CN116380002A - 一种光电吊舱安装误差的空中标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电吊舱安装误差的空中标定方法，包括：根据载机的预定飞行航迹选取观察跟踪的目标点T，获取目标点T的坐标；记录载机飞行过程中不同时刻的载机位置信息、载机姿态信息和光电吊舱观测目标点T的观测角度信息；计算在载机坐标系下和球心坐标系下目标点T与载机之间的位置向量
和位置向量
构建表示
和
之间关系的目标定位模型；对目标定位模型构建极小化目标函数，求解得到安装误差角；可以省去常规地面标定复杂的操作环节，极大节省了工作量，同时可解决地面标定过程中安装误差角间的耦合问题，提高标定精度。
Description
技术领域
本发明涉及误差标定算法领域，尤其涉及一种光电吊舱安装误差的空中标定方法。
背景技术
在近代战争中，机载光电吊舱对于掌握空中优势，提高战场感知能力和对地面、海面目标的有效打击能力以及打击效果评估能力，具有十分重要的作用，其对目标的探测精度直接决定着对目标定位跟踪性能的高低，直接影响着火控系统的精度和武器的作战效能。
由于安装误差的影响，光电吊舱与载机的惯导系统之间常存在偏差，会导致产生较大的测量误差。传统安装误差标定的方法为给定基准法，即在试验室环境条件下，借助专门的标校仪器，反复进行测试、调整，最终提高安装精度。这种方法对环境要求高，实现复杂，费时费力。
作为机动平台，光电吊舱可能会面临频繁的安装与拆卸，若每次安装都要进行传统的标校，不仅需要专门设备、调试工作量大、费用高，而且对试验条件有要求。另外，对一些实时性要求较高的场合，传统的标校方法也很难满足要求。
因此，研究光电吊舱安装误差的空中标定方法具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种光电吊舱安装误差的空中标定方法，可以省去常规地面标定复杂的操作环节，极大节省了工作量，同时可解决地面标定过程中安装误差角间的耦合问题，提高标定精度。
根据本发明的第一方面，提供了一种光电吊舱安装误差的空中标定方法，包括：
步骤1，根据载机的预定飞行航迹选取观察跟踪的目标点T，获取所述目标点T的坐标；
步骤2，记录载机飞行过程中不同时刻的载机位置信息、载机姿态信息和光电吊舱观测所述目标点T的观测角度信息；
步骤3，基于载机与所述目标点T之间的距离以及所述观测角度信息计算在载机坐标系下所述目标点T与所述载机之间的位置向量
基于所述目标点T的位置坐标和所述载机的位置坐标计算得到在球心坐标系下所述目标点T与所述载机之间的位置向量/>
步骤4，基于安装角转换矩阵和坐标系转换矩阵构建表示
和/>
之间关系的目标定位模型；所述安装角转换矩阵基于所述光电吊舱安装在所述载机上的安装误差角计算得到；所述坐标系转换矩阵基于所述载机位置信息和所述载机姿态信息计算得到；
步骤5，对所述目标定位模型构建极小化目标函数，求解得到所述安装误差角；所述安装误差角包括：航向偏差角Δα、俯仰偏差角Δβ和横滚偏差角Δγ。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，所述目标点T在载机坐标系下的位置向量
其中，DisPT表示载机与所述目标点T之间的距离；在时刻i下所述光电吊舱观测所述目标点T的观测角度信息为
为吊舱方位角，/>
为吊舱俯仰角。
可选的，所述目标点T在球心坐标系下的位置向量
其中，所述目标点T在空间直角坐标系下的位置坐标为(XT，YT，ZT)；所述载机在空间直角坐标系下的位置坐标为(XP，YP，ZP)。
可选的，所述安装角转换矩阵
可选的，所述坐标系转换矩阵包括载机地理坐标系到载机坐标系的转换矩阵
和球心坐标系到载机地理坐标系的转换矩阵/>
其中，在时刻i下载机的姿态信息为(αi，βi，γi)，αi为载机航向角，βi为载机俯仰角，γi为载机横滚角；
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为载机经度，/>
为载机纬度，/>
为载机高度。
可选的，所述目标定位模型的公式为：
ΔM为所述安装角转换矩阵。
可选的，所述步骤5中对所述目标定位模型构建的极小化目标函数为：
其中，Ai、Bi、Ci、P1i、P2i、P3i分别表示如下：
可选的，所述步骤5中求解得到所述安装误差角的过程包括：
对极小化目标函数求偏导：
得到：
对求解后的结果进行滤波处理，得到Δα、Δβ、Δγ的最优解。
本发明提供的一种光电吊舱安装误差的空中标定方法，空中标定可结合飞行任务中对地/海面目标的观测过程进行，可选取任意目标作为合作目标，坐标信息易于获取，省去地面标定复杂的操作环节，极大节省工作量；空中标定解决了地面标定过程中安装误差角间的耦合问题，提高了标定精度；空中标定解算工作可在设备内部自动完成，无需人工干预。
附图说明
图1为本发明提供的一种光电吊舱安装误差的空中标定方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的空间各坐标系关系示意图；
