[发明专利]一种适用于海面目标的机载光电高精度无源定位方法

摘要

本发明公开一种适用于海面目标的机载光电高精度无源定位方法，涉及机载光电无源探测与定位技术领域。本方法由八个步骤组成，步骤一，对传感器测量得到的参数初始化；步骤二，计算海面目标方位角和海面目标俯仰角；步骤三，计算海面目标在载机机体坐标系下的坐标系数矢量(XA',YA',ZA')；步骤四，计算海面目标在东北天坐标系下的坐标系数矢量(Cx1,Cy1,Cz1)；步骤五，计算载机质心在海面的投影点在地心直角坐标系下的坐标(XP,YP,ZP)；步骤六，计算海面目标到光电吊舱之间的距离；步骤七，计算海面目标在地心直角坐标系下的坐标(Xd,Yd,Zd)；步骤八，计算海面目标的大地坐标。通过以上八个步骤实现了机载光电对海面目标的高精度无源定位技术。

主权项

1.一种适用于海面目标的机载光电高精度无源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1，通过机上的惯性导航设备和光电设备获得目标定位所需的下列参数：载机经度L、载机纬度B、载机高度H、载机真航向θ、载机俯仰角ε、载机横滚角γ、光电吊舱瞄准线方位角T_x、光电吊舱瞄准线俯仰角T_y、目标水平像素偏差σ_x、目标垂直像素偏差σ_y、视频图像水平分辨率R_x、视频图像垂直分辨率R_y、视频图像水平视场角V_x、视频图像垂直视场角V_y；/n步骤2，根据公式/nβ＝(V_x/R_x)*σ_x+T_x/nα＝(V_y/R_y)*σ_y+T_y/n计算海面目标俯仰角α和海面目标方位角β，其中α为当海面目标出现在光电视频图像正中心时，光电伺服输出的俯仰角，β为当海面目标出现在光电视频图像正中心时，光电伺服输出的方位角；/n步骤3，根据公式/nX_A'＝cosαsinβ/nY_A'＝cosαcosβ/nZ_A'＝sinα/n计算海面目标在载机机体坐标系(O_A-X_AY_AZ_A)下的坐标系数矢量(X_A',Y_A',Z_A')，其中载机机体坐标系的坐标原点在载机质心O_A，X_A轴指向载机右翼，向右为正，Y_A轴指向载机机头，向前为正，Z_A轴和X_A轴、Y_A轴成右手直角坐标系；/n步骤4，根据公式/nC_x1＝(cosθcosγ+sinθsinεsinγ)*X_A'+(sinθcosε)*Y_A'+(cosθsinγ-sinθsinεcosγ)*Z_A'/nC_y1＝(-sinθcosγ+cosθsinεsinγ)*X_A'+(cosθcosε)*Y_A'+(-sinθsinγ-cosθsinεcosγ)*Z_A'/nC_z1＝(-cosεsinγ)*X_A'+(sinε)*Y_A'+(cosεcosγ)*Z_A'/n计算海面目标在东北天坐标系(O_A-X_MY_MZ_M)下的坐标系数矢量(C_x1,C_y1,C_z1)，其中载机东北天坐标系的坐标原点在载机质心O_A，X_M轴指向正东，向东为正，Y_M轴指向正北，向北为正，Z_M轴和X_M轴Y_M轴成右手直角坐标系；/n步骤5，根据公式/n /n /n /n计算载机质心在海面的投影点在地心直角坐标系下的坐标，其中a为地球椭球面的长半轴，b为地球椭球面的短半轴，e为地球第一偏心率，N为卯酉圈曲率半径；/n步骤6，采用以下过程计算海面目标到光电吊舱之间的距离R：/n建立海面目标在地心直角坐标系下的坐标(X_d,Y_d,Z_d)满足的地球椭球体方程/n /n根据步骤4已得出海面目标在东北天坐标系下的坐标系数矢量(C_x1,C_y1,C_z1)，可以记目标在东北天坐标系下的坐标为(C_x1*R,C_y1*R,C_z1*R)；将目标在东北天坐标系下的坐标通过平移、旋转、再平移至地心直角坐标系下，满足以下关系：/n /n求解式(1)和式(2)联立所得的四元二次方程，未知数是X_d、Y_d、Z_d和R，过程如下：/n首先，已在步骤4求得参数C_x1、C_y1、C_z1和步骤5求得参数X_P、Y_P、Z_P，先计算参数C_x2、D_x2、C_y2、D_y2、C_z2、D_z2；/nC_x2＝-sinL*C_x1-cosL*sinB*C_y1+cosL*cosB*C_z1/nD_x2＝X_P+cosL*cosB*H/nC_y2＝cosL*C_x1-sinL*sinB*C_y1+sinL*cosB*C_z1/nD_y2＝Y_P+sinL*cosB*H/nC_z2＝cosB*C_y1+sinB*C_z1/nD_z2＝Z_P+sinB*H/n然后，计算参数C_a、C_b、C_c、D_eta；/nC_a＝(C_x2*C_x2+C_y2*C_y2)/(a*a)+(C_z2*C_z2)/(b*b)/nC_b＝(2*C_x2*D_x2+2*C_y2*D_y2)/(a*a)+(2*C_z2*D_z2)/(b*b)/nC_c＝(D_x2*D_x2+D_y2*D_y2)/(a*a)+(D_z2*D_z2)/(b*b)-1/nD_eta＝C_b*C_b-4*C_a*C_c/n最后，计算海面目标到光电吊舱之间的距离R；/n /n /nR＝min(R₁,R₂)/n当D_eta＞＝0时，可求得海面目标到光电吊舱之间的距离R，转入步骤7；当D_eta＜0时，无法求得海面目标到光电吊舱之间的距离R，无解，算法结束；/n步骤7，根据公式/n /n计算海面目标在地心直角坐标系(O_d-X_dY_dZ_d)下的坐标(X_d,Y_d,Z_d)；其中地心直角坐标系的坐标原点O_d在地球质心，X_d轴为格林尼治子午面与地球赤道平面的交线，向外为正；Z_d轴与参考椭球体旋转轴重合，向上为正；Y_d轴在赤道平面内，并与X_d轴Z_d轴成右手直角坐标系；/n步骤8，根据公式/n /nη＝arctan(a*Z_d/b*P)/n /n /n /n /n /nL'＝arctan Y_d/X_d/n计算海面目标的大地坐标(L',B',H')，其中L'为目标经度，B'为目标纬度，H'为目标高度。/n