CN116106896A - 雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法 - Google Patents

雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116106896A
CN116106896A CN202310154577.7A CN202310154577A CN116106896A CN 116106896 A CN116106896 A CN 116106896A CN 202310154577 A CN202310154577 A CN 202310154577A CN 116106896 A CN116106896 A CN 116106896A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target
radar
dimensional
speed
velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310154577.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李曙光
朱乐乐
谢廷尧
奚玉鼎
秦凯丽
侍述海
吕振彬
叶曦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Spaceflight Electronic and Communication Equipment Research Institute
Original Assignee
Shanghai Spaceflight Electronic and Communication Equipment Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Spaceflight Electronic and Communication Equipment Research Institute filed Critical Shanghai Spaceflight Electronic and Communication Equipment Research Institute
Priority to CN202310154577.7A priority Critical patent/CN116106896A/zh
Publication of CN116106896A publication Critical patent/CN116106896A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/583—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/585—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value
    • G01S13/587—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value using optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G01S13/867—Combination of radar systems with cameras
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法，包括：包括：雷达、光电设备、伺服转台、三维速度信息融合处理板，雷达对目标进行搜索，并测量目标的径向速度；光电设备根据伺服转台的水平向转速和俯仰向转速，以及视频图像中的目标信息，测量目标的角速度；三维速度信息融合处理板对目标二维图像重心或标志点进行像素解析，解算出图像投影在预设距离球面上对应点的二维角速度，并通过雷达提供的距离，光电设备提供的方位、俯仰角度，确定目标的球坐标三维速度；通过球坐标与笛卡尔坐标转换，获得笛卡尔坐标下的目标三维速度。从而可对目标的三位速度矢量进行测量，扩展性好，可根据需要实施多套装置组网，满足多个目标的测量需要。

Description

雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体地，涉及一种雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法。
背景技术
对目标三维速度测量在很多领域都有广泛的需求。较常见的是对物理场的三维速度测量，比如“光场三维速度和温度同步测量技术仿真分析，实验流体力学，2021,35(02)，吴涛峰，栾银森等”，“一种流体三维速度常测量系统，CN201510825956.X，熊勃勃”、“基于单镜头双相机的运动颗粒三维速度测量，工程热物理学报.2017,38(08)，贾敏华，周骛等”、“一种时频同步原理的海流及海流计三维运动速度测量方法，CN202210748488.0，宋大雷，刘晓原等”和“一种体目标高精度三维运动速度测量方法，CN202111198580.6，郑翠娥，孙大军等”。
文献”光切法三维测量在逆工程中的问题分析，西安交通大学学报，2001,35(09)，吴剑波，桑波等”和“干涉逆合成孔径雷达三维成像算法研究，2021年，博士学位论文，哈尔滨工业大学，荣加加”提出对目标和物体的三维测量，但不是针对空中飞行目标或地面运动目标的三维速度测量。
