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[發明專利]適用于機載光電觀瞄系統多次觀察的目標定位方法有效

專利信息
申請號: 202010230494.8 申請日: 2020-03-27
公開(公告)號: CN111366148B 公開(公告)日: 2022-11-22
發明(設計)人: 王冠;王惠林;劉棟;程剛;騫琨;賀劍;沈宇;齊媛;高瑜;李濤 申請(專利權)人: 西安應用光學研究所
主分類號: G01C21/00 分類號: G01C21/00
代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011 代理人: 周恒
地址: 710065 陜西*** 國省代碼: 陜西;61
權利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關鍵詞: 適用于 機載 光電 系統 多次 觀察 目標 定位 方法
【權利要求書】:

1.一種適用于機載光電觀瞄系統多次觀察的目標定位方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:

步驟1:建立地心坐標系e、地理坐標系g、光電平臺坐標系b、瞄線坐標系s、瞄線俯仰零位坐標系s’;

步驟2:實時采集當前測距點數據組其中:αP、βP、γP分別為在光電平臺坐標系b下,位置和姿態測量單元輸出的當前測距點載機俯仰角、橫滾角和航向角;λP、LP、hP分別為在地心坐標系下,位置和姿態測量單元輸出的當前測距點載機經度、緯度和高度信息;分別為在瞄線坐標系s下,機載光電觀瞄系統在當前測距點輸出的目標瞄線俯仰角和橫滾角;R為機載光電觀瞄系統在當前測距點輸出的目標至光電觀瞄系統的激光測距值;

步驟3:采用以下公式計算瞄線坐標系到瞄線俯仰零位坐標系的轉換矩陣瞄線俯仰零位坐標系到光電平臺坐標系的轉換矩陣光電平臺坐標系到地理坐標系的轉換矩陣和地理坐標系到地心坐標系的變換矩陣

上式中,為校靶測量所得俯仰軸與橫滾軸的非正交誤差角;θAZ、θEL分別為校靶測量所得橫滾框架零位與光電平臺的俯仰向安裝誤差角和方位向安裝誤差角;

步驟4:采用以下公式計算目標T在地心坐標系下的坐標并將其作為首次卡爾曼濾波的中間參數:

其中:

上式中,為載機P在地心坐標系下的坐標,為目標T在瞄線坐標系下的坐標;RN為機載光電觀瞄系統所在點的地理垂線與WGS-84參考旋轉橢球體交點處的主曲率半徑,Re為WGS-84參考旋轉橢球體的半長軸,e為WGS-84參考旋轉橢球體的扁率,e=1/298.257;

步驟5:采用以下公式計算激光測距值的估計值和瞄線坐標系下目標瞄線俯仰角的估計值

上式中,分別為利用步驟2采集的當前時刻數據組數據計算所得的各旋轉矩陣和載機P在地心坐標系下的坐標,為當前時刻采用的目標T在地心坐標系下的坐標;為目標T在瞄線俯仰零位坐標系s’下的估算值,xPT、yPT、zPT分別為向量的坐標值;

步驟6:采用以下公式定義卡爾曼濾波測量狀態方程,選取地面點目標在地球直角坐標系下的位置誤差作為狀態變量,則對于地面點靜止目標,其狀態方程可表示為:

Xk=Φk/k-1Xk-1k-1Wk-1

其中:

Φk/k-1=I3×3,Γk-1=ΔtI3×3

上式中,Xk、Xk-1分別為tk和tk-1時刻的目標點在地心坐標系下的位置誤差;Δt為tk和tk-1時刻的時間差,即濾波周期;Φk/k-1為tk-1時刻至tk時刻的一步轉移陣;Γk-1為系統噪聲驅動陣;Wk-1為系統激勵噪聲序列,其方差用Qk表示;

步驟7:采用以下公式定義卡爾曼濾波測量等式:

上式中,分別為步驟2采集的tk時刻數據組數據,分別為步驟5求取的tk時刻估計值;Zk為tk時刻求取的卡爾曼濾波測量輸出值;

步驟8:采用以下公式定義如下變量M1、M2、M3、M4,并利用步驟2采集的當前時刻數據組數據計算結果:

其中:

步驟9:采用以下公式對步驟7進行泰勒級數展開,并去掉高此項:

其中:

Gk=[G1 G2 G3 G4]T

G1=H1M1,G4=I2×2

上式中,Hk為量測陣;Gk為量測噪聲驅動陣;Vk為量測噪聲序列,其方差陣用Rk表示;ΔαP、ΔβP、ΔγP分別為位置和姿態測量單元輸出的俯仰誤差角、橫滾誤差角和航向誤差角;ΔλP、ΔLP、ΔhP分別為位置和姿態測量單元輸出的經度誤差、緯度誤差和高度誤差;分別為目標瞄線俯仰誤差角和橫滾誤差角;ΔR為激光測距誤差值;

步驟10:采用以下公式對狀態變量進行遞推估計:

Xk/k-1=Φk/k-1Xk-1

Pk=(I-KkHk)Pk/k-1

Xk=Xk/k-1+Kk(Zk-HkXk/k-1)

上式中,Xk/k-1為狀態一步預測值;Xk為tk時刻的狀態估計值;Xk-1為tk-1時刻的狀態估計值;Kk為卡爾曼濾波增益;Pk/k-1為一步預測均方誤差;Pk為估計均方誤差;

步驟11:采用以下公式對目標T在地心坐標系下的坐標進行更新:

上式中,分別為tk+1時刻、tk時刻目標T在地心坐標系下的坐標估計值;

其中,所述瞄線坐標系s:用o-xsyszs表示,原點o位于光電平臺回轉中心,xs軸沿光電平臺俯仰機構轉軸向前,zs軸沿瞄線軸向上,ys軸與xs軸和zs軸構成右手坐標系;

所述瞄線俯仰零位坐標系s’:用o-xs’ys’zs’表示,原點o位于光電平臺回轉中心,ys’軸沿光電平臺俯仰機構轉軸向前,zs’軸垂直于光電平臺俯仰機構轉軸和橫滾機構轉軸所在平面向上,xs’軸與ys’軸和zs’軸構成右手坐標系。

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