一种无人机侦查载荷三维模拟扫描区域计算方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机侦查载荷三维模拟扫描区域计算方法，包括以下步骤：（1）构建虚拟相机视椎体：根据无人机的探测波束信息，构建虚拟相机视椎体；（2）计算扫描区域边界三维世界坐标：根据当前视场边界屏幕坐标，逐步计算视场与地形的交点；（3）计算扫描区域面积：根据扫描区域边界的三维空间坐标，在对地形网格进行预处理后，计算扫描区域面积。本发明专利技术采用水平视场半角、垂直视场半角、相机方位角和相机俯仰角构建虚拟相机视椎体，能够准确模拟无人机侦查载荷；本发明专利技术巧妙利用三维渲染的逆流程计算视场边界空间坐标，能够极大地提高算法的实时性；本发明专利技术采用地形网格划分方法快速计算扫描区域，有效降低计算复杂度、提高计算效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机侦查载荷三维模拟扫描区域计算方法


[0001]本专利技术涉及计算机图形学领域，特别是一种无人机侦查载荷三维模拟扫描区域计算方法。

技术介绍

[0002]随着无人机技术的快速发展，无人机在军用、民用等多个方面展现出了强大的应用能力，发挥着越来越重要的作用。在无人机的各类使用场景中，无人机侦查载荷的扫描区域是各应用领域的基本数据要求。正确、快速地获取无人机在执行各类任务过程中的扫描区域，能够为无人摄影、地形分析等具体的无人机应用提供有效数据支撑；同时，无人机由于其“无人”的特性，其飞行效果通常采用计算机二维或三维模拟可视化进行展现，如何从计算机模拟场景中计算获得无人机扫描区域数据是无人机应用支撑的重要一环。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种无人机侦查载荷三维模拟扫描区域计算方法，用于支持无人机侦查载荷三维模拟扫描区域的计算。
[0004]技术方案：本专利技术所述的一种无人机侦查载荷三维模拟扫描区域计算方法，包括以下步骤：（1）构建虚拟相机视椎体：根据无人机的探测波束信息，构建虚拟相机视椎体；（2）计算扫描区域边界三维世界坐标：根据当前视场边界屏幕坐标，逐步计算视场与地形的交点；（3）计算扫描区域面积：根据扫描区域边界的三维空间坐标，在对地形网格进行预处理后，计算扫描区域面积。
[0005]所述步骤（1）具体为：（1.1）计算视场范围：根据无人机载荷位置，水平视场半角及垂直视场半角，计算相机在地面形成的视场范围；（1.2）调整视轴指向：根据相机方位角和俯仰角，调整相机视轴指向。
[0006]所述步骤（2）具体为：（2.1）获取视场边界屏幕坐标：通过调用系统函数来获得当前屏幕范围；（2.2）计算视场边界空间坐标：使用屏幕坐标，根据三维渲染引擎的基本绘制流程的逆流程，利用逆变换计算出视场边界空间坐标；（2.3）计算视场与地形交点：根据相机位置和视场边界空间坐标之间形成的直线，计算直线和地形交点，获得扫描区域边界的实际坐标值。
[0007]所述步骤（3）具体为：（3.1）地形网格预处理：将被扫描区域均匀划分为多个网格；（3.2）扫描区域面积计算：通过步骤（2）中计算得出的视场与地形交点，获得扫描区域覆盖的网格，进而计算所覆盖网格对应的扫描区域地形面积。
[0008]所述步骤（1.1）具体为：（1.1.1）根据右手定则建立机体坐标系；（1.1.2）根据水平视场半角及垂直视场半角计算视场范围；所述步骤（1.2）具体为：（1.2.1）采用Az
‑
El指向描述方式，调整相机俯仰角；（1.2.2）采用Az
‑
El指向描述方式，调整相机方位角。
[0009]所述步骤（2.1）具体为：（2.1.1）调用系统函数获取当前屏幕长宽；（2.1.2）根据屏幕长宽获得视场边界矩形四个顶点的屏幕坐标；所述步骤（2.2）具体为：（2.2.1）调用当前渲染引擎的底层接口，获得当前三维世界的投影变换矩阵，模型变换矩阵和视图变换矩阵；（2.2.2）求出当前三维世界的投影变换矩阵，模型变换矩阵和视图变换矩阵的逆矩阵；（2.2.3）根据三维渲染引擎的基本绘制流程的逆流程，将视场边界矩形四个顶点的屏幕坐标依次乘以投影变换矩阵，模型变换矩阵和视图变换矩阵的逆矩阵，得到视场边界矩形四个顶点的三维世界坐标；所述步骤（2.3）具体为：（2.3.1）求出视场边界矩形四个顶点的三维世界坐标和相机位置之间连成的四条直线的直线方程；（2.3.2）计算每条直线和地球的交点。
[0010]所述步骤（3.1）具体为：（3.1.1）将被扫描区域均匀划分为多个网格；（3.1.2）计算每个网格的地理面积；所述步骤（3.2）具体为：（3.2.1）在无人机侦查载荷三维模拟探测的过程中，以一定时间间隔，在每个时间点计算当前无人机的扫描区域边界三维世界坐标；（3.2.2）无人机侦查载荷三维模拟探测结束后，连接每个时间点计算所得的扫描区域边界三维世界坐标，形成一条探测带；（3.2.3）计算探测带所经过的地形网格的总面积作为扫描区域面积计算的结果。
