一種用于高速飛行器對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別方法
【專利摘要】一種用于高速飛行器對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別的方法，涉及航空對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有航空光電成像設(shè)備對(duì)地目標(biāo)捕獲跟蹤中，只能采用人工引導(dǎo)的方法而難以克服大速高比條件下圖像快速刷新帶來的無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、捕獲鎖定失敗等問題。該方法包括飛控計(jì)算機(jī)、航空光電成像設(shè)備、慣導(dǎo)等設(shè)備依次連接，航空光電成像設(shè)備實(shí)時(shí)接收慣導(dǎo)送來的姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)接收飛控計(jì)算機(jī)送來的搜索、捕獲或跟蹤指令和地面目標(biāo)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)和圖像坐標(biāo)數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，提高了大速高比條件下對(duì)地捕獲、跟蹤的可靠性和便捷性。
【專利說明】一種用于高速飛行器對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空光學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種航空光電設(shè)備大速高比條件下或在圖像刷新率高的情況下如何快速可靠的發(fā)現(xiàn)和捕獲目標(biāo)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代飛行器技術(shù)的發(fā)展，承載著航空光電成像設(shè)備的飛行器，其飛行速度越來越快，外掛在飛行器外部的航空光電成像設(shè)備面臨的速高比隨之增大，即圖像刷新率不斷增大，這導(dǎo)致獲取的地面目標(biāo)在圖像中的駐留時(shí)間不斷減少。由于目標(biāo)在圖像中的駐留時(shí)間事關(guān)能否人工發(fā)現(xiàn)、識(shí)別等使用需求。一般認(rèn)為目標(biāo)在圖像中至少駐留8s~10s才能被人工觀測(cè)和識(shí)別，目標(biāo)在圖像中駐留時(shí)間的減少意味著漏檢或誤判的可能性攀升。需要采取措施為目標(biāo)捕獲、跟蹤提供可靠的方法。國(guó)內(nèi)外普遍采用基于人工控制光電成像設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償載機(jī)速高比，實(shí)際使用中由于人工操作難以準(zhǔn)確控制各軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，難以有效補(bǔ)償速高比而導(dǎo)致目標(biāo)搜索、捕獲和識(shí)別操作失敗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有航空光電成像設(shè)備對(duì)地目標(biāo)捕獲跟蹤中，只能采用人工引導(dǎo)的方法而難以克服大速高比條件下圖像快速刷新帶來的無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、捕獲鎖定失敗等問題，提供一種用于快速捕獲、識(shí)別地面目標(biāo)的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于高速飛行器對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別方法，其特征在于，包括對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別裝置，該裝置包括航空光電成像設(shè)備、固定基板、慣導(dǎo)、飛控計(jì)算機(jī)，航空光電成像設(shè)備至慣導(dǎo)和飛控計(jì)算機(jī)的電纜、航空光電成像設(shè)備至飛控計(jì)算機(jī)的電纜；將航空光電成像設(shè)備通過固定基板固定在飛機(jī)上，航空光電成像設(shè)備至慣導(dǎo)和飛控計(jì)算機(jī)的電纜、航空光電成像設(shè)備至飛控計(jì)算機(jī)的電纜將航空光電成像設(shè)備、慣導(dǎo)和飛控計(jì)算機(jī)聯(lián)系在一起；航空光電成像設(shè)備實(shí)時(shí)接收慣導(dǎo)送來的姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)接收飛控計(jì)算機(jī)送來的搜索、捕獲或跟蹤指令，以及地面目標(biāo)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)和圖像坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0005]將地面目標(biāo)分為已知經(jīng)瑋度目標(biāo)和未知經(jīng)瑋度目標(biāo)兩類，對(duì)已知經(jīng)瑋度目標(biāo)采用目標(biāo)經(jīng)瑋度數(shù)引跟蹤方式；對(duì)未知經(jīng)瑋度目標(biāo)采用速高比自動(dòng)解算補(bǔ)償?shù)哪Ｊ?；利用解算出光電成像設(shè)備需要指向的方位、俯仰、橫滾姿態(tài)角，控制航空光電成像設(shè)備的框架角度隨動(dòng)于此解算值，以延長(zhǎng)指向目標(biāo)的時(shí)間，從而延長(zhǎng)了目標(biāo)駐留在視場(chǎng)中的時(shí)間，為操作人員搜索、捕獲、跟蹤、識(shí)別目標(biāo)提供了充足的時(shí)間。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，提高了大速高比條件下對(duì)地捕獲、跟蹤的可靠性和便捷性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明用于高速飛行器對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別裝置的構(gòu)成示意圖；
