[发明专利]一种飞行器观察区域坐标计算方法及系统

权利要求书

1.一种飞行器观察区域坐标计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取地球高程数据，建立世界三维坐标集；

根据飞行器的定位值、偏航角、滚转角和俯仰角，构建所述飞行器的世界姿态矩阵，包括以下步骤：

S11：将所述飞行器的定位值转化为飞行器三维坐标pos(x,y,z)；所述将所述飞行器的定位值转化为飞行器三维坐标pos(x,y,z)的公式为：

x＝cos(lat/180)·sin(lon/180)·h/R

y＝-cos(lat/180)·cos(lon/180)·h/R

z＝sin(lat/180)·h/R

其中，lon为经度，lat为纬度，h为海拔，R为地球半径，x、y、z分别为飞行器三维坐标在三维坐标系x轴、y轴、z轴上的坐标值；

将向量(0,-1,0)叉乘三维坐标pos(x,y,z)，得到向量(R_x,R_y,R_z)；

将向量(0,-1,0)点乘三维坐标pos(x,y,z)，并得到向量角度θ；

S12：根据所述向量(R_x,R_y,R_z)和向量角度θ构建第二旋转矩阵Mat_rotate2；

所述第二旋转矩阵Mat_rotate2为：

其中，R_x、R_y、R_z为向量(0,-1,0)叉乘三维坐标pos(x,y,z)得到的向量(R_x,R_y,R_z)三个维度的值，θ为向量(0,-1,0)点乘三维坐标pos(x,y,z)得到的向量角度；

根据所述第二旋转矩阵Mat_rotate2、预设的移动矩阵Mat_translate和预设的第一旋转矩阵Mat_rotate1，构建转换矩阵Mat_trans；其中，转换矩阵通过下式求得：Mat_trans＝Mat_rotate2·Mat_translate·Mat_rotate1；

其中，预设的第一旋转矩阵Mat_rotate1为：

预设的移动矩阵Mat_translate为：

根据所述偏航角、滚转角和俯仰角，构建局部姿态矩阵Mat_localview；

所述局部姿态矩阵Mat_localview为：

其中，pitch为俯仰角，roll为滚转角，yaw为偏航角；

S13：根据所述转换矩阵Mat_trans和所述局部姿态矩阵Mat_localview，得到世界姿态矩阵Mat_view；根据所述转换矩阵Mat_trans和局部姿态矩阵Mat_localview得到世界姿态矩阵Mat_view的计算公式为：

Mat_view＝(Mat_trans·Mat_localview)^-1；

S2：根据剪裁矩阵、转移矩阵、所述世界姿态矩阵和所述世界三维坐标集，计算出飞行器的摄像机观察区域的三维坐标集；所述剪裁矩阵通过所述飞行器的摄像机的视野角度值、画面宽度、视锥体最近平面值、视锥体最远平面值以及画面高度构建；所述转移矩阵为四阶单位矩阵；其中，所述剪裁矩阵Mat_proj为：

其中，width为画面宽度；height为画面高度；fov为视野角度值；f为视锥体最远平面值，n为视锥体最近平面值；

所述计算出飞行器的摄像机观察区域的三维坐标集的计算公式为：

V_clip(x_c,y_c,z_c)＝Mat_proj·Mat_view·Mat_model·V_local(x_l,y_l,z_l)

其中，V_clip(x_c,y_c,z_c)为观察区域的三维坐标集，Mat_view为世界姿态矩阵，Mat_model为转移矩阵，Mat_proj为剪裁矩阵，V_local(x_l,y_l,z_l)为世界三维坐标集；

S3：将所述飞行器的摄像机观察区域的三维坐标集转换为观察区域的经度值、纬度值和海拔值。