图3为本发明实施例提供的空中标定的的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明提供的一种光电吊舱安装误差的空中标定方法的流程图，如图1所示，该空中标定方法包括：
步骤1，根据载机的预定飞行航迹选取观察跟踪的目标点T，获取目标点T的坐标。
步骤2，记录载机飞行过程中不同时刻的载机位置信息、载机姿态信息和光电吊舱观测目标点T的观测角度信息。
步骤3，基于载机与目标点T之间的距离以及观测角度信息计算在载机坐标系下目标点T与载机之间的位置向量
基于目标点T的位置坐标和载机的位置坐标计算得到在球心坐标系下目标点T与载机之间的位置向量/>
步骤4，基于安装角转换矩阵和坐标系转换矩阵构建表示
和/>
之间关系的目标定位模型；安装角转换矩阵基于光电吊舱安装在载机上的安装误差角计算得到；坐标系转换矩阵基于载机位置信息和载机姿态信息计算得到。
步骤5，对目标定位模型构建极小化目标函数，求解得到安装误差角；安装误差角包括：航向偏差角Δα、俯仰偏差角Δβ和横滚偏差角Δγ。
本发明提供的一种光电吊舱安装误差的空中标定方法，可以省去常规地面标定复杂的操作环节，极大节省了工作量，同时可解决地面标定过程中安装误差角间的耦合问题，提高标定精度。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的一种光电吊舱安装误差的空中标定方法的实施例，如图2所示为本发明实施例提供的空间各坐标系关系示意图，如图3所示为本发明实施例提供的空中标定的的示意图，结合图1－图3可知，该空中标定方法的实施例包括：
步骤1，根据载机的预定飞行航迹选取观察跟踪的目标点T，获取目标点T的坐标。
光电吊舱装机后，在载机飞行前，根据载机的预定飞行航迹，选取光电吊舱能够在载机飞行过程中明显观察并能稳定跟踪的目标点T，预先获取该目标点的经纬度坐标(TL，TB，TH)，若在海面飞行无合适固定目标，可选取能获取AIS信息的船只作为观测目标。
根据飞行观测距离，对目标点大小提前进行选择，可为10m宽度量级建筑，或30m长度量级船只等。为保证安装误差角标定精度，目标点的经纬度坐标(TL，TB，TH)应尽可能精确，可要求为10m内。
步骤2，记录载机飞行过程中不同时刻的载机位置信息、载机姿态信息和光电吊舱观测目标点T的观测角度信息。
在一种可能的实施例方式中，载机飞行过程中，对合作目标点T进行搜索，识别确认后，开启跟踪并保持状态。在此期间，记录不同时刻i下载机的位置信息
载机的姿态信息(αi，βi，γi)，光电吊舱的观测角度信息/>
其中，
为载机经度，/>
为载机纬度，/>
为载机高度，αi为载机航向角，βi为载机俯仰角，γi为载机横滚角，/>
为吊舱方位角，/>
为吊舱俯仰角。
根据坐标系转换关系，将载机和合作目标所成向量由球心坐标系转换至载机坐标系，各坐标系间的相互关系如图1所示，外球体为载机飞行时所处球面，内球体为地球，R为地球半径，H为载机飞行高度，OeXeYeZe为球心坐标系，OsXsYsZs为目标所在点的地理坐标系，OfXfYfZf为载机所在点的地理坐标系，ODXDYDZD为载机在地球上投影所在点的地理坐标系。
步骤3，基于载机与目标点T之间的距离以及观测角度信息计算在载机坐标系下目标点T与载机之间的位置向量
基于目标点T的位置坐标和载机的位置坐标计算得到在球心坐标系下目标点T与载机之间的位置向量/>
在一种可能的实施例方式中，目标点T在载机坐标系下的位置向量
其中，DisPT表示载机与目标点T之间的距离；在时刻i下光电吊舱观测目标点T的观测角度信息为
为吊舱方位角，/>
为吊舱俯仰角。
在一种可能的实施例方式中，目标点T在球心坐标系下的位置向量
其中，目标点T在空间直角坐标系下的位置坐标为(XT，YT，ZT)；载机在空间直角坐标系下的位置坐标为(XP，YP，ZP)。
步骤4，基于安装角转换矩阵和坐标系转换矩阵构建表示
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之间关系的目标定位模型；安装角转换矩阵基于光电吊舱安装在载机上的安装误差角计算得到；坐标系转换矩阵基于载机位置信息和载机姿态信息计算得到。
根据光电吊舱目标定位模型，建立安装误差角的解算数学模型，对安装误差角进行实时拟合解算处理，使用解算的安装误差角对目标定位模型进行修正，降低安装误差的影响，提高目标定位精度。
在一种可能的实施例方式中，安装误差角包括：航向偏差角Δα、俯仰偏差角Δβ和横滚偏差角Δγ。
安装角转换矩阵
在一种可能的实施例方式中，坐标系转换矩阵包括载机地理坐标系到载机坐标系的转换矩阵
和球心坐标系到载机地理坐标系的转换矩阵/>
其中，在时刻i下载机的姿态信息为(αi，βi，γi)，αi为载机航向角，βi为载机俯仰角，γi为载机横滚角。
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为载机经度，/>
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为载机高度。
在一种可能的实施例方式中，目标定位模型的公式为：
步骤5，对目标定位模型构建极小化目标函数，求解得到安装误差角。
