CN116165653A - 一种雷达光电联动目标跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种雷达光电联动目标跟踪方法，本方法首先需要对雷达和光电进行标校，减小引导误差；然后需要使用雷达上报的目标类型及经度、纬度、海拔计算水平视场角，用来引导镜头，使目标在画面中清晰可见；最后通过视场角和目标在画面中的位置计算水平角速度和垂直角速度，使目标始终处在画面中心，用来实现跟踪。本方法使用雷达引导光电进行跟踪，可以实现在大范围内光电识别跟踪目标，能够更快更精准的锁定目标。

Description

一种雷达光电联动目标跟踪方法

技术领域

本发明涉及目标跟踪领域，具体的是一种雷达光电联动目标跟踪方法。

背景技术

目前的单一光电跟踪目标，要么是监控一个或多个固定点位，难以检测点位外目标；要么扫描小范围区域，同样对区域外目标无能为力；人工手动操作光电也只适合搜索小范围目标，并且需要使用者不断的控制方向、变倍、聚焦，寻找目标。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种雷达光电联动目标跟踪方法，使用雷达引导光电进行跟踪，可以实现在大范围内光电识别跟踪目标，能够更快更精准的锁定目标。通过雷达反馈的目标类型可对光电镜头做初次引导。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种雷达光电联动目标跟踪方法，包括以下步骤：

S01)、雷达和光电设备标校，包括光电设备调平、校北和动态修正光电设备零位；

S02)、雷达镜头引导，包括两种方式，方式一：每隔一段距离记录一组视场角和聚焦AD值，雷达引导时通过目标距离，调用标定的数据控制镜头的变倍聚焦，使目标在光电设备画面中大小合适且始终保持清晰；方式二：通过目标距离计算出所需的水平视场角，聚焦AD值获取，长焦状态下获取清晰时的聚焦AD值，使目标在光电设备画面中大小合适并且始终保持清晰；

S03)、跟踪，雷达引导光电设备转到指定位置，并且引导镜头使目标在光电画面中清晰可见时，便开始跟踪目标，在跟踪过程中不再接受雷达位置引导，只接受镜头引导；

获取目标相对于视场中心的相对偏移位置，利用位置偏差及镜头视场角度信息，使用增量式PID控制算法，得到光电速度控制参数，控制光电转动，完成目标跟踪；

光电在跟踪目标过程中，通过实时接收的雷达数据来判断是继续跟踪目标，还是停止跟踪接受新的引导；当光电设备当前水平角度与与雷达上报的目标水平角度大于一个当前水平视场角，或光电设备当前俯仰角度与与雷达上报的目标俯仰角度大于一个当前垂直视场角，则认为目标错误或目标丢失，停止跟踪重新接受雷达目标引导。

进一步的，步骤S01)所述光电设备调平是使用光电设备自带的水平尺将光电设备调至水平；校北将光电设备转至正北，并设置零位。

进一步的，动态修正光电设备零位的过程为：光电锁定无人机，无人机由近及远、由远及近飞行，记录多组雷达上传目标经度、纬度、海拔转换成的目标方位角和俯仰角和光电设备实时上报的方位俯仰角度，计算出目标方位角和俯仰角和光电设备实时上报的方位角差和俯仰角差，计算方位角差值的平均值、俯仰角差值的平均值，矫正光电设备零位。

进一步的，雷达上传目标经度、纬度、海拔转换成目标方位角和俯仰角的公式为：

α、β分别为方位角和俯仰角，h₁、h₂分别为光电设备和目标的海拔高度，r为光电设备和目标之间的水平距离，θ₁、θ₂分别为光电设备和目标位置相对于赤道面的仰角，φ₁、φ₂分别为光电设备和目标位置相对于零度经线的周角。

进一步的，通过目标距离计算出所需的水平视场角过程为：

水平距离公式：

其中R为地球半径，θ₁、θ₂分别为光电设备和目标位置相对于赤道面的仰角，φ₁、φ₂分别为光电设备和目标位置相对于零度经线的周角；

水平视场角公式为：

zoom＝2tg^-1[w/(2*b*r)]，

其中zoom为水平视场角，w为目标实际宽度，b为目标最终水平在画面中所占比例，r为光电设备和目标之间的水平距离。

本发明的有益效果：本发明使用雷达光电联动实现目标跟踪，具体的，使用雷达引导光电进行跟踪，可以实现在大范围内光电识别跟踪目标，能够更快更精准的锁定目标。通过雷达反馈的目标类型对光电镜头做初次引导，可以实现大范围内光电识别跟踪目标。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本实施例公开一种雷达光电联动目标跟踪方法，雷达光电联动目标跟踪，首先需要对雷达和光电进行标校，减小引导误差；然后需要使用雷达上报的目标类型及经度、纬度、海拔计算水平视场角，用来引导镜头，使目标在画面中清晰可见；最后通过视场角和目标在画面中的位置计算水平角速度和垂直角速度，使目标始终处在画面中心，用来实现跟踪。

具体的，本方法包括以下步骤：

S01)、雷达和光电标校

(1)光电调平、校北

使用光电设备自带的水平尺将光电调至水平，减小引导时误差；将光电转至正北，并设置零位。

(2)、动态修正光电零位

光电锁定无人机，无人机由近及远、由远及近飞行，记录多组雷达上传目标经度、纬度、海拔转换成的目标方位角和俯仰角和光电实时上报的方位俯仰角度，计算出目标方位角和俯仰角和光电方位角差和俯仰角差，去掉个别较大的无效数据，计算方位角差值的平均值、俯仰角差值的平均值，矫正光电零位(原零位值减去差值的平均值)，减小引导误差提升准确率。

