RU2690704C1 - Способ взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения - Google Patents

Способ взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения Download PDF

Info

Publication number
RU2690704C1
RU2690704C1 RU2018119845A RU2018119845A RU2690704C1 RU 2690704 C1 RU2690704 C1 RU 2690704C1 RU 2018119845 A RU2018119845 A RU 2018119845A RU 2018119845 A RU2018119845 A RU 2018119845A RU 2690704 C1 RU2690704 C1 RU 2690704C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
objects
distances
vectors
matrix
coordinate systems
Prior art date
Application number
RU2018119845A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Константинович Клочко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority to RU2018119845A priority Critical patent/RU2690704C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2690704C1 publication Critical patent/RU2690704C1/ru

Links

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
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к пассивным системам радиовидения, работающим по принципу стереопары. Для расчета дальностей требуется знание взаимной ориентации двух систем координат - матрицы поворота осей координат, которую находят из условия компланарности сопряженных векторов направлений на объекты и базового вектора. Предложенный способ заключается в установлении стереопары из двух взаимно удаленных на базовое расстояние наблюдателей при известном базовом векторе, формировании в системах координат наблюдателей n пар сопряженных ортов a 1(i) и a 2(i) векторов направлений на центры i-x объектов, нахождении матрицы Р поворота осей координат на углы α, β, γ численным методом подбора углов, при этом с помощью найденной матрицы Р и известного вектора t вычисляются оценки дальностей r1(i) и r2(i), на основе найденных дальностей вычисляются пространственные координаты центров объектов в системах координат наблюдателей. Предлагаемый способ позволяет прошедшие проверку на компланарность векторы дополнительно проверить на выполнение достаточного условия сопряжения и одновременно определить дальности до объектов. 1 табл.