对空中飞行目标或地面运动目标的三维速度测量是低空监视或场面监视的重要需求。
“飞行目标3维姿态测量的新方法，激光技术，2003,27(03)，李永斌，张昌兵”提出用数字图像处理手段，对目标图像建立特征点，结合特定的算法，得出目标的俯仰角、偏航角、滚动角、漂移量等3维参数，从而获取更多的目标姿态参数的方法。“Three-DimensionalVelocity Measurement Using a Dual Axis Millimeter-Wave Interferometric Radar，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2022,70(30),1674-1685，Jason Merlo,Eric Klinefelter,Jeffrey A.Nanzer”提出利用干涉雷达进行目标三维速度的测量，该方法需要三个接收天线和单个发射机构成三维速度测量装置，系统较为复杂。“3-Beam laser Doppler velocimeter for 3-D velocity measurement,2016IEEE 6thInt.Conf.on Photonics(ICP),2016,pp.1–3，Mikami O,and Fujikawa C”中利用3束激光从三个方向对目标进行速度测量来获得目标的三维速度测量。
“三维速度测量系统和方法，CN202110829175.3，钟一鸣，张毅等”通过对阵列天线模块上的各天线单元设置对应不同的加权系数，通过运算分离出目标在不同运动方向上的多普勒频移，计算出相应运动方向的运动速度。“一种通过三维测量技术测算汽车行驶速度的方法，CN202110514471.4，王家奎，李淦”利用三维测量技术测算汽车行驶速度，主要面向智慧交通技术领域。“一种激光雷达三维距离和速度的同步测量方法和装置，CN202210391405.7，奚庆新”提出利用激光雷达实现目标三维距离和速度测量，但并没有提出对三维速度的测量方法。
从上述各方法可以看到，在面向场面监视和低空监视应用领域，尚未见雷达和视频融合的三维速度测量系统和方法提出。利用雷达和视频设备对目标进行监控探测时，尤其是针对低空飞行目标进行探测时，需要对目标的三维速度进行测量，并根据该三维速度预测目标未来位置。雷达对目标进行探测，利用多普勒方法能对目标的相对于雷达的径向速度进行测量，但是对于目标的横向速度无法测量。而光电摄像设备仅能给出目标横向移动角度变化，无法给出目标径向速度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法。
第一方面，本申请实施例提供一种雷达和视频融合的三维速度测量装置，包括：雷达、光电设备、伺服转台、三维速度信息融合处理板，其中：
所述雷达，用于对目标进行搜索，并测量目标在某时刻的径向速度；
所述光电设备，用于根据所述伺服转台的水平向转速和俯仰向转速，以及视频图像中的目标信息，测量目标在某时刻的角速度；
所述三维速度信息融合处理板，用于对目标二维图像重心或标志点进行像素解析，解算出图像投影在预设距离球面上对应点的二维角速度，并通过所述雷达提供的距离，所述光电设备提供的方位、俯仰角度，确定目标的球坐标三维速度；通过球坐标与笛卡尔坐标转换，获得笛卡尔坐标下的目标三维速度。
可选地，所述雷达采用线性调频连续波体制，采用收发分置的天线；其中，信号产生模块产生雷达信号，经发射模块和发射天线发射出去，接收天线接收到信号传输至信号处理模块进行处理；
雷达对目标进行搜索和探测，利用多普勒频移原理测量某时刻目标径向速度，并将雷达搜索到的目标信息转发给所述光电设备。
可选地，所述光电设备包括：可见光摄像头、激光测距仪和激光补光模块，其中：
所述可见光摄像头，用于对目标进行焦距可变的成像，并由感光相机记录高帧频的图像信息；
所述激光测距仪，用于对目标进行高精度距离测量；
所述激光补光模块，用于在夜间或光线不足时，对目标进行光线补光，以使得可见光摄像头在低照度下正常工作。
可选地，目标相对于光电设备形成的转速由两部分构成，一部分是伺服转台转速，另一部分是目标成像点或成像点重心相对于相机中心点位置变化而形成的换算转速。
可选地，球坐标与笛卡尔坐标转换，获得笛卡尔坐标下的目标三维速度的公式如下：
Figure BDA0004091850530000031
Figure BDA0004091850530000032
其中：x为目标在笛卡尔坐标系中x方向的坐标，y为目标在笛卡尔坐标系中y方向的坐标，z为目标在笛卡尔坐标系z方向的坐标，R为目标距离，θ为目标在球坐标系下的俯仰角，
Figure BDA0004091850530000033
为目标在球坐标系下的方位角，vx为目标速度在笛卡尔坐标系中x方向的速度分量，vy为目标速度在笛卡尔坐标系中y方向的速度分量，vz为目标速度在笛卡尔坐标系中z方向的速度分量，
Figure BDA0004091850530000034
为目标速度在笛卡尔坐标系中x方向的速度分量，
Figure BDA0004091850530000035
为目标速度在笛卡尔坐标系中y方向的速度分量，
Figure BDA0004091850530000036
为目标速度在笛卡尔坐标系中z方向的速度分量，
Figure BDA0004091850530000037
为目标的径向速度，
Figure BDA0004091850530000038
为目标在球坐标系下俯仰向的角速度，
Figure BDA0004091850530000039