标校完成后可通过雷达引导光电转到目标方位。

本实施例中，雷达上传的目标经度、纬度、海拔转换成目标方位角和俯仰角的公式为：

方位角(相对于正北)公式：

编程实现采用以下公式(MATLAB或C++)。

俯仰角公式：

其中：α、β分别为方位角和俯仰角，h₁、h₂分别为光电设备和目标的海拔高度，r为光电设备和目标之间的水平距离，θ₁、θ₂分别为光电设备和目标位置相对于赤道面的仰角，φ₁、φ₂分别为光电设备和目标位置相对于零度经线的周角。

S02)、雷达镜头引导

(1)方式一

每隔100米记录一组视场角和聚焦AD值，雷达引导时通过目标距离，调用标定的数据控制镜头的变倍聚焦。使目标在光电画面中大小合适并且始终保持清晰。

(2)方式二

①通过目标距离计算出所需的水平视场角

水平距离公式：

其中R为地球半径，地球半径取6371km。θ₁、θ₂分别为光电和目标位置相对于赤道面仰角(纬度角，单位弧度),φ₁、φ₂分别为光电和目标位置相对于零度经线的周角(经度角，单位弧度)。

水平视场角公式：

zoom＝2tg^-1[w/(2*b*r)]，

其中zoom为水平视场角，w为目标实际宽度，b为目标最终水平在画面中所占比例，r为光电和目标之间的水平距离。

②聚焦AD值获取

长焦状态下获取清晰时的聚焦AD值，使目标在光电画面中大小合适并且始终保持清晰。

光电转向一个两千米外的目标，使镜头拉到最长焦，聚焦清晰，记录当前的聚焦AD值。雷达引导时使用该视场角与聚焦AD值，使目标在画面中清晰可见。

S03)、跟踪

雷达引导光电转到指定位置，并且引导镜头使目标在光电画面中清晰可见时，便开始跟踪目标，在跟踪过程中不再接受雷达位置引导，只接受镜头引导。

获取目标相对于视场中心的相对偏移位置，利用位置偏差及镜头视场角度信息，使用增量式PID控制算法，得到光电速度控制参数，控制光电转动，完成目标跟踪。

光电在跟踪目标过程中，通过实时接收的雷达数据来判断，是继续跟踪目标，还是停止跟踪接受新的引导；当光电当前水平角度与与雷达上报的目标水平角度大于一个当前水平视场角，或光电当前俯仰角度与与雷达上报的目标俯仰角度大于一个当前垂直视场角，则认为目标错误或目标丢失，停止跟踪重新接受雷达目标引导。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种雷达光电联动目标跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01)、雷达和光电设备标校，包括光电设备调平、校北和动态修正光电设备零位；

S02)、雷达镜头引导，包括两种方式，方式一：每隔一段距离记录一组视场角和聚焦AD值，雷达引导时通过目标距离，调用标定的数据控制镜头的变倍聚焦，使目标在光电设备画面中大小合适且始终保持清晰；方式二：通过目标距离计算出所需的水平视场角，聚焦AD值获取，长焦状态下获取清晰时的聚焦AD值，使目标在光电设备画面中大小合适并且始终保持清晰；

S03)、跟踪，雷达引导光电设备转到指定位置，并且引导镜头使目标在光电画面中清晰可见时，便开始跟踪目标，在跟踪过程中不再接受雷达位置引导，只接受镜头引导；

获取目标相对于视场中心的相对偏移位置，利用位置偏差及镜头视场角度信息，使用增量式PID控制算法，得到光电速度控制参数，控制光电转动，完成目标跟踪；光电在跟踪目标过程中，通过实时接收的雷达数据来判断是继续跟踪目标，还是停止跟踪接受新的引导；当光电设备当前水平角度与与雷达上报的目标水平角度大于一个当前水平视场角，或光电设备当前俯仰角度与与雷达上报的目标俯仰角度大于一个当前垂直视场角，则认为目标错误或目标丢失，停止跟踪重新接受雷达目标引导。

2.根据权利要求1所述的雷达光电联动目标跟踪方法，其特征在于：步骤S01)所述光电设备调平是使用光电设备自带的水平尺将光电设备调至水平；校北将光电设备转至正北，并设置零位。

3.根据权利要求1所述的雷达光电联动目标跟踪方法，其特征在于：动态修正光电设备零位的过程为：光电锁定无人机，无人机由近及远、由远及近飞行，记录多组雷达上传目标经度、纬度、海拔转换成的目标方位角和俯仰角和光电设备实时上报的方位俯仰角度，计算出目标方位角和俯仰角和光电设备实时上报的方位角差和俯仰角差，计算方位角差值的平均值、俯仰角差值的平均值，矫正光电设备零位。

4.根据权利要求3所述的雷达光电联动目标跟踪方法，其特征在于：雷达上传目标经度、纬度、海拔转换成目标方位角和俯仰角的公式为：

α、β分别为方位角和俯仰角，h₁、h₂分别为光电设备和目标的海拔高度，r为光电设备和目标之间的水平距离，θ₁、θ₂分别为光电设备和目标位置相对于赤道面的仰角，φ₁、φ₂分别为光电设备和目标位置相对于零度经线的周角。

5.根据权利要求1所述的雷达光电联动目标跟踪方法，其特征在于：通过目标距离计算出所需的水平视场角过程为：

水平距离公式：

其中R为地球半径，θ₁、θ₂分别为光电设备和目标位置相对于赤道面的仰角，φ₁、φ₂分别为光电设备和目标位置相对于零度经线的周角；/>

水平视场角公式为：

zoom＝2tg^-1[w/(2*b*r)]，

其中zoom为水平视场角，w为目标实际宽度，b为目标最终水平在画面中所占比例，r为光电设备和目标之间的水平距离。