[发明专利]一种直升机森林救火林火定位方法

权利要求书

1.一种直升机森林救火林火定位方法，直升机检测到林火之后，对该林火的具体位置进行定位，其特征在于，由以下步骤组成：

步骤一：分别建立机体坐标系和大地坐标系：

(1)建立机体坐标系：以机载红外探测设备旋转中心为原点O′，以沿机体纵轴指向机头方向为X′轴正方向，以沿机体横轴指向左侧的方向为Y′轴正向，按照右手系建立机体直角坐标系O′X′Y′Z′；

(2)建立大地坐标系：以直升机t₁时刻所处的位置在地面的投影为原点O，以正北方向为X轴正向，以竖直向上方向为Z轴正向，按照右手系建立大地坐标系OXYZ；

步骤二：根据机载红外探测设备的俯仰角θ₁、方位角计算t₁时刻机载红外探测设备的红外光轴所在的直线L₁在机体坐标系O′X′Y′Z′下的方向矢量，将其变换至大地坐标系OXYZ下：

(1)计算t₁时刻直线L₁在机体坐标系O′X′Y′Z′下的方向矢量

(2)运用坐标变换的方法，计算t₁时刻直线L₁在OXYZ坐标系下的方向矢量η₁：

η₁＝[η₁₁，η₁₂，η₁₃]^T＝R₁ε₁

其中R₁＝R_r(β₁)R_p(α₁)R_h(γ₁)，γ₁、β₁、α₁分别为直升机的航向角、横滚角、俯仰角，

Rh(γ1)=cosγ1-sinγ10sinγ1cosγ10001,]]>

Rp(α1)=cosα10sinα1010-sinα10cosα1,]]>

Rr(β1)=1000cosβ1-sin0sinβ1cosβ1β1.]]>

步骤三：计算t₁时刻林火在大地坐标系OXYZ下的坐标S1：

(1)计算直线L₁在大地坐标系OXYZ下的方程：直升机在t₁时刻空中的位置为点Q1，Q1在大地坐标系下的坐标为(0，0，H₁-H₀)，则L₁的直线方程为

xη11=yη12=z-(H1-H0)η13]]>

其中，H₀为当地海拔高度，H₁为t₁时刻直升机绝对气压高度

(2)计算直线L₁与地平面OXY(z＝0)的交点，得到t₁时刻林火在大地坐标系OXYZ下的坐标(-η₁₁(H₁-H₀)/η₁₃，-η₁₂(H₁-H₀)/η₁₃，0)；

步骤四：计算t₁时刻林火的经度、纬度：

林火纬度la_p：

若直升机位于北纬位置，则

lap=la1-η11η13(H1-H0)/111000,]]>

若直升机位于南纬，则

lap=la1+η11η13(H1-H0)/111000.]]>

林火经度lo_p：

若直升机位于东经位置，则

lop=lo1+η12η13(H1-H0)/[111000cos(lap)],]]>

若直升机位于西经位置，则

lop=lo1-η12η13(H1-H0)/[111000cos(lap)].]]>

其中，lo₁与la₁分别代表直升机在t₁时刻经度和纬度，数值111000表示1纬度的距离，单位米；

步骤五：重复步骤二及步骤三，计算t₂时刻机载红外探测设备的红外光轴所在直线L₂在大地坐标系OXYZ下的直线方程：

x-x0η21=y-y0η22=z-(H2-H0)η23,]]>

其中(x₀，y₀，H₂-H₀)为t₂时刻直升机在大地坐标系OXYZ下坐标，x₀，y₀按下述方法计算：

计算x₀：

若直升机位于北纬位置，则

x0＝(la₂-la₁)/111000，

若直升机位于南纬，则

x₀＝-(la₂-la₁)/111000.

计算y₀：

若直升机位于东经位置，则

y₀＝-(lo₂-lo₁)/[111000cos(la₂)]，

若直升机位于西经位置，则

y₀＝(lo₂-lo₁)/[111000cos(la₂)].

步骤六：修正林火位置：计算L₁、L₂上距离最近的两点P₁、P₂，取P₁点的坐标(x_p，y_p，z_p)作为林火位置；修正后的林火经度、纬度如下：

修正后林火纬度la_p：

若直升机位于北纬位置，则

la_p＝la₁+x_p/111000，

若直升机位于南纬，则

la_p＝la₁-x_p/111000.

修正后林火经度lo_p：

若直升机位于东经位置，则

lo_p＝lo₁-y_p/[111000cos(la_p)]，

若直升机位于西经位置，则

lo_p＝lo₁+y_p/[111000cos(la_p)].

则林火海拔高度：z_p+H₀。

2.根据权利要求1所述的一种直升机森林救火林火定位方法，其特征在于，所述步骤六通过简单搜索步骤完成，包括以下步骤：

(1)初始化搜索步长h₀，设临时变量h＝0，临时变量d₁和d₂，d₂＝d₁＝M，M取一个很大的数，表示正无穷大；

(2)x＝x₁，y＝y₁，z＝z₁，将z₁＝h，z₂＝h代入(i)和(ii)式中，计算x1，x2，y1，y2，计算d₂＝(x₂-x₁)²+(y₂-y₁)²；

(3)若d₂＞d₁，则林火坐标为(x，y，z)，按照步骤四计算林火经度、纬度，z-H₀为林火海拔位置；若d₂≤d₁，则d₁＝d₂，h＝h+h₀，返回b)。