圖2為本發(fā)明涉及的目標(biāo)定位坐標(biāo)關(guān)系示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]參見圖1，本發(fā)明一種用于高速飛行器對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別的方法，包括對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別裝置，該裝置包括航空光電成像設(shè)備1、固定基板2、慣導(dǎo)4、飛控計(jì)算機(jī)7、航空光電成像設(shè)備至慣導(dǎo)和飛控計(jì)算機(jī)的電纜3、航空光電成像設(shè)備至飛控計(jì)算機(jī)的電纜6、飛機(jī)8 ;將航空光電成像設(shè)備I通過固定基板2固定在飛機(jī)上8上，航空光電成像設(shè)備I至慣導(dǎo)4和飛控計(jì)算機(jī)7的電纜3、航空光電成像設(shè)備I至飛控計(jì)算機(jī)7的電纜6將航空光電成像設(shè)備1、慣導(dǎo)4和飛控計(jì)算機(jī)聯(lián)系在一起。航空光電成像設(shè)備實(shí)時(shí)接收慣導(dǎo)送來的姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)接收飛控計(jì)算機(jī)送來的數(shù)引指令、地面目標(biāo)的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)和目標(biāo)在圖像中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)地目標(biāo)進(jìn)行捕獲和識(shí)別。
[0009]本發(fā)明對(duì)地目標(biāo)捕獲方法有兩種工作模式:將地面目標(biāo)分為已知經(jīng)瑋度目標(biāo)和未知經(jīng)瑋度目標(biāo)兩類，針對(duì)這兩類目標(biāo)，分別采用以下兩種方法。
[0010]I)已知經(jīng)瑋度目標(biāo)的工作模式:
此模式下，地面目標(biāo)的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)和目標(biāo)在圖像中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)已知。當(dāng)航空光電成像設(shè)備準(zhǔn)確指向地面目標(biāo)時(shí)，航空光電成像設(shè)備與地面目標(biāo)之間的連線即是航空光電成像設(shè)備的光軸。在地球直角坐標(biāo)系中，根據(jù)幾何學(xué)原理可知，已知兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)后可以求解出連接這兩個(gè)端點(diǎn)的線段相對(duì)坐標(biāo)平面的夾角，而這一夾角就是航空光電成像設(shè)備的光軸指向角度。根據(jù)坐標(biāo)解算后可以實(shí)時(shí)解算出載機(jī)動(dòng)態(tài)飛行中航空光電成像設(shè)備的光軸指向角度從而引導(dǎo)航空光電成像設(shè)備實(shí)時(shí)指向目標(biāo)，達(dá)到“目標(biāo)地理經(jīng)瑋度引導(dǎo)跟蹤”的效果。該引導(dǎo)跟蹤效果指向目標(biāo)后，可以使目標(biāo)保持在視場(chǎng)中，從而達(dá)到延長(zhǎng)目標(biāo)在視場(chǎng)內(nèi)的駐留時(shí)間，為操作人員捕獲目標(biāo)、判斷和識(shí)別目標(biāo)提供了充分的時(shí)間。
[0011]參見圖2，本發(fā)明航空光電成像設(shè)備對(duì)已知經(jīng)瑋度目標(biāo)的算法步驟如下:
第一步:利用目標(biāo)的大地坐標(biāo)系(LI，BI, Hl)、載機(jī)的坐標(biāo)系(L2，B2, H2)解算出目標(biāo)與載機(jī)聯(lián)線在大地坐標(biāo)系中的角度(α?，β 1，γ I);
第二步:利用無人機(jī)航向角、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角分別進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到此聯(lián)線在航空光電成像設(shè)備框架坐標(biāo)系中的角度(α2，β 2, γ2)；
航空光電成像設(shè)備控制框架電機(jī)隨動(dòng)此角度(α2，β2, γ 2)從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)指向地面目標(biāo)。
[0012]2)未知經(jīng)瑋度目標(biāo)的工作模式:
當(dāng)航空光電成像設(shè)備準(zhǔn)確指向地面目標(biāo)時(shí)，航空光電成像設(shè)備與地面目標(biāo)之間的連線即是航空光電成像設(shè)備的光軸。載機(jī)相對(duì)地面目標(biāo)高速飛行，導(dǎo)致地面目標(biāo)快速地從航空光電成像設(shè)備的視場(chǎng)內(nèi)穿過，這一穿越角速度可由載機(jī)飛行速度、載機(jī)姿態(tài)、航空光電成像設(shè)備的框架角、載機(jī)相對(duì)地面的高度信息通過坐標(biāo)變換而解算得到。利用此解算出的穿越角速度控制航空光電成像設(shè)備的框架反向運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)精確的“速高比補(bǔ)償”效果。此前此速高比補(bǔ)償指向目標(biāo)后，可以使目標(biāo)保持在視場(chǎng)中，從而達(dá)到延長(zhǎng)目標(biāo)在視場(chǎng)內(nèi)駐留時(shí)間的目的，為操作人員捕獲目標(biāo)、判斷和識(shí)別目標(biāo)提供了充分的時(shí)間。