为目标在球坐标系下方位向的角速度，目标的球坐标三维速度为
Figure BDA00040918505300000310
目标的笛卡尔坐标三维速度为(x,y,z,vx,vy,vz)。
可选地，还包括：显示与控制单元，用于根据目标的三维速度对目标下一时刻的位置进行预测。
可选地，雷达的天线中心与视频探测摄像头的中心保持一致，以使得装置探测目标的法线方向保持一致。
可选地，视频探测摄像头焦距根据雷达提供的距离信息，自动调整焦距。
第二方面，本申请实施例提供一种雷达和视频融合的三维速度测量方法，应用第一方面中任一项所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置中，所述方法包括：
步骤1：通过雷达搜索并跟踪目标，测量目标的径向速度；
步骤2：开启光电跟踪成像功能，对目标进行确认；
步骤3：利用激光测距仪对目标距离进行测量；
步骤4：利用光电跟踪图像，将目标相对于镜头图像中心的相对位置关系转换为目标相对于镜头图像中心的角度关系，结合伺服转台相对于标定角度0位置的角度信息，确定目标的角度；
步骤5：光电摄像头对目标成像，经过图像处理后，将目标相对于镜头图像中心的相对位置关系变化转换为目标相对于镜头图像中心的角速度关系，与伺服转台的转速进行叠加，确定目标的角速度；
步骤6：根据三维速度信号处理板确定目标在球坐标下的三维速度为；
步骤7：通过三维速度信号处理板，确定目标笛卡尔坐标下的三维速度。
第三方面，本申请实施例提供一种雷达和视频融合的三维速度测量设备，包括：
处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行的程序指令，所述处理器调用所述存储器中的程序指令时，所述处理器用于：
执行权利要求9所述的雷达和视频融合的三维速度测量方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现如第一方面中任一项所述的雷达和视频融合的三维速度测量方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本申请中通过雷达对目标进行搜索，利用多普勒频移原理测量某时刻目标径向速度。光电设备依据光电伺服转台的水平向转速和俯仰向转速并结合视频图像目标信息，测量目标某时刻的角速度信息。三维速度信息融合处理板，对目标二维图像重心或标志点进行像素解析，解算出图像投影在某距离球面上该点的二维角速度。然后通过雷达提供的距离信息，利用光电设备提供的精确方位和俯仰角度信息，由三维速度信息融合处理板对雷达和光电测量信息进行融合，确定目标的球坐标三维速度信息。通过球坐标与笛卡尔坐标转换，可以获得笛卡尔坐标下的目标三维速度信息。本申请利用雷达与视频一体化设备，即可对目标的三位速度矢量进行测量，具有很好的扩展性，可以根据需要实施多套装置组网，满足多个目标的测量需要。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请的实施例提供的一种雷达和视频融合的三维速度测量装置的结构示意图；
图2为本申请实施例中雷达和光电设备的一体化结构示意图。
图中：1-发射天线，2-发射模块，3-激光测距和激光补光镜头，4-雷达信号产生模块，5-接收天线，6-接收模块，7-可见光摄像头。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明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，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种雷达和视频图像融合的三维速度测量装置，包括雷达、光电设备、伺服转台和综合控制部分。雷达对目标进行搜索，利用多普勒频移原理测量某时刻目标径向速度。光电设备依据光电伺服转台的水平向转速和俯仰向转速并结合视频图像目标信息，测量目标某时刻的角速度信息。三维速度信息融合处理板，对目标二维图像重心或标志点进行像素解析，解算出图像投影在某距离球面上该点的二维角速度
Figure BDA0004091850530000061
然后通过雷达提供的距离信息R，利用光电设备提供的精确方位和俯仰角度信息，由三维速度信息融合处理板对雷达和光电测量信息进行融合，确定目标的球坐标三维速度信息
Figure BDA0004091850530000062
通过球坐标与笛卡尔坐标转换，可以获得笛卡尔坐标下的目标三维速度信息(x,y,z,vx,vy,vz)。
雷达采用线性调频连续波体制，采用收发分置的天线，信号产生和处理模块，产生雷达信号，经发射模块和发射天线发射出去，接收天线接收到信号，再进入信号处理模块进行处理。雷达对目标进行搜索和探测，利用多普勒频移原理测量某时刻目标径向速度。雷达搜索到目标后，交班给光电设备。光电设备包括可见光摄像头、激光测距仪和激光补光模块。可见光摄像头对目标进行焦距可变的成像，感光相机记录高帧频的图像信息。激光测距仪对目标进行高精度距离测量，激光补光模块在夜间或光线不足时对目标实施光线补光，使可见光摄像头在低照度下正常工作。
本方法依据光电伺服转台的水平向转速和俯仰向转速并结合视频图像目标信息，测量目标某小段时间内的角速度信息。三维速度信息融合处理板，对目标二维图像重心或标志点进行像素解析，考虑帧率变化的时间，将其分解为横向像素变化和纵向像素变化，从而解算出图像投影在某距离球面上该点的二维角速度
Figure BDA0004091850530000063