[0011]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术采用水平视场半角、垂直视场半角、相机方位角和相机俯仰角构建虚拟相机视椎体，能够准确模拟无人机侦查载荷；2、本专利技术巧妙利用三维渲染的逆流程计算视场边界空间坐标，能够极大地提高算法的实时性；3、本专利技术采用地形网格划分方法快速计算扫描区域，有效降低计算复杂度、提高计算效率。
附图说明
[0012]图1是本方法的流程示意图；图2是虚拟相机视椎体示意图；图3是机体坐标系示意图；图4是扫描区域计算示意图；图5是地形网格划分示意图；图6是扫描带状区域示意图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0014]如图1所示，本专利技术公开了一种无人机侦查载荷三维模拟扫描区域计算方法，包括以下步骤：（1）构建虚拟相机视椎体：根据无人机的探测波束信息，构建虚拟相机视椎体；（1.1）计算视场范围：根据无人机载荷位置，水平视场半角及垂直视场半角，计算相机在地面形成的视场范围；（1.1.1）根据右手定则建立机体坐标系；根据右手定则建立机体坐标系，以无人机为坐标原点，遵循右手定则，建立机体坐标系，X轴平行于机身轴线并指向机体前方，Z轴垂直于机身并指向地球方向，初始状态下，相机面向Z轴方向，Z轴即为初始相机视轴。
[0015]（1.1.2）根据水平视场半角及垂直视场半角计算视场范围；设无人机当前距离地面高度为d，相机视场范围计算如下其中，为视场宽度，为视场长度。
[0016]（1.2）调整视轴指向：根据相机方位角和俯仰角，调整相机视轴指向；（1.2.1）采用Az
‑
El指向描述方式，调整相机俯仰角；采用Az
‑
El指向描述方式，Az(Azimuth)称为方位角，Az方位角数值的确定由用户根据实际需要设置；以X轴正方向为起始，逆时针旋转Az角度至目标相机视轴在XY平面上的投影；（1.2.2）采用Az
‑
El指向描述方式，调整相机方位角；采用Az
‑
El指向描述方式，El(Elevation)称为俯仰角，El俯仰角数值的确定由用户根据实际需要设置；以目标相机视轴在XY平面上的投影为起始，视轴向Z轴正向为正方向，旋转El角度至目标相机视轴。
[0017]（2）计算扫描区域边界三维世界坐标：根据当前视场边界屏幕坐标，逐步计算视场与地形的交点；（2.1）获取视场边界屏幕坐标：通过调用系统函数来获得当前屏幕范围；（2.1.1）调用系统函数获取当前屏幕长宽；在Windows操作系统下，调用系统函数GetSystemMetrics(SM_CXSCREEN)获得当前
屏幕横向分辨率；在Windows操作系统下，调用系统函数GetSystemMetrics(SM_CYSCREEN)获得当前屏幕纵向分辨率；（2.1.2）根据屏幕长宽获得视场边界矩形四个顶点的屏幕坐标；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机侦查载荷三维模拟扫描区域计算方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）构建虚拟相机视椎体：根据无人机的探测波束信息，构建虚拟相机视椎体；（2）计算扫描区域边界三维世界坐标：根据当前视场边界屏幕坐标，逐步计算视场与地形的交点；（3）计算扫描区域面积：根据扫描区域边界的三维空间坐标，在对地形网格进行预处理后，计算扫描区域面积。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）具体为：（1.1）计算视场范围：根据无人机载荷位置，水平视场半角及垂直视场半角，计算相机在地面形成的视场范围；（1.2）调整视轴指向：根据相机方位角和俯仰角，调整相机视轴指向。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）具体为：（2.1）获取视场边界屏幕坐标：通过调用系统函数来获得当前屏幕范围；（2.2）计算视场边界空间坐标：使用屏幕坐标，根据三维渲染引擎的基本绘制流程的逆流程，利用逆变换计算出视场边界空间坐标；（2.3）计算视场与地形交点：根据相机位置和视场边界空间坐标之间形成的直线，计算直线和地形交点，获得扫描区域边界的实际坐标值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）具体为：（3.1）地形网格预处理：将被扫描区域均匀划分为多个网格；（3.2）扫描区域面积计算：通过步骤（2）中计算得出的视场与地形交点，获得扫描区域覆盖的网格，进而计算所覆盖网格对应的扫描区域地形面积。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（1.1）具体为：（1.1.1）根据右手定则建立机体坐标系；（1.1.2）根据水平视场半角及垂直视场半角计算视场范围；所述步骤（1.2）具体为：（1.2....

【专利技术属性】
技术研发人员：张晔嘉，张昕，王立峰，刘佩，戴高乐，姜梦蝶，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：