[发明专利]一种基于高程圈的雷达包络体融合方法

摘要

本发明公开了一种基于高程圈的雷达包络体融合方法，包括如下步骤：步骤1，由雷达包络体内插出指定高程的高程圈；步骤2，对高程圈进行加密，确保相邻点之间的距离小于给定阈值；步骤3，对不属于同一包络体的高程圈进行求交，如果它们之间的最近距离小于给定阈值，则判定它们相交，记录交点信息；步骤4，利用交点信息将高程圈分割为正序高程段，并生成逆序高程段；步骤5，将所有高程段连接为子高程圈；步骤6，判断子高程圈中的求并或求交结果，求并结果即为包络体融合结果。

主权项

1.一种基于高程圈的雷达包络体求并融合和求交方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，由雷达包络体内插出指定高程的高程圈；/n步骤2，对高程圈进行加密，确保相邻点之间的距离小于给定阈值；/n步骤3，对不属于同一包络体的高程圈进行求交，如果它们之间的最近距离小于给定阈值，则判定它们相交，记录交点信息；/n步骤4，利用交点信息将高程圈分割为正序高程段，并生成逆序高程段；/n步骤5，将所有高程段连接为子高程圈；/n步骤6，判断子高程圈中的求并或求交结果，求并结果即为包络体融合结果；/n步骤1包括：/n步骤1-1，假设雷达包络体由不重叠的三角形无缝覆盖，三角形集合为S_t，设高程圈高程为H_T，在S_t中进行遍历，寻找满足如下条件(1)的三角形：/n条件(1)：H_m≥H_T且H_n≤H_T，其中m∈{0，1，2}，n∈{0，1，2}且m≠n，/n其中，H₀，H₁和H₂分别为三角形三个顶点的高程，设三角形ΔV_aV_bV_c满足上述条件(1)，V_a、V_b、V_c分别为三角形的三个顶点，对应的高程分别为H_a，H_b和H_c，在三条边V_aV_b，V_bV_c和V_cV_a中，如果满足如下条件(2)：/n条件(2)：H_T∈[min(H_a，H_b)，max(H_a，H_b)]，/n则V_aV_b所跨越的高程范围包括了H_T，在V_aV_b上内插出一个高程为H_T的点，其中min和max分别为求取最小值的函数和求取最大值的函数；/n步骤1-2，如果一个三角形有边的高程范围跨越了H_T，则符合条件(2)的边的数目为2，将三角形ΔV_aV_bV_c内插出的两个点先后加入高程圈的结点序列L，并将三角形ΔV_aV_bV_c标记为已使用；/n步骤1-3，查找与序列L内第二点所在边相邻的三角形Δ₂，内插出除序列L内第二点之外的另一个点，加入序列L，将Δ₂标记为已使用；/n步骤1-4，查找与序列L内第三点所在边相邻的三角形Δ₃，继续内插，至内插出的点与序列L内的第一点重合，将序列L内的点按顺序用线段相连，得到一个闭合首尾重叠的高程圈，设L中共有W+1个点；/n步骤1-4中所述高程圈满足右手坐标系定义：当右手大拇指方向沿着高程圈中心的局部法向量时，高程圈的方向与其余四指的延伸方向相同，如果得到的高程圈不满足该法则，则将其上的点逆序存储；/n步骤2包括：/n步骤2-1，假设序列L中的第k个点为P_k，k≥0且k＜W，第k+1个点为P_k+1，需要将线段P_kP_k+1加密到相邻点的距离小于等于阈值D，则先将P_kP_k+1均分为N+1块，内插出N个点，其中：/nN＝Int(|P_kP_k+1|/D)+1，/nInt为取整的函数；/n步骤2-2，根据如下公式线性内插出一个位于P_kP_k+1上的点P′：/nP′＝P_k+i(P_k+1-P_k)/(N+1)，i∈{1，2，…，N}/n计算P′对应的地理坐标其中λ为经度，为纬度，H′为高程，将H′替换为H_T，计算对应的第i个点的地心坐标P′_i，k+i/(N+1)被定义为P′_i的相对位置参数，P_k的相对位置参数为k，P_k+1的相对位置参数为k+1，最终得到N个新内插出的点，即P′₁，P′₂，…，P′_N和它们的相对位置参数；/n步骤2-3，对序列L中的所有相邻两个点进行步骤2-1和2-2的处理，将所有内插出的点加入序列L，对L中的点，按照它们的相对位置参数从小到大进行排序，形成新的序列L；/n步骤3包括：/n步骤3-1，设有两个不属于同一包络体的闭合高程圈L₀和L₁，设L₀上第j个点A的坐标为(x₁，y₁，z₁)，第j+1个点B的坐标为(x₂，y₂，z₂)，E是AB上一点，则E的坐标(x，y，z)为：/n /n其中s为AB的参数方程的参数，表明E在AB上的相对位置，设L₁上第m个点C的坐标为(x₃，y₃，z₃)，第m+1个点D的坐标为(x₄，y₄，z₄)，F是CD上一点，则F的坐标(u，v，w)为：/n /n其中t为CD的参数方程的参数，表明F在CD上的相对位置，E和F的欧几里得距离d为：/n /n步骤3-2，将公式(1)和(2)代入(3)，对d求极限计算其最小值d_min，d_min对应的s设为s_min，d_min对应的t设为t_min，则：/n /n /n其中，/nP＝(x₂-x₁)²+(y₂-y₁)²+(z₁-z₁)²，/n5＝(x₄-x₃)²+(y₄-y₃)²+(z₄-z₃)²，/nQ＝(x₂-x₁)(x₄-x₃)+(y₂-y₁)(y₄-y₃)+(z₂-z₁)(z₄-z₃)，/nR＝(x₁-x₂)(x₁-x₃)+(y₁-y₂)(y₁-y₃)+(z₁-z₂)(z₁-z₃)，/nT＝(x₁-x₃)(x₄-x₃)+(y₁-y₃)(y₄-y₃)+(z₁-z₃)(z₄-z₃)；/n步骤3-3，将s_min代入公式(1)，设得到的E点为E_min，将t_min代入公式(2)，设得到的F点为F_min，如果s_min满足：/ns_min∈[0，1]， (4)/n则表示E_min落在AB内部；/n如果t_min满足：/nt_min∈[0，1]， (5)/n则表示F_min落在CD内部，将s_min和t_min代入公式(3)，计算出d_min；/n步骤3-4，如果公式(4)和(5)成立，且：/nd_min≤δ，/n则判定AB和CD相交，其中，δ为距离阈值，取E_min和F_min的平均值P_inter作为AB和CD的交点：/nP_inter＝(E_min+F_min)/2，/n对于L₀来说，P_inter的相对位置参数为|AP_inter|/|AB|+j；对于L₁来说，P_inter的相对位置参数为|CP_inter|/|CD|+m；/n步骤3-5，根据步骤3-1～步骤3-4的方法计算得到所有的交点信息；/n步骤3-6，对每条高程圈，将其与其它高程圈的所有交点加入点序列L，对L中的点按照相对位置参数从小到大进行排序；/n步骤4包括：/n利用起点终点和交点，将步骤3得到的高程圈分割成不重叠且无缝覆盖的高程段：设高程圈点序列L中共有M+2个点，点分别为P₀，P₁，…，P_M，P_M+1，其中P_M+1＝P₀，表示首尾重叠，定义一个高程段G上的点为P″_m，P_u，P_u+1，…，P_u+n，P″_m+1，它们的相对位置参数逐步增大，其中P_u，P_u+1，…，P_u+n均为步骤2-3得到的L中的连续的点；P″_m为P₀或相对位置参数小于P_u的交点中，相对位置参数最大的点；P″_m+1为P_M+1或相对位置参数大于P_u+n的交点中，相对位置参数最小的点；/n设一高程圈被分为G₀，G₁，…，G_K共K+1个高程段，称为正序高程段，G_K表示第K个高程段，将K+1个高程段逆序存储，生成G′₀，G′₁，…，G′_K共K+1个逆序高程段，G′_K表示第K个逆序高程段，对每个高程段，记录其所在的高程圈的编号，将上述共2K+2个高程段加入高程段序列S；/n如果一个高程圈和其它高程圈没有交点，则分割该高程圈得到高程段即为步骤2-3得到的L表达的闭合高程圈，否则，高程段不闭合。/n