Description

Изобретение относится к пассивным системам радиовидения [1], работающим по принципу стереопары. Эффект стереопары [2] позволяет определять дальности до объектов наблюдения без применения активных средств измерения при наличии двух взаимно удаленных на базовое расстояние наблюдателей. Для расчета дальностей требуется знание взаимной ориентации двух систем координат - матрицы Р поворота осей координат и вектора параллельного переноса t (базового вектора) [2]. При этом базовый вектор t, как правило, известен, а углы α, β, γ, включенные с состав матрицы Р, требуется найти. Для взаимной ориентации двух систем координат необходимо иметь n пар (n≥1) сопряженных векторов направлений на объекты, формируемых в системах наблюдения за объектами.
Рассмотрим в качестве прототипа способ [2] нахождения углов α, β, γ, который заключается в следующем.
1. Устанавливается стереопара из двух взаимно удаленных на базовое расстояние |t| наблюдателей при известном базовом векторе t.
2. В системах координат наблюдателей формируются n пар сопряженных ортов а 1(i) и а 2(i) векторов направлений на i-e объекты,
Figure 00000001
где
n - количество наблюдаемых объектов, и назначается матрица Р поворота осей координат с углами поворота α, β, γ в ее составе.
3. Для n пар сопряженных ортов а 1(i) и
Figure 00000002
Figure 00000003
представленных в системе координат первого наблюдателя с помощью матрицы Р, вычисляется показатель J правильности сопряжения в виде суммы модулей смешанных произведений
Figure 00000004
трех векторов a 1(i),
Figure 00000005
и t:
Figure 00000006
При этом вычисление (a 1(i), Pa 2(i), t) осуществляется с помощью определителя, строками которого являются координаты данных векторов.
4. Численным методом подбора находятся углы α, β, γ, при которых показатель (1) принимает наименьшее значение, близкое к нулю.
Данный способ обладает следующим недостатком. Близкое к нулю значение показателя (1) является признаком компланарности трех векторов a 1(i),
Figure 00000007
t и представляет необходимое условие сопряжения векторов a 1(i) и
Figure 00000008
по принадлежности i-м объектам
Figure 00000009
но не достаточное условие.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этого недостатка, а именно на введение дополнительных операций проверки достаточности сопряжения i-x пар векторов a 1(i) и
Figure 00000010
Figure 00000011
одновременно с определением дальностей до объектов.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения, который заключается в установлении стереопары из двух взаимно удаленных на базовое расстояние |t| наблюдателей при известном базовом векторе t, формировании в системах координат наблюдателей n пар сопряженных ортов а 1(i) и а 2(i)
векторов направлений на i-e объекты,
Figure 00000012
где n - количество наблюдаемых объектов, нахождении матрицы Р поворота осей координат на углы α, β, γ численным методом подбора по критерию минимума показателя
Figure 00000013
где
Figure 00000014
- смешанное произведение трех векторов, отличающийся тем, что с помощью найденной матрицы Р и известного вектора t вычисляются оценки дальностей r1(i) и
Figure 00000015
до i-x объектов по формуле (Т - символ транспонирования):
Figure 00000016
которые обеспечивают минимум показателя
Figure 00000017
где
Figure 00000018
- норма вектора, после чего показатель I сравнивается с малым числом ε>0, и если I≤ε, то матрица Р принимается в качестве матрицы поворота, а на основе найденных дальностей вычисляются пространственные координаты объектов М1(i)=r1(i)a 1(i) и M2(i)=r2(i)a 2(i),
Figure 00000019
в системах координат наблюдателей.
Алгоритмически способ заключается в следующем.
1. Устанавливается стереопара из двух взаимно удаленных на базовое расстояние ⏐t⏐ наблюдателей при известном базовом векторе t.
2. В системах координат наблюдателей формируются n пар сопряженных ортов a 1(i) и a 2(i) векторов направлений на i-e объекты,
Figure 00000020
где
n - количество наблюдаемых объектов, и назначается матрица Р поворота осей координат заданием в ее составе углов поворота α, β, γ.
3. Для n пар сопряженных ортов a 1(i) и
Figure 00000021
Figure 00000022
представленных в системе координат первого наблюдателя, вычисляется показатель (1) правильности сопряжения векторов J в виде суммы модулей смешанных произведений (a 1(i),Pa 2(i),t) троек векторов a 1(i),
Figure 00000023
и t.
4. Численным методом подбора находятся углы α, β, γ в составе матрицы Р по критерию минимума показателя (1).
5. С помощью найденной матрицы Р и известного вектора t вычисляются оценки дальностей r1(i) и r2(i),
Figure 00000024
до i-х объектов по формуле (2), для которых показатель (3) принимает наименьшее значение.
6. Наименьшее значение показателя I сравнивается с заданным порогом ε. Если I<ε, то матрица Р принимается в качестве матрицы поворота, а на основе найденных оценок дальностей вычисляются пространственные координаты центров объектов М1(i)=r1(i)a 1(i) и M2(i)=r2(i)a 2(i),
Figure 00000025
в системах координат наблюдателей.
Пояснительная часть Показатель (1) представляет необходимое условие сопряжения векторов a 1(i) и a 2(i),
Figure 00000026
То есть, если векторы a 1(i) и a 2(i),
Figure 00000025
образуют n сопряженных пар, то отсюда следует, что тройки векторов a 1(i), a 2(i), t,
Figure 00000025
компланарны и их смешанные произведения равны нулю с точностью до ошибок измерения координат векторов. Соответственно показатель (1) не превышает малого числа ε>0: J≤ε. Как следствие, если J>ε, то векторы не образуют сопряженные пары.
Однако условие компланарности не является достаточным для сопряжения при n>1, так как возможны случаи, когда для компланарных троек а 1(i), а 2(i), t векторы а 1(i) и а 2(i) не направлены на один и тот же объект. Поэтому дополнительно вводится достаточное условие сопряжения в виде показателя (3). Для сопряженных пар векторов r1(i)a 1(i) и r2(i)Pa 2(i),
Figure 00000025
рассматриваемых в системе координат первого наблюдателя, тройки векторов r1(i)a 1(i), r2(i)Pa 2(i) и t замыкаются по правилу треугольника (с точностью до вектора ошибок), что дает значение показателя (3), близкое к нулю. Поэтому в случае выполнения неравенства I≤ε, где ε - малое положительное число, окончательно принимается решение о правильности сопряжения пар векторов и найденных оценок дальностей. Оценки дальностей (2) находятся по критерию минимума показателя (3) методом наименьших квадратов.
Результаты моделирования Разрабатывалась компьютерная программа моделирования работы алгоритма, основанного на предложенном способе. При наблюдении n объектов задавались углы взаимной ориентация систем координат наблюдателей. Поиск данных углов в составе матрицы Р осуществлялся численным методом Гаусса-Зейделя пошаговой минимизацией показателя (1). Начальные значения углов при поиске задавались случайным образом в окрестности заданных углов. С помощью найденной матрицы Р вычислялись дальности до объектов и пространственные координаты их центров. На множестве реализаций случайных величин определялись следующие характеристики: среднее расстояние dcp между моделируемыми и найденными на основе оценок дальностей центрами объектов; среднее значение Icp показателя (3) достаточного условия сопряжения. В таблице представлены dcp и Iср в зависимости от числа объектов n. Среднее значение Jср показателя (1) необходимого условия сопряжения получалось близким к нулю.
Figure 00000027
По результатам моделирования (таблица) можно отметить уменьшение средней ошибки dcp определения центров объектов и соответственно уменьшение показателя Iср с увеличением числа объектов n.
Предложенный способ может найти применение в существующих пассивных системах радиовидения, развертываемых на местности для наблюдения за объектами и определения их пространственных координат.
Литература
1. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2008. 320 с.
2. Цифровая обработка изображений в информационных системах: учеб. пособие / И.С. Грузман, B.C. Киричук и др. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. 352 с.

