基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，包括：将目标模型置于目标转台上，建立共原点的系统整体坐标系和目标模型体坐标系，并使所述原点与目标转台的回转中心重合；以系统整体坐标系作为参考系，基于目标模型体坐标系以刚体姿态旋转矩阵描述欲模拟的目标姿态；求解刚体姿态旋转矩阵获得目标姿态相对于系统整体坐标系坐标轴描述的欧拉角；通过目标转台的转动使目标模型所在的目标模型体坐标系与系统整体坐标系相应坐标轴之间的夹角满足所述欧拉角，实现目标姿态模拟。本发明专利技术方法通过建立合理的坐标系，结合目标转台，实现了目标模型的大双站角空间姿态模拟。

【技术实现步骤摘要】
基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法
本专利技术涉及目标姿态模拟
，尤其涉及一种基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法。
技术介绍
现有对目标的地面模拟测量中，模拟的目标双站角度范围为辐射源照射的高低角范围，这不但使模拟的目标双站角度范围有限，其角度解算方法也十分复杂，因此无法满足大双站角模拟测量的需求。因此，针对以上不足，需要提供一种双站角度不受辐射源高低角限制的目标姿态模拟方法，能够满足覆盖大双站角范围的模拟需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有目标姿态模拟技术中，模拟的目标双站角度范围受限于辐射源照射的高低角范围，并且姿态角度解算过程复杂的缺陷，提供一种基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，所述模拟方法基于目标转台实现，所述模拟方法包括：将目标模型置于目标转台上，建立共原点的系统整体坐标系和目标模型体坐标系，并使所述原点与目标转台的回转中心重合；以系统整体坐标系作为参考系，基于目标模型体坐标系以刚体姿态旋转矩阵描述欲模拟的目标姿态；求解刚体姿态旋转矩阵获得目标姿态相对于系统整体坐标系坐标轴描述的欧拉角；通过目标转台的转动使目标模型所在的目标模型体坐标系与系统整体坐标系相应坐标轴之间的夹角满足所述欧拉角，实现目标姿态模拟。在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，所述目标转台包括方位旋转机构、俯仰机构和自转机构，方位旋转机构用于实现水平方向的旋转；俯仰机构设置于方位旋转机构上表面，俯仰机构的底座上表面具有圆弧运动轨道，圆弧运动轨道上设置圆弧运动小车，圆弧运动小车一端通过滑动机构连接圆弧运动轨道，另一端连接自转机构，自转机构通过支撑杆支撑目标模型，用于实现目标模型的自转。在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，所述系统整体坐标系O-XYZ的原点O和目标模型体坐标系O1-X1Y1Z1的原点O1重合，系统整体坐标系O-XYZ中的Z轴沿目标转台方位旋转机构的中心竖直向上；目标转台在初始位置时，方位旋转机构和自转机构的回转轴线均与Z轴重合；圆弧运动小车的上表面圆弧和下表面圆弧的回转轴线与X轴重合；Y轴根据X轴和Z轴的指向按右手法则确定；目标模型体坐标系O1-X1Y1Z1的原点O1设置在目标模型的重心上，X1轴为目标模型的纵轴或滚转轴；目标模型水平放置时，Z1轴竖直向上，Y1轴的指向根据X1轴和Z1轴的指向按右手法则确定；设定N为XOY平面与X1O1Y1平面的交线，则欧拉角α[-π，π]为X轴与交线N的夹角，欧拉角β[0，π]为Z轴与Z1轴的夹角，欧拉角γ[-π，π]为交线N与X1轴的夹角。在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，所述通过目标转台的转动使目标模型所在的目标模型体坐标系与系统整体坐标系相应坐标轴之间的夹角满足所述欧拉角，实现目标姿态模拟的方法包括：使目标模型在目标转台的带动下依次绕目标模型体坐标系O1-X1Y1Z1的Z1、X1、Z1轴分别做角度为α、β、γ的旋转；或者使目标模型在目标转台的带动下依次绕系统整体坐标系O-XYZ的Z、X、Z轴分别做角度为γ、β、α的旋转。在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，所述刚体姿态旋转矩阵R为：R＝rot(Z，γ)rot(X，β)rot(Z，α)，即：式中s代表sin，c代表cos；若刚体姿态矩阵A为：则三个欧拉角为：式中ax为sαsβ，ay为-cαsβ，az为cβ，ox为-cαsγ-sαcβcγ，oy为-sαsγ+cαcβcγ，oz为sβcγ，nx为cαcγ-sαcβsγ，ny为sαcγ+cαcβsγ，nz为sβsγ；atan2为四象限反正切函数。在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，所述目标转台自转机构的支撑杆转角θ1[-180°，180°]，俯仰机构的转角θ2[0，96°]，方位旋转机构的转角θ3[-180°，180°]；其中θ2为支撑杆与竖直方向的夹角。在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，所述模拟方法中还包括辐射源和探测器，设定辐射源和探测器处于XOY平面上，辐射源位于X轴的正半轴上，探测器可绕Z轴转动，探测器转动角度为θ4[-π，π]，θ4为辐射源和探测器之间的夹角。