目标相对于光电设备形成的转速由两部分构成，有一部分是伺服转台转速，另一部分是目标成像点或成像点重心相对于相机中心点位置变化而形成的换算转速。两者结合，构成目标相对于光电设备的转速。然后通过激光测距仪提供的距离信息R，利用光电设备提供的精确方位和俯仰角度信息，由三维速度信息融合处理板对雷达和光电测量信息进行融合，确定目标的球坐标三维速度信息
Figure BDA0004091850530000071
通过转换公式如下：
Figure BDA0004091850530000072
和公式
Figure BDA0004091850530000073
可将球坐标下的三维速度信息转换成某时刻目标的笛卡尔坐标三维速度信息(x，y，z，vx，vy，vz)。
垂直于径向的角速度测量需要不同帧进行图像处理，存在一定的延迟。帧频高，测量间隔短、刷新率高，该延迟可控制在很小的范围内，该三维速度可认为是即时速度。
本发明提出的雷达和视频融合的三维速度测量方法，其步骤如下：
步骤1：利用微波雷达搜索并跟踪目标，测量目标的径向速度
Figure BDA0004091850530000074
步骤2：开启光电跟踪成像功能，对目标进行确认；
步骤3：利用激光测距仪对目标距离R进行高精度测量；
步骤4：利用光电跟踪图像，将目标相对于镜头图像中心的相对位置关系转换为目标相对于镜头图像中心的角度关系，结合伺服转台相对于标定角度0位置的角度信息，确定目标的角度
Figure BDA0004091850530000075
和θ；
步骤5：光电摄像头对目标成像，经过图像处理后，将目标相对于镜头图像中心的相对位置关系变化转换为目标相对于镜头图像中心的角速度关系，与伺服转台的转速进行叠加，确定目标的角速度
Figure BDA0004091850530000076
和
Figure BDA0004091850530000077
步骤6：根据步骤1-5，利用三维速度信号处理板得到目标在球坐标下的三维速度为
Figure BDA0004091850530000078
步骤7：根据步骤1-5，利用三维速度信号处理板利用权利1中给出的几何关系，计算目标笛卡尔坐标下的三维速度(vx，vy，vz)。
图1为本申请的实施例提供的一种雷达和视频融合的三维速度测量装置的结构示意图；如图1所示，雷达与光电视设备一体化设计，雷达发射和接收天线通过结构设计集成在伺服转台上，雷达信号产生模块、微波功放模块和接收模块根据功能需要和结构特点也集成在伺服转台上。一般地，靠近发射天线处安装发射模块，主要包括功率放大和功分模块。靠近接收天线处安装接收模块，主要包括低躁放、混频器、中频放大和滤波模块。雷达接收信号接入雷达数采和信号处理板，然后进入三维速度融合出理单元。
系统还包括两个光学镜头，分别为可见光摄像头，激光测距和激光补光镜头，通过光电信息模块接入三维速度融合处理板。
雷达信号的控制，雷达信号处理，可见光摄像头的成像及处理，激光测距的信号处理，伺服转台控制通过单独的计算机完成。目标三维速度测量处理板为雷达、光电摄像头目标数据融合软件的硬件处理板。
图2为本申请实施例中雷达和光电设备的一体化结构示意图，如图2所示，雷达与光电视频设备一体化设计，雷达发射和接收天线通过伺服转台顶载支撑在“一”字形结构上，靠近发射天线处安装发射模块，主要包括功率放大和功分模块。靠近接收天线处安装接收模块，主要包括低躁放、混频器、中频放大和滤波模块。在顶载结构的中间部分，安装雷达信号产生和处理模块。两个光学镜头分置在伺服转台的两侧，一侧为可见光摄像头，另一侧为激光测距及激光补光模块。
本申请中通过雷达对目标进行搜索，利用多普勒频移原理测量某时刻目标径向速度。光电设备依据光电伺服转台的水平向转速和俯仰向转速并结合视频图像目标信息，测量目标某时刻的角速度信息。三维速度信息融合处理板，对目标二维图像重心或标志点进行像素解析，解算出图像投影在某距离球面上该点的二维角速度。然后通过雷达提供的距离信息，利用光电设备提供的精确方位和俯仰角度信息，由三维速度信息融合处理板对雷达和光电测量信息进行融合，确定目标的球坐标三维速度信息。通过球坐标与笛卡尔坐标转换，可以获得笛卡尔坐标下的目标三维速度信息。本申请利用雷达与视频一体化设备，即可对目标的三位速度矢量进行测量，具有很好的扩展性，可以根据需要实施多套装置组网，满足多个目标的测量需要。
需要说明的是，所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。
此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当用户设备的至少一个处理器执行该计算机执行指令时，用户设备执行上述各种可能的方法。其中，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。
本申请还提供一种程序产品，程序产品包括计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，服务器的至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机程序，至少一个处理器执行计算机程序使得服务器实施上述本发明实施例任一的方法。
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种雷达和视频融合的三维速度测量装置，其特征在于，包括：雷达、光电设备、伺服转台、三维速度信息融合处理板，其中：
所述雷达，用于对目标进行搜索，并测量目标在某时刻的径向速度；
所述光电设备，用于根据所述伺服转台的水平向转速和俯仰向转速，以及视频图像中的目标信息，测量目标在某时刻的角速度；