Claims (5)

  1. Способ взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения, заключающийся в установлении стереопары из двух взаимно удаленных на базовое расстояние |t| наблюдателей при известном базовом векторе, формировании в системах координат наблюдателей n пар сопряженных ортов a 1(i) и a 2(i) векторов направлений на центры i-x объектов,
    Figure 00000028
    где n - количество наблюдаемых объектов, нахождении матрицы Р поворота осей координат на углы α, β, γ численным методом подбора углов по критерию минимума показателя
    Figure 00000029
    где (a l(i),Pa 2(i),t) - смешанное произведение трех векторов, отличающийся тем, что с помощью найденной матрицы Р и известного вектора t вычисляются оценки дальностей r1(i) и r2(i),
    Figure 00000030
    до i-x объектов по формуле (T - символ транспонирования):
  2. Figure 00000031
  3. которые обеспечивают минимум показателя
  4. Figure 00000032
  5. где ||…|| - норма вектора, после чего показатель I сравнивается с малым числом ε>0 и если I≤ε, то матрица Р принимается в качестве матрицы поворота, а на основе найденных дальностей вычисляются пространственные координаты центров объектов М1(i)=r1(i)a 1(i) и М2(i)=r2(i)a 2(i),
    Figure 00000033
    в системах координат наблюдателей.
RU2018119845A 2018-05-29 2018-05-29 Способ взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения RU2690704C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018119845A RU2690704C1 (ru) 2018-05-29 2018-05-29 Способ взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018119845A RU2690704C1 (ru) 2018-05-29 2018-05-29 Способ взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2690704C1 true RU2690704C1 (ru) 2019-06-05

Family

ID=67037418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018119845A RU2690704C1 (ru) 2018-05-29 2018-05-29 Способ взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690704C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2722232C1 (ru) * 2019-09-24 2020-05-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Способ нахождения пространственных координат объектов в пассивных системах видения

