[發明專利]一種三維空間運動目標觀測追蹤方法

有效

• 申請號: 201911033980.4
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN112731536B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 張麗敏;王舒凡;張一;徐明明;朱宇;閆鋒
• 申請（專利權）人: 南京大學;北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01V3/00
• 分類號: G01V3/00;G01V3/38;G01R29/24;G01P3/66;G01P13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種三維空間目標觀測追蹤方法，其特征在于，設置四個觀測面，相鄰觀測面成45°夾角，進行三維全方位觀測，每個觀測面上放置三個呈等腰直角三角形的金屬極板同時感應目標經過時電荷量的變化，經微分處理后由采集處理模塊分別采集和測量三組電壓波形的過零點和峰谷值之間的時間差，首先通過兩個互相垂直的觀測面并讀取探測信號的過零點可確定目標運動方向和運動速度，然后選取四個探測面上與運動方向平行或最接近平行的觀測面，讀取該觀測面上三組電壓波形的過零點和峰谷值之間的時間差可得到目標與觀測端的距離和運動路線參數，從而實現運動目標的觀測追蹤。

2.根據權利要求1所述的一種三維空間目標觀測追蹤方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

1)安裝四個觀測面，設置相鄰觀測面之間夾角為45°，每個觀測面由三個中心連線構成邊長為d的等腰直角三角形的金屬極板構成；

2)將十二個金屬極板分別接入電荷傳感器，電荷傳感器均和采集處理模塊連接；

3)以觀測面1為x-y平面，觀測面3為y-z平面建立總空間直角坐標系，每個觀測面以其中一個金屬極板為坐標系原點，三個金屬極板構成的平面為x-y平面建立各自獨立的直角坐標系；

4)當運動目標與探測端距離遠大于金屬極板間距時，采集處理模塊分別測出相應電荷傳感器輸出波形的過零點t_n1、t_n2、t_n3以及峰值和谷值之間的時間差Δt_n1、Δt_n2，(n＝1，2，3，4)；

5)將目標的空間運動路徑投影到互相垂直的觀測面1和觀測面3，投影路徑的方向θ_m(m可取1、2、3、4，對應四個觀測面)，即投影路徑與觀測面獨立坐標系中x軸方向的夾角，可由過零點t_m1、t_m2和t_m3得到：

式中，t_m21＝t_m2-t_m1，t_m31＝t_m3-t_m1；當t_m1＜t_m2時，-π/2≤θ_m＜π/2；當t_m1＞t_m2時，π/2≤θ_m＜3π/2；在總空間直角坐標系中，觀測面1、3上投影路徑的方向向量分別為l₁(1，tanθ₁，0)，l₂(0，1，tanθ₂)，三維空間運動路徑的方向向量l為l₁、l₂的合向量(1，1+tanθ₁，tanθ₂)；

6)進一步地，目標的運動速度在觀測面1、3上的投影v_m的大小可由運動方向θ_m、過零點t_m1、t_m2得到：

則三維空間運動速度v可由任意一個投影面的速度推出：

7)選取與運動方向向量最接近平行的觀測面k，讀取該觀測面上三路輸出信號的過零點t_k1、t_k2、t_k3以及峰值和谷值之間的時間差Δt_k1、Δt_k2，根據式(1)、(2)可計算出該觀測面上的運動方向θ_k和運動速度v_k，而運動路徑在該平面的投影到位于觀測面k坐標系原點的極板中心的距離p，可由運動方向θ_k、運動速度v_k、時間差Δt_k1和Δt_k2得到：

當t_k1＜t_k2時，參數p取“+”；當t_k1＞t_k2時，參數p取“-”；

8)目標與觀測面k的x-y平面的垂直距離h_k可由參數p、運動速度v_k和時間差Δt_k1得到：

由于目標足夠遠，該距離可近似為整個探測端到空間運動路徑的垂直距離，即h≈h_k。