所述三维速度信息融合处理板，用于对目标二维图像重心或标志点进行像素解析，解算出图像投影在预设距离球面上对应点的二维角速度，并通过所述雷达提供的距离，所述光电设备提供的方位、俯仰角度，确定目标的球坐标三维速度；通过球坐标与笛卡尔坐标转换，获得笛卡尔坐标下的目标三维速度。
2.根据权利要求1所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置，其特征在于，所述雷达采用线性调频连续波体制，采用收发分置的天线；其中，信号产生模块产生雷达信号，经发射模块和发射天线发射出去，接收天线接收到信号传输至信号处理模块进行处理；
雷达对目标进行搜索和探测，利用多普勒频移原理测量某时刻目标径向速度，并将雷达搜索到的目标信息转发给所述光电设备。
3.根据权利要求1所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置，其特征在于，所述光电设备包括：可见光摄像头、激光测距仪和激光补光模块，其中：
所述可见光摄像头，用于对目标进行焦距可变的成像，并由感光相机记录高帧频的图像信息；
所述激光测距仪，用于对目标进行高精度距离测量；
所述激光补光模块，用于在夜间或光线不足时，对目标进行光线补光，以使得可见光摄像头在低照度下正常工作。
4.根据权利要求1所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置，其特征在于，目标相对于光电设备形成的转速由两部分构成，一部分是伺服转台转速，另一部分是目标成像点或成像点重心相对于相机中心点位置变化而形成的换算转速。
5.根据权利要求1所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置，其特征在于，球坐标与笛卡尔坐标转换，获得笛卡尔坐标下的目标三维速度的公式如下：
Figure FDA0004091850490000021
Figure FDA0004091850490000022
其中：x为目标在笛卡尔坐标系中x方向的坐标，y为目标在笛卡尔坐标系中y方向的坐标，z为目标在笛卡尔坐标系z方向的坐标，R为目标距离，θ为目标在球坐标系下的俯仰角，
Figure FDA0004091850490000023
为目标在球坐标系下的方位角，vx为目标速度在笛卡尔坐标系中x方向的速度分量，vy为目标速度在笛卡尔坐标系中y方向的速度分量，vz为目标速度在笛卡尔坐标系中z方向的速度分量，
Figure FDA0004091850490000024
为目标速度在笛卡尔坐标系中x方向的速度分量，
Figure FDA0004091850490000025
为目标速度在笛卡尔坐标系中y方向的速度分量，
Figure FDA0004091850490000026
为目标速度在笛卡尔坐标系中z方向的速度分量，
Figure FDA0004091850490000028
为目标的径向速度，
Figure FDA0004091850490000027
为目标在球坐标系下俯仰向的角速度，
Figure FDA0004091850490000029
为目标在球坐标系下方位向的角速度，目标的球坐标三维速度为
Figure FDA00040918504900000210
目标的笛卡尔坐标三维速度为(x,y,z,vx,vy,vz)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置，其特征在于，还包括：显示与控制单元，用于根据目标的三维速度对目标下一时刻的位置进行预测。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置，其特征在于，雷达的天线中心与视频探测摄像头的中心保持一致，以使得装置探测目标的法线方向保持一致。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置，其特征在于，视频探测摄像头焦距根据雷达提供的距离信息，自动调整焦距。
9.一种雷达和视频融合的三维速度测量方法，其特征在于，应用权利要求1-8中任一项所述的雷达和视频融合的三维速度测量装置中，所述方法包括：
步骤1：通过雷达搜索并跟踪目标，测量目标的径向速度；
步骤2：开启光电跟踪成像功能，对目标进行确认；
步骤3：利用激光测距仪对目标距离进行测量；
步骤4：利用光电跟踪图像，将目标相对于镜头图像中心的相对位置关系转换为目标相对于镜头图像中心的角度关系，结合伺服转台相对于标定角度0位置的角度信息，确定目标的角度；
步骤5：光电摄像头对目标成像，经过图像处理后，将目标相对于镜头图像中心的相对位置关系变化转换为目标相对于镜头图像中心的角速度关系，与伺服转台的转速进行叠加，确定目标的角速度；
步骤6：根据三维速度信号处理板确定目标在球坐标下的三维速度为；
步骤7：通过三维速度信号处理板，确定目标笛卡尔坐标下的三维速度。
10.一种雷达和视频融合的三维速度测量设备，其特征在于，包括：
处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行的程序指令，所述处理器调用所述存储器中的程序指令时，所述处理器用于：
执行权利要求9所述的雷达和视频融合的三维速度测量方法的步骤。