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2381523C2 (ru) * 2008-05-04 2010-02-10 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет Способ измерения бортовой пассивной системой наблюдения перемещений движущегося объекта и дальности до него
RU2381521C2 (ru) * 2008-04-14 2010-02-10 Закрытое акционерное общество "Московский научно-исследовательский телевизионный институт" Способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям
WO2012092246A2 (en) * 2010-12-27 2012-07-05 3Dmedia Corporation Methods, systems, and computer-readable storage media for identifying a rough depth map in a scene and for determining a stereo-base distance for three-dimensional (3d) content creation
RU2498336C1 (ru) * 2012-03-13 2013-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") Способ селекции по дальности множественных объектов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2381521C2 (ru) * 2008-04-14 2010-02-10 Закрытое акционерное общество "Московский научно-исследовательский телевизионный институт" Способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям
RU2381523C2 (ru) * 2008-05-04 2010-02-10 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет Способ измерения бортовой пассивной системой наблюдения перемещений движущегося объекта и дальности до него
US9344701B2 (en) * 2010-07-23 2016-05-17 3Dmedia Corporation Methods, systems, and computer-readable storage media for identifying a rough depth map in a scene and for determining a stereo-base distance for three-dimensional (3D) content creation
WO2012092246A2 (en) * 2010-12-27 2012-07-05 3Dmedia Corporation Methods, systems, and computer-readable storage media for identifying a rough depth map in a scene and for determining a stereo-base distance for three-dimensional (3d) content creation
RU2498336C1 (ru) * 2012-03-13 2013-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") Способ селекции по дальности множественных объектов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.К. КЛОЧКО "МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ В БОРТОВЫХ СИСТЕМАХ РАДИОВИДЕНИЯ" // Сборник РАН Сибирское отделение "Автометрия", том 45 N 1, стр. 23-33. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2722232C1 (ru) * 2019-09-24 2020-05-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Способ нахождения пространственных координат объектов в пассивных системах видения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180121713A1 (en) Systems and methods for verifying a face
CN105913417A (zh) 基于透视投影直线的几何约束位姿方法
Li et al. Simultaneous vanishing point detection and camera calibration from single images
JP5494427B2 (ja) 画像処理プログラムおよび画像処理装置
RU2681518C1 (ru) Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
CN107728124A (zh) 一种基于信息熵的多雷达动态调节方法及装置
CN108663675A (zh) 用于生命探测雷达阵列多目标同时定位的方法
RU2690704C1 (ru) Способ взаимной ориентации систем координат и определения дальностей до объектов в пассивной системе радиовидения
CN111157943A (zh) 在异步网络中基于toa的传感器位置误差抑制方法
RU2682382C1 (ru) Способ ориентации систем координат наблюдателей в пассивной системе видения
KR101280513B1 (ko) TDOA/FDOA를 이용한 Gauss-Newton기법기반 신호원 위치추정방법 및 이를 이용한 신호원 위치추정장치
Kotov et al. DEM generation based on RPC model using relative conforming estimate criterion
RU2668214C2 (ru) Способ отождествления отметок целей, полученных двумя пространственно-совмещенными рлс
CN108805218B (zh) 一种基于偏差映射聚类的光学目标关联方法
CN109459723A (zh) 一种基于元启发算法的纯方位被动定位方法
CN114280602A (zh) 用于毫米波综合孔径辐射计的近场三维成像系统及方法
RU2681519C1 (ru) Способ определения траекторий движения объектов в радиометрической системе видения
Pedra et al. Camera calibration using detection and neural networks
Vanek et al. Vision only sense and avoid: A probabilistic approach
Bier et al. Error analysis of stereo calibration and reconstruction
Islam et al. Laser scan matching by fast cvsac in dynamic environment
Zhang et al. Passive 3D reconstruction based on binocular vision
Cuno Zuniga et al. Design of a Terrain Mapping System for Low-cost Exploration Robots based on Stereo Vision.
Brink et al. FastSLAM with stereo vision
Jin et al. An Improved Particle Filter Based Track-Before-Detect Method for Underwater Target Bearing Tracking

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200530