[0013]此模式下，地面目標(biāo)的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)和目標(biāo)在圖像中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)未知，因此此方法經(jīng)歷兩個(gè)步驟，第一階段是自主目標(biāo)定位解算出圖像中心的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，第二階段是自主數(shù)引實(shí)現(xiàn)使目標(biāo)保持在視場(chǎng)中。
[0014]第一步:利用激光測(cè)距值、光電偵察平臺(tái)方位角、俯仰角計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)在光電偵察平臺(tái)坐標(biāo)系中坐標(biāo)(1’2，7’2，2’2);
第二步:利用無人機(jī)航向角、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角分別進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，得到目標(biāo)點(diǎn)在導(dǎo)航坐標(biāo)系中坐標(biāo)(X，y, Z )；
第三步:利用無人機(jī)衛(wèi)星導(dǎo)航信息經(jīng)度、瑋度及高度進(jìn)行坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)，得到目標(biāo)點(diǎn)在大地直角坐標(biāo)系中坐標(biāo)(X，Y，Z);
第四步:將目標(biāo)大地直角坐標(biāo)(X，Y, Z)系轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系(LI，BI, Hl)。
[0015]以下步驟與工作模式I類似。
[0016]第五步:利用目標(biāo)的大地坐標(biāo)系(LI，BI, Hl)、載機(jī)的坐標(biāo)系(L2，B2, H2)解算出目標(biāo)與載機(jī)聯(lián)線在大地坐標(biāo)系中的角度(α?，β 1，Y I);
第六步:利用無人機(jī)航向角、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角分別進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到此聯(lián)線在航空光電成像設(shè)備框架坐標(biāo)系中的角度(α2，β 2, γ2)；
航空光電成像設(shè)備控制框架電機(jī)隨動(dòng)此角度(α2，β2, γ 2)從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)指向地面目標(biāo)。
[0017]上述方法的各步驟中所涉及的未做詳細(xì)說明的具體運(yùn)算方法均為常規(guī)技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高速飛行器對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別方法，其特征在于，包括對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別裝置，該裝置包括航空光電成像設(shè)備、固定基板、慣導(dǎo)、飛控計(jì)算機(jī)，航空光電成像設(shè)備至慣導(dǎo)和飛控計(jì)算機(jī)的電纜、航空光電成像設(shè)備至飛控計(jì)算機(jī)的電纜；將航空光電成像設(shè)備通過固定基板固定在飛機(jī)上，航空光電成像設(shè)備至慣導(dǎo)和飛控計(jì)算機(jī)的電纜、航空光電成像設(shè)備至飛控計(jì)算機(jī)的電纜將航空光電成像設(shè)備、慣導(dǎo)和飛控計(jì)算機(jī)聯(lián)系在一起；航空光電成像設(shè)備實(shí)時(shí)接收慣導(dǎo)送來的姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)接收飛控計(jì)算機(jī)送來的搜索、捕獲或跟蹤指令，以及地面目標(biāo)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)和圖像坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高速飛行器對(duì)地目標(biāo)捕獲、識(shí)別方法，其特征在于，將地面目標(biāo)分為已知經(jīng)瑋度目標(biāo)和未知經(jīng)瑋度目標(biāo)兩類，對(duì)已知經(jīng)瑋度目標(biāo)采用目標(biāo)經(jīng)瑋度數(shù)引跟蹤方式；對(duì)未知經(jīng)瑋度目標(biāo)采用速高比自動(dòng)解算補(bǔ)償?shù)哪Ｊ?；利用解算出光電成像設(shè)備需要指向的方位、俯仰、橫滾姿態(tài)角，控制航空光電成像設(shè)備的框架角度隨動(dòng)于此解算值，以延長(zhǎng)指向目標(biāo)的時(shí)間，從而延長(zhǎng)了目標(biāo)駐留在視場(chǎng)中的時(shí)間，為操作人員搜索、捕獲、跟蹤、識(shí)別目標(biāo)提供了充足的時(shí)間。
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK104501802SQ201510010788
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月9日
【發(fā)明者】馬傳焱, 時(shí)荔蕙, 賈平, 王春龍, 郝博雅, 孫宇翔, 高洪興, 沈宏海 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍63961部隊(duì)