基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统，该系统设置在机载光电吊舱内部；该测量系统具有：获得所在机载光电吊舱俯仰角θ和横滚角γ信息的动态倾角获取模块；获得所在机载光电吊舱经度Bc、纬度Lc、高度Hc和偏航角φ信息的定位模块；处理模块根据机载光电吊舱的经纬高以及地面参考点的经度Bm、纬度Lm和高度Hm，最终转化成东北天坐标系(Xwk,Ywk,Zwk)；处理模块根据机载光电吊舱获取的目标图像，获取图像中目标的像素坐标(u,v)；结合吊舱的相机的焦距f、吊舱与相机轴中心成像在海面上的距离Yc以及地面参考点的大地直角坐标系(Xck,Yck,Zck)生成的平移矩阵T1，将目标的像素坐标最终得到目标的实际经纬度和高程，完成目标的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于机载光电吊舱位置和姿态信息的目标定位系统。主要涉及专利号：G01测量；测试G01S无线电定向；无线电导航；采用无线电波测距或测速；采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测；采用其他波的类似装置G01S19/00卫星无线电信标定位系统；利用这种系统传输的信号确定位置、速度或姿态G01S19/38利用卫星无线电信标定位系统传输的信号来确定导航方案G01S19/39传输带有时间戳信息的卫星无线电信标定位系统，例如GPS[全球定位系统],GLONASS[全球导航卫星系统]或GALILEOG01S19/42确定位置。
技术介绍
随着船舶、飞机和人员在海上活动的数量、密度不断加大，通航环境日益复杂，加上全球气候异常，发生海上突发事件的概率及复杂性随之增加，使海上救助系统应急抢险救灾能力面临严峻考验。快速发现海上遇险目标、准确进行目标定位是缩短搜救时间，实施高效救助，降低遇险目标危险的首要条件。对于未知地点的海面遇险目标，国内外普遍采用搜救直升机搭载近红外/中红外/远红外或可见光成像设备组成光电吊舱系统在事故海域进行大范围快速扫描的方法进行海面遇险目标远距离搜寻。遇险目标在红外或可见光图像中往往呈现为点状或斑点状的小目标，且目标强度很低，图像信噪比相对也低，目标基本上会被背景和噪声淹没，再加上由于飞机的振动，目标的图像清晰度不高，尤其当恶劣海况下，图像模糊情况更为严重，难以对目标进行准确定位，而目标准确定位又是进行快速搜救的关键，因此，对于海面遇险目标的识别和准确定位一直是海上应急救助的研究热点。在实际应用中，为了进行海面目标定位，需通过飞机上导航设备的专用接口获取飞机载体的位置姿态信息(也即通常所说的导航信息)，然后采用软件将飞机载体的导航信息经坐标转换为光电吊舱的位置姿态信息，再结合目标的红外或可见光图像进行目标定位。经研究发现，影响目标定位精度的误差因素主要包括：光电吊舱系统的指向误差；光电吊舱系统与飞机载体导航系统之间的安装对准误差；飞机载体导航系统自身的测量误差。其中，飞机载体导航系统自身测量误差为影响定位精度的主要因素。现有的采用飞机载体导航信息进行目标定位的方法存在以下几个主要问题：导航信息来源于飞机载体，由于导航系统是专用设备，无论是接口的选配还是数据格式的获取都较为困难。由于真正与目标定位直接相关的是光电吊舱的位置姿态信息，而引入定位计算的却是飞机载体的导航信息，虽然光电吊舱是安装于飞机载体上，但两者的位置姿态信息并非同步，对位置姿态信息的实时性难以保证。另外，飞机载体的位置姿态信息的获取本身也无法做到实时，根据非实时的位置姿态信息无法计算得到准确的目标定位信息。飞机载体与光电吊舱是通过减振器相连接，减振器有效地隔离了对光电吊舱目标成像有害的大部分振动，但由于减振器为刚性或金属塑料材质，其自身特性难以获取，因此也需考虑减振器的运动特性，飞机载体的导航信息实际并不能直接等效为光电吊舱的位置姿态。正是由于存在上述三个问题，通过结合海面目标红外或可见光图像与飞机载体导航信息进行定位的方法难以达到高精度。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题的提出，而研制的一种基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统，该系统设置在机载光电吊舱内部；该测量系统具有：获得所在机载光电吊舱俯仰角θ和横滚角γ信息的动态倾角获取模块；获得所在机载光电吊舱经度Bc、纬度Lc、高度Hc和偏航角φ信息的定位模块；处理模块根据机载光电吊舱的经纬高以及地面参考点的经度Bm、纬度Lm和高度Hm，经由大地直角坐标系(Xck,Yck,Zck)，最终转化成东北天坐标系(Xwk,Ywk,Zwk)；处理模块根据机载光电吊舱获取的目标图像，获取图像中目标的像素坐标(u,v)；结合吊舱的相机的焦距f、吊舱与相机轴中心成像在海面上的距离Yc以及地面参考点的大地直角坐标系(Xck,Yck,Zck)生成的平移矩阵T1，将目标的像素坐标经由吊舱坐标系、东北天坐标系和大地直角坐标系，最终得到目标的实际经纬度和高程，完成目标的测量。作为优选的实施方式，所述的测量仪还包括：获取测量仪自身位置和姿态的陀螺仪和加速度计。作为优选的实施方式，所述的定位模块与双定位天线连接；所述的定位模块与双定位天线连接；工作时，定位模块接收处于不同位置的定位天线分别传输的定位信息，综合计算得出定位模块所处的位置信息；双定位天线接收基于GPS、格洛纳斯GLONASS、伽利略GALILEO或北斗卫星定位系统的卫星定位信息。作为优选的实施方式，所述处理模块通过下式：Xck=(N+Hc)cosBccosLcYck=(N+Hc)cosBcsinLcZck=[N(1-e2)+Hc]sinBcXmk=(N+Hm)cosBmcosLmYmk=(N+Hm)cosBmsinLmZmk=[N(1-e2)+Hm]sinBm]]>分别将机载光电吊舱的精度Bc、纬度Lc、高度Hc和地面参考点的经度Bm、纬度Lm和高度Hm转换成机载光电吊舱大地坐标(Xck,Yck,Zck)和地面参考点坐标(Xmk,Ymk,Zmk)；其中，a＝6378137(米)，e2＝0.0066943799013；B为地面参考点的纬度，L为地面参考点的经度。作为优选的实施方式，所述处理模块通过如下公式将机载光电吊舱转换成东北天坐标系下的坐标(Xwk,Ywk,Zwk)：XwkYwkZwk1=R1T101XckYckZck1]]>其中R1为旋转矩阵，T1为平移矩阵T1=-R1XmkYmkZmk]]>其中，B为地面参考点的纬度，L为地面参考点的经度。作为优选的实施方式，所述的处理模块将目标在图像中的像素坐标(u,v)结合吊舱的姿态信息，得到目标在东北天坐标下的坐标的过程如下：根据公式：xy1=dx000dy000110-u001-v0001uv1]]>将像素坐标素坐标(u,v)转换成图像物理坐标(x,y)；根据小孔成像和共线方程，结合相机焦距f、吊舱与相机光轴中心成像在海面上的距离YC，得到目标在吊舱坐标系下的坐标(XC，YC，ZC)；XCYCZC1=YC/f0000YC0-YC/f0001*xy1]]>根据光电吊舱的俯仰角θ，偏航角横滚角γ，将目标在光电吊舱坐标系下的坐标(XC，YC，ZC)转为目标在东北天坐标系下的坐标(Xw,Yw,Zw)；XwYwZw1=R′T′01XcYcZc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统，其特征在于该系统设置在机载光电吊舱内部；该定位系统具有：获得所在机载光电吊舱俯仰角θ和横滚角γ信息的动态倾角获取模块；获得所在机载光电吊舱经度Bc、纬度Lc、高度Hc和偏航角φ信息的定位模块；处理模块根据机载光电吊舱的经纬高以及地面参考点的经度Bm、纬度Lm和高度Hm，经由大地直角坐标系(Xck,Yck,Zck)，最终转化成东北天坐标系(Xwk,Ywk,Zwk)；处理模块根据机载光电吊舱获取的目标图像，获取图像中目标的像素坐标(u,v)；结合吊舱内相机的焦距f、吊舱与相机轴中心成像在海面上的距离Yc以及地面参考点的大地直角坐标系(Xck,Yck,Zck)生成的平移矩阵T1，将目标的像素坐标经由吊舱坐标系、东北天坐标系和大地直角坐标系，最终得到目标的实际经纬度和高程，完成目标的测量。

【技术特征摘要】
1.一种基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统，其特征在于该系统
设置在机载光电吊舱内部；
该定位系统具有：
获得所在机载光电吊舱俯仰角θ和横滚角γ信息的动态倾角获取模块；
获得所在机载光电吊舱经度Bc、纬度Lc、高度Hc和偏航角φ信息的定位
模块；
处理模块根据机载光电吊舱的经纬高以及地面参考点的经度Bm、纬度Lm和高度Hm，经由大地直角坐标系(Xck,Yck,Zck)，最终转化成东北天坐标系
(Xwk,Ywk,Zwk)；
处理模块根据机载光电吊舱获取的目标图像，获取图像中目标的像素坐标
(u,v)；结合吊舱内相机的焦距f、吊舱与相机轴中心成像在海面上的距离Yc以
及地面参考点的大地直角坐标系(Xck,Yck,Zck)生成的平移矩阵T1，将目标的像素
坐标经由吊舱坐标系、东北天坐标系和大地直角坐标系，最终得到目标的实际
经纬度和高程，完成目标的测量。
2.根据权利要求1所述的基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统，
其特征还在于所述的测量仪还包括：获取测量仪自身位置和姿态的陀螺仪和加
速度计。
3.根据权利要求1所述的基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统，
其特征还在于：所述的定位模块与双处于不同位置的定位天线连接；
工作时，定位模块接收处于不同位置的定位天线分别传输的定位信息，综
合计算得出定位模块所处的位置信息；
双定位天线接收基于GPS、格洛纳斯GLONASS、伽利略GALILEO或北斗
卫星定位系统的卫星定位信息。
4.根据权利要求1所述的基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统，
其特征还在于：
所述处理模块通过下式：
Xck=(N+Hc)cosBccosLcYck=(N+Hc)cosBcsinLcZck=[N(1-e2)+Hc]sinBc]]>Xmk=(N+Hm)cosBmcosLmYmk=(N+Hm)cosBmsinLmZmk=[N(1-e2)+Hm]sinBm]]>分别将机载光电吊舱的经度Bc、纬度Lc、高度Hc和地面参考点的经度Bm、
纬度Lm和高度Hm转换成机载光电吊舱大地坐标(Xck,Yck,Zck)和地面参考点坐标
(Xmk,Ymk,Zmk)；
其中，N为椭球的曲率半径，a＝6378137(米)，
e2＝0.0066943799013；
B为地面参考点的纬度，L为地面参考点的经度。
5.根据权利要求1所述的基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统，
其特征还在于所述处理模块通过如下公式将机载光电吊舱...

【专利技术属性】
技术研发人员：董丽丽，赵明，季园园，李瑛，许文海，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21