在一种可能的实施例方式中，步骤5中对目标定位模型构建的极小化目标函数为：
其中，Ai、Bi、Ci、P1i、P2i、P3i分别表示如下：
在一种可能的实施例方式中，步骤5中求解得到安装误差角的过程包括：
对极小化目标函数求偏导：
得到：
对求解后的结果进行滤波处理，得到Δα、Δβ、Δγ的最优解，以此解带入目标定位过程，可降低安装误差的影响，提高定位精度。
本发明实施例提供的一种光电吊舱安装误差的空中标定方法，其有益效果包括：
(1)空中标定可结合飞行任务中对地/海面目标的观测过程进行，可选取任意目标作为合作目标，坐标信息易于获取，省去地面标定复杂的操作环节，极大节省工作量。
(2)空中标定解决了地面标定过程中安装误差角间的耦合问题，提高了标定精度。
(3)空中标定解算工作可在设备内部自动完成，无需人工干预。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种光电吊舱安装误差的空中标定方法，其特征在于，所述空中标定方法包括：
步骤1，根据载机的预定飞行航迹选取观察跟踪的目标点T，获取所述目标点T的坐标；
步骤2，记录载机飞行过程中不同时刻的载机位置信息、载机姿态信息和光电吊舱观测所述目标点T的观测角度信息；
步骤3，基于载机与所述目标点T之间的距离以及所述观测角度信息计算在载机坐标系下所述目标点T与所述载机之间的位置向量
基于所述目标点T的位置坐标和所述载机的位置坐标计算得到在球心坐标系下所述目标点T与所述载机之间的位置向量/>
步骤4，基于安装角转换矩阵和坐标系转换矩阵构建表示
和/>
之间关系的目标定位模型；所述安装角转换矩阵基于所述光电吊舱安装在所述载机上的安装误差角计算得到；所述坐标系转换矩阵基于所述载机位置信息和所述载机姿态信息计算得到；
步骤5，对所述目标定位模型构建极小化目标函数，求解得到所述安装误差角；所述安装误差角包括：航向偏差角Δα、俯仰偏差角Δβ和横滚偏差角Δγ。
2.根据权利要求1所述的空中标定方法，其特征在于，所述目标点T在载机坐标系下的位置向量
其中，DisPT表示载机与所述目标点T之间的距离；在时刻i下所述光电吊舱观测所述目标点T的观测角度信息为
为吊舱方位角，/>
为吊舱俯仰角。
3.根据权利要求1所述的空中标定方法，其特征在于，所述目标点T在球心坐标系下的位置向量
其中，所述目标点T在空间直角坐标系下的位置坐标为(T，YT，ZT)；所述载机在空间直角坐标系下的位置坐标为(P，YP，ZP)。
4.根据权利要求1所述的空中标定方法，其特征在于，所述安装角转换矩阵
5.根据权利要求1所述的空中标定方法，其特征在于，所述坐标系转换矩阵包括载机地理坐标系到载机坐标系的转换矩阵
和球心坐标系到载机地理坐标系的转换矩阵/>
其中，在时刻i下载机的姿态信息为(αi，βi，γi)，αi为载机航向角，βi为载机俯仰角，γi为载机横滚角；
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为载机高度。
6.根据权利要求5所述的空中标定方法，其特征在于，所述目标定位模型的公式为：
ΔM为所述安装角转换矩阵。
7.根据权利要求6所述的空中标定方法，其特征在于，所述步骤5中对所述目标定位模型构建的极小化目标函数为：
其中，Ai、Bi、Ci、P1i、P2i、P3i分别表示如下：
8.根据权利要求7所述的空中标定方法，其特征在于，所述步骤5中求解得到所述安装误差角的过程包括：
对极小化目标函数求偏导：
得到：
对求解后的结果进行滤波处理，得到Δα、Δβ、Δγ的最优解。
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| CN202310105122.6A CN116380002A (zh) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | 一种光电吊舱安装误差的空中标定方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117235412A (zh) * | 2023-11-10 | 2023-12-15 | 长春通视光电技术股份有限公司 | 一种光电吊舱地理跟踪偏差角的后处理系统 |
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2023
- 2023-02-07 CN CN202310105122.6A patent/CN116380002A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117235412A (zh) * | 2023-11-10 | 2023-12-15 | 长春通视光电技术股份有限公司 | 一种光电吊舱地理跟踪偏差角的后处理系统 |
| CN117235412B (zh) * | 2023-11-10 | 2024-01-30 | 长春通视光电技术股份有限公司 | 一种光电吊舱地理跟踪偏差角的后处理系统 |
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