[發明專利]一種適用于海面目標的機載光電高精度無源定位方法

有效

• 申請號: 201910786136.2
• 申請日: 2019-08-24
• 公開（公告）號: CN110487266B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 潘文卿;陶忠;安學智;謝歡;高強;騫琨;章文娟;于周鋒;賈子慶;段曉韜;舒營恩;宋慧娟;贠平平;穆朝義;海云波
• 申請（專利權）人: 西安應用光學研究所
• 主分類號: G01C21/06
• 分類號: G01C21/06;G01C21/16
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

1.一種適用于海面目標的機載光電高精度無源定位方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1，通過機上的慣性導航設備和光電設備獲得目標定位所需的下列參數：載機經度L、載機緯度B、載機高度H、載機真航向θ、載機俯仰角ε、載機橫滾角γ、光電吊艙瞄準線方位角T_x、光電吊艙瞄準線俯仰角T_y、目標水平像素偏差σ_x、目標垂直像素偏差σ_y、視頻圖像水平分辨率R_x、視頻圖像垂直分辨率R_y、視頻圖像水平視場角V_x、視頻圖像垂直視場角V_y；

步驟2，根據公式

β＝(V_x/R_x)*σ_x+T_x

α＝(V_y/R_y)*σ_y+T_y

計算海面目標俯仰角α和海面目標方位角β，其中α為當海面目標出現在光電視頻圖像正中心時，光電伺服輸出的俯仰角，β為當海面目標出現在光電視頻圖像正中心時，光電伺服輸出的方位角；

步驟3，根據公式

X_A'＝cosαsinβ

Y_A'＝cosαcosβ

Z_A'＝sinα

計算海面目標在載機機體坐標系(O_A-X_AY_AZ_A)下的坐標系數矢量(X_A',Y_A',Z_A')，其中載機機體坐標系的坐標原點在載機質心O_A，X_A軸指向載機右翼，向右為正，Y_A軸指向載機機頭，向前為正，Z_A軸和X_A軸、Y_A軸成右手直角坐標系；

步驟4，根據公式

C_x1＝(cosθcosγ+sinθsinεsinγ)*X_A'+(sinθcosε)*Y_A'+(cosθsinγ-sinθsinεcosγ)*Z_A'

C_y1＝(-sinθcosγ+cosθsinεsinγ)*X_A'+(cosθcosε)*Y_A'+(-sinθsinγ-cosθsinεcosγ)*Z_A'

C_z1＝(-cosεsinγ)*X_A'+(sinε)*Y_A'+(cosεcosγ)*Z_A'

計算海面目標在東北天坐標系(O_A-X_MY_MZ_M)下的坐標系數矢量(C_x1,C_y1,C_z1)，其中載機東北天坐標系的坐標原點在載機質心O_A，X_M軸指向正東，向東為正，Y_M軸指向正北，向北為正，Z_M軸和X_M軸Y_M軸成右手直角坐標系；

步驟5，根據公式

計算載機質心在海面的投影點在地心直角坐標系下的坐標，其中a為地球橢球面的長半軸，b為地球橢球面的短半軸，e為地球第一偏心率，N為卯酉圈曲率半徑；

步驟6，采用以下過程計算海面目標到光電吊艙之間的距離R：

建立海面目標在地心直角坐標系下的坐標(X_d,Y_d,Z_d)滿足的地球橢球體方程

根據步驟4已得出海面目標在東北天坐標系下的坐標系數矢量(C_x1,C_y1,C_z1)，可以記目標在東北天坐標系下的坐標為(C_x1*R,C_y1*R,C_z1*R)；將目標在東北天坐標系下的坐標通過平移、旋轉、再平移至地心直角坐標系下，滿足以下關系：

求解式(1)和式(2)聯立所得的四元二次方程，未知數是X_d、Y_d、Z_d和R，過程如下：

首先，已在步驟4求得參數C_x1、C_y1、C_z1和步驟5求得參數X_P、Y_P、Z_P，先計算參數C_x2、D_x2、C_y2、D_y2、C_z2、D_z2；

C_x2＝-sinL*C_x1-cosL*sinB*C_y1+cosL*cosB*C_z1

D_x2＝X_P+cosL*cosB*H

C_y2＝cosL*C_x1-sinL*sinB*C_y1+sinL*cosB*C_z1

D_y2＝Y_P+sinL*cosB*H

C_z2＝cosB*C_y1+sinB*C_z1

D_z2＝Z_P+sinB*H

然后，計算參數C_a、C_b、C_c、D_eta；

C_a＝(C_x2*C_x2+C_y2*C_y2)/(a*a)+(C_z2*C_z2)/(b*b)

C_b＝(2*C_x2*D_x2+2*C_y2*D_y2)/(a*a)+(2*C_z2*D_z2)/(b*b)

C_c＝(D_x2*D_x2+D_y2*D_y2)/(a*a)+(D_z2*D_z2)/(b*b)-1

D_eta＝C_b*C_b-4*C_a*C_c

最后，計算海面目標到光電吊艙之間的距離R；

R＝min(R₁,R₂)

當D_eta＞＝0時，可求得海面目標到光電吊艙之間的距離R，轉入步驟7；當D_eta＜0時，無法求得海面目標到光電吊艙之間的距離R，無解，算法結束；

步驟7，根據公式

計算海面目標在地心直角坐標系(O_d-X_dY_dZ_d)下的坐標(X_d,Y_d,Z_d)；其中地心直角坐標系的坐標原點O_d在地球質心，X_d軸為格林尼治子午面與地球赤道平面的交線，向外為正；Z_d軸與參考橢球體旋轉軸重合，向上為正；Y_d軸在赤道平面內，并與X_d軸Z_d軸成右手直角坐標系；

步驟8，根據公式

η＝arctan(a*Z_d/b*P)

L'＝arctan?Y_d/X_d

計算海面目標的大地坐標(L',B',H')，其中L'為目標經度，B'為目標緯度，H'為目標高度。