在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，设定辐射源的照射线矢量为P1(1，0，0)，照射方位角为照射俯仰角为探测器的探测线矢量为P2(cosθ4，sinθ4，0)，探测方位角为探测俯仰角为照射线矢量和探测线矢量的方位角和俯仰角的定义方式相同，以照射线矢量为例：以P代表照射线矢量，则P在X1O1Y1平面内的投影P’与X1轴正向的夹角为照射方位角P与X1O1Y1平面的夹角为照射俯仰角与Z1轴正方向重合时与Z1轴负方向重合时在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，将刚体姿态矩阵A转化为目标转台三个运动机构各自运动的复合：则自转机构的变换矩阵A1为：俯仰机构的变换矩阵A2为：方位旋转机构的变换矩阵A3为：所述刚体姿态矩阵A为：在根据本专利技术所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，所述目标姿态模拟中，目标模型的照射角和探测角范围为：照射方位角照射俯仰角探测方位角探测俯仰角实施本专利技术的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，具有以下有益效果：本专利技术方法解决了现有姿态模拟中目标模型双站角模拟范围不足的问题，通过建立合理的坐标系，结合目标转台，实现了目标模型的大双站角空间姿态模拟。结合欧拉角(α，β，γ)描述的目标姿态范围可实现，α＝[-180°,180°]，β＝[0,90°]，γ＝[-180°,180°]的目标姿态模拟。附图说明图1为根据本专利技术的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法中，系统整体坐标系和目标模型体坐标系的示例性构建示意图；图2为目标转台的示例性示意图；图3为结合目标模型构建目标模型体坐标系的示例性示意图；图4为基于系统整体坐标系的辐射源和探测器之间的夹角示意图；图5为在目标模型体坐标系中，辐射源的照射方位角与照射俯仰角的示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，所述模拟方法基于目标转台实现，所述模拟方法包括：将目标模型置于目标转台上，建立共原点的系统整体坐标系和目标模型体坐标系，并使所述原点与目标转台的回转中心重合；以系统整体坐标系作为参考系，基于目标模型体坐标系以刚体姿态旋转矩阵描述欲模拟的目标姿态；求解刚体姿态旋转矩阵获得目标姿态相对于系统整体坐标系坐标轴描述的欧拉角；通过目标转台的转动使目标模型所在的目标模型体坐标系与系统整体坐标系相应坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，其特征在于，所述模拟方法基于目标转台实现，所述模拟方法包括：将目标模型置于目标转台上，建立共原点的系统整体坐标系和目标模型体坐标系，并使所述原点与目标转台的回转中心重合；以系统整体坐标系作为参考系，基于目标模型体坐标系以刚体姿态旋转矩阵描述欲模拟的目标姿态；求解刚体姿态旋转矩阵获得目标姿态相对于系统整体坐标系坐标轴描述的欧拉角；通过目标转台的转动使目标模型所在的目标模型体坐标系与系统整体坐标系相应坐标轴之间的夹角满足所述欧拉角，实现目标姿态模拟。

【技术特征摘要】
1.一种基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，其特征在于，所述模拟方法基于目标转台实现，所述模拟方法包括：将目标模型置于目标转台上，建立共原点的系统整体坐标系和目标模型体坐标系，并使所述原点与目标转台的回转中心重合；以系统整体坐标系作为参考系，基于目标模型体坐标系以刚体姿态旋转矩阵描述欲模拟的目标姿态；求解刚体姿态旋转矩阵获得目标姿态相对于系统整体坐标系坐标轴描述的欧拉角；通过目标转台的转动使目标模型所在的目标模型体坐标系与系统整体坐标系相应坐标轴之间的夹角满足所述欧拉角，实现目标姿态模拟。2.根据权利要求1所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，其特征在于：所述目标转台包括方位旋转机构(1)、俯仰机构(2)和自转机构(3)，方位旋转机构(1)用于实现水平方向的旋转；俯仰机构(2)设置于方位旋转机构(1)上表面，俯仰机构(2)的底座(2-1)上表面具有圆弧运动轨道(2-2)，圆弧运动轨道(2-2)上设置圆弧运动小车(2-3)，圆弧运动小车(2-3)一端通过滑动机构连接圆弧运动轨道(2-2)，另一端连接自转机构(3)，自转机构(3)通过支撑杆(3-1)支撑目标模型，用于实现目标模型的自转。3.根据权利要求2所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，其特征在于：所述系统整体坐标系O-XYZ的原点O和目标模型体坐标系O1-X1Y1Z1的原点O1重合，系统整体坐标系O-XYZ中的Z轴沿目标转台方位旋转机构(1)的中心竖直向上；目标转台在初始位置时，方位旋转机构(1)和自转机构(3)的回转轴线均与Z轴重合；圆弧运动小车(2-3)的上表面圆弧和下表面圆弧的回转轴线与X轴重合；Y轴根据X轴和Z轴的指向按右手法则确定；目标模型体坐标系O1-X1Y1Z1的原点O1设置在目标模型的重心上，X1轴为目标模型的纵轴或滚转轴；目标模型水平放置时，Z1轴竖直向上，Y1轴的指向根据X1轴和Z1轴的指向按右手法则确定；设定N为XOY平面与X1O1Y1平面的交线，则欧拉角α[-π，π]为X轴与交线N的夹角，欧拉角β[0，π]为Z轴与Z1轴的夹角，欧拉角γ[-π，π]为交线N与X1轴的夹角。4.根据权利要求3所述的基于角度耦合解算的大双站角覆盖目标姿态模拟方法，其特征在于：所述通过目标转台的转动使目标模型所在的目标模型体坐标系与系统整体坐标系相应坐标轴之间的夹角满足所述欧拉角，实现目标姿态模拟的方法包括：使目标模型在目标转台的带动下依次绕目标模型体坐标系O1-X1Y1Z1的Z1、X1、Z1轴分别做角度为α、β、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，范小礼，苏必达，邓蓉，刘畅，韩放，周志远，周健，王亚运，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11