CN202310154577.7A 2023-02-22 2023-02-22 雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法 Pending CN116106896A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310154577.7A CN116106896A (zh) 2023-02-22 2023-02-22 雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310154577.7A CN116106896A (zh) 2023-02-22 2023-02-22 雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116106896A true CN116106896A (zh) 2023-05-12

Family

ID=86257982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310154577.7A Pending CN116106896A (zh) 2023-02-22 2023-02-22 雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116106896A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117848354A (zh) * 2024-03-07 2024-04-09 长春理工大学 空间目标多模态信息融合光电探测定位定轨装置和方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117848354A (zh) * 2024-03-07 2024-04-09 长春理工大学 空间目标多模态信息融合光电探测定位定轨装置和方法
CN117848354B (zh) * 2024-03-07 2024-05-31 长春理工大学 空间目标多模态信息融合光电探测定位定轨装置和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2016327918B2 (en) Unmanned aerial vehicle depth image acquisition method, device and unmanned aerial vehicle
US11828848B2 (en) Velocity estimation using doppler per point LiDAR systems
CN110824453A (zh) 一种基于图像跟踪与激光测距的无人机目标运动估计方法
KR20230121030A (ko) 동적 보상 바람 측정 레이저 레이더 시스템 및 그 바람 측정 방법
CN109946659B (zh) 一种车载毫米波雷达线性调频连续波运动频率扩展校正方法
CN116106896A (zh) 雷达和视频融合的三维速度测量装置和方法
CN111780716A (zh) 一种基于目标像素面积和宽高比的单目实时测距方法
CN118151144B (zh) 一种低慢小目标高精度跟踪测量系统
CN118068318B (zh) 基于毫米波雷达和环境传感器的多模态感知方法及系统
CN115166714B (zh) 单通道sar运动舰船二维速度估计与重定位方法及装置
CN108776341A (zh) 一种机载合成孔径雷达多普勒中心偏移计算方法
JP3105867B2 (ja) 合成開口レーダシステム及びそれに用いるプラットフォーム位置計測方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体
CN114861725A (zh) 一种目标感知跟踪的后处理方法、装置、设备及介质
US20240019568A1 (en) System and method for radar-based localization and/or mapping
CN111983592A (zh) 一种机载光电系统无源定位拟合测向测速方法
CN116908849A (zh) 一种基于77GHzFMCW的GB-SAR形变监测系统及数据处理方法
CN117075099A (zh) 三维形变测量方法、装置、计算机设备及介质
Xu et al. Doppler shift estimation using broadcast ephemeris in satellite optical communication
CN114594467A (zh) 一种航向角确定方法、装置、电子设备和存储介质
CN114910898A (zh) 一种速度测量方法、装置及相关设备
CN113702971A (zh) 用于合成孔径无源定位系统中的雷达波束宽度设计方法
CN118376994B (zh) 基于多辐射源的距离多普勒图强点估计的目标定位方法
CN116500657B (zh) 提升接收机的定位精度的方法、装置及存储介质
US20230324552A1 (en) Lidar technology-based method and device for adaptively tracking an object
Shen et al. A Speed Measurement Method of Rail Transit Based on Millimeter-Wave Radar

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination