数，使其满足二维高斯分布，方差为1的随机数据；
S6：通过多次二维高斯的逼近，动态调整视场跟踪中心偏移量实现运动目标的稳定跟踪测距。
更进一步地，通过在伪中心生成按高斯曲面分布的二维数据，用该数据控制激光光轴偏移量，通过逐步调整高斯曲面分布的方差，使分布的二维数据逐步逼近真实目标中心，进而实现稳定跟踪测距功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，其常规跟踪测距方法通过调整跟踪中心偏移量来修正光学系统和激光测距机的光轴实现跟踪测距，通过多次试验来确定伺服跟踪的偏移量Δx与Δy,并用该值修正中心偏移量，在固定目标和远距离目标的情况下能实现较好的跟踪测距，一旦被测目标为近距离高速运动目标或目标航向发生变化则会产生较高的漏测率，本发明通过在伪中心生成按高斯曲面分布的二维数据，用该数据控制激光光轴偏移量，通过逐步调整高斯曲面分布的方差，使分布的二维数据逐步逼近真实目标中心，进而实现稳定跟踪测距功能，有效降低激光测距机的漏测率。
附图说明
图1为现有的二维高斯分布函数密度曲线图；
图2为现有的二维高斯分布方差为5的曲线图；
图3为现有的二维高斯分布方差为2的曲线图；
图4为本发明的理想情况下光学视场中心与激光光斑位置图；
图5为本发明的假定5公里处光学视场中心与激光光斑位置图；
图6为本发明的假定10公里处光学视场中心与激光光斑位置图；
图7为本发明的假定20公里处光学视场中心与激光光斑位置；
图8为本发明的方法流程框图；
图9为本发明的随机生成方差为5的高斯分布二维数据点分布图；
图10为本发明的蓝色点第一次有测距值返回的位置图；
图11为本发明的以蓝色点为中心生成的方差为2的高斯分布二维数据点分布图；
图12为本发明的红色点第一次有测距值返回的位置图；
图13为本发明的以红色点为中心生成方差为1的高斯分布二维数据点分布图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例中：在实际光学系统与激光测距机的光轴中心由于各种误差，在实际装配好的系统中总会有一定的偏差，并该偏差随着距离的增加，光学系统的中心和激光测距机的光斑中心的距离也会增加，如图4-7所示。
基于此，请参阅图8，本发明实施例提供基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，通过高斯曲面随机生成按高斯分布的一组数据；通过对各组数据控制激光光轴偏移量，随机选取一组数据；按照数据分布位置进行激光测距；通过检测有无数据返回，若有数据返回则停止调整激光光束，若无数据返回再随机其它组数据；若在测距过程中激光测距由有数据返回变为无数据返回，则此时通过调整高斯曲面的方差，使随机生成数据分布更集中于丢失数据的位置；按以上流程重新控制激光光轴偏移量，直到激光测距有数据返回为止。本发明主要利用高斯曲面的分布特征实现自动逼近和调整激光光轴实现稳定跟踪测距。
为了进一步更好的解释说明本发明，还提供如下具体的实施方法：
S1：系统在跟踪目标状态下，首先以黄点为中心点随机生成一组样本大小为100，满足高斯分布，方差为5的随机点；如图10所示；
S2：按图10中点的分布控制光学视场偏移量，从而调整光学视场的跟踪中心判断激光测距机有无返回数据，假设在黄点处检测到激光测距机有返回数据，则说明当调整偏移量为蓝点坐标时，此时目标和激光测距机的光轴中心相对偏移量较小，固定跟踪偏移量为蓝点的坐标，如图11所示；
S3：随着目标的运动，若一直能测到距离值则不用调整视场跟踪中心偏移量，随着时间的推移会出现测距无返回值的情况，此时则需重新调整视场跟踪中心偏移量，重新生成以蓝点为中心随机生成一组样本大小为100，满足高斯分布，方差为2的随机点，该分布因方差更小，生成点的样本更集中于蓝点的周边，如图12所示；
S4：以蓝点为中心，按生成的分布图随机点的坐标，控制视场跟踪偏移量，假设在红点处检测到激光测距机有返回数据，则说明当调整偏移量为红点坐标时，此时目标和激光测距机的光轴中心相对偏移量较小，此时固定跟踪偏移量为红点的坐标，如图13所示；
S5：重复以上S3和S4步骤，只是调整生成的随机数，使其满足二维高斯分布，方差为1的随机数据；
S6：通过多次二维高斯的逼近，动态调整视场跟踪中心偏移量实现运动目标的稳定跟踪测距。
综上所述：本发明提供的基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，通过在伪中心生成按高斯曲面分布的二维数据，用该数据控制激光光轴偏移量，通过逐步调整高斯曲面分布的方差，使分布的二维数据逐步逼近真实目标中心，进而实现稳定跟踪测距功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过高斯曲面随机生成按高斯分布的一组数据；
S2：通过对各组数据控制激光光轴偏移量，随机选取一组数据；
S3：按照数据分布位置进行激光测距；
S4：通过检测有无数据返回，若有数据返回则停止调整激光光束，若无数据返回再随机其它组数据；
S5：若在测距过程中激光测距由有数据返回变为无数据返回，则此时通过调整高斯曲面的方差，使随机生成数据分布更集中于丢失数据的位置；
S6：按以上流程重新控制激光光轴偏移量，直到激光测距有数据返回为止。
2.如权利要求1所述的基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，其特征在于，利用高斯曲面的分布特征实现自动逼近和调整激光光轴实现稳定跟踪测距。
3.如权利要求2所述的基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，其特征在于，更为具体的步骤如下：
S1：系统在跟踪目标状态下，首先以黄点为中心点随机生成一组样本大小为100，满足高斯分布，方差为5的随机点；
S2：按点的分布控制光学视场偏移量，从而调整光学视场的跟踪中心判断激光测距机有无返回数据，假设在黄点处检测到激光测距机有返回数据，则说明当调整偏移量为蓝点坐标时，此时目标和激光测距机的光轴中心相对偏移量较小，固定跟踪偏移量为蓝点的坐标；
S3：随着目标的运动，若一直能测到距离值则不用调整视场跟踪中心偏移量，随着时间的推移会出现测距无返回值的情况，此时则需重新调整视场跟踪中心偏移量，重新生成以蓝点为中心随机生成一组样本大小为100，满足高斯分布，方差为2的随机点，该分布因方差更小，生成点的样本更集中于蓝点的周边；
S4：以蓝点为中心，按生成的分布图随机点的坐标，控制视场跟踪偏移量，假设在红点处检测到激光测距机有返回数据，则说明当调整偏移量为红点坐标时，此时目标和激光测距机的光轴中心相对偏移量较小，此时固定跟踪偏移量为红点的坐标；
S5：重复以上S3和S4步骤，只是调整生成的随机数，使其满足二维高斯分布，方差为1的随机数据；
S6：通过多次二维高斯的逼近，动态调整视场跟踪中心偏移量实现运动目标的稳定跟踪测距。
4.如权利要求3所述的基于高斯逼近激光光轴实现稳定跟踪测距的自调整方法，其特征在于，通过在伪中心生成按高斯曲面分布的二维数据，用该数据控制激光光轴偏移量，通过逐步调整高斯曲面分布的方差，使分布的二维数据逐步逼近真实目标中心，进而实现稳定跟踪测距功能。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114858422A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-08-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于高斯分布动态校准激光光轴与视轴两轴一致性的方法 |
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2022
- 2022-02-15 CN CN202210138524.1A patent/CN114527475A/zh active Pending
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