[發(fā)明專利]海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)及其定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111125839.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN113936061A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余毅;郭鑫;張濤;李銘揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G06T7/73
• 分類號(hào): G06T7/73;G06T7/00;G01C11/00;G01C11/08
• 代理公司: 長春中科長光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

1.一種海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括：總控單元、數(shù)據(jù)處理單元、定位單元、合作目標(biāo)、第一攝像機(jī)、第二攝像機(jī)；

所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)用于拍攝待測(cè)目標(biāo)和所述合作目標(biāo)的圖像，分別得到同時(shí)包含所述合作目標(biāo)和所述待測(cè)目標(biāo)的第一圖像和第二圖像；

所述總控單元用于控制所述合作目標(biāo)、所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)配合工作；

所述定位單元用于獲取所述合作目標(biāo)、所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)的大地直角坐標(biāo)；

所述合作目標(biāo)用于和所述待測(cè)目標(biāo)對(duì)比測(cè)量；

所述數(shù)據(jù)處理單元通過處理所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)以及所述定位單元采集的大地直角坐標(biāo)得到所述待測(cè)目標(biāo)的位置坐標(biāo)；

所述數(shù)據(jù)處理單元包括：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊、第一計(jì)算模塊、修正模塊、第二計(jì)算模塊；

所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊用于分別將所述定位單元獲取的所述第一攝像機(jī)、所述第二攝像機(jī)和所述合作目標(biāo)的大地直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地心直角坐標(biāo)；所述第一計(jì)算模塊用于計(jì)算出所述合作目標(biāo)分別相對(duì)于所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)的方位角和俯仰角；所述修正模塊用于計(jì)算海天線傾斜角并修正因海面搖擺產(chǎn)生的誤差；所述第二計(jì)算模塊用于計(jì)算出所述待測(cè)目標(biāo)的位置坐標(biāo)。

2.如權(quán)利要求1所述的海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)均具備自動(dòng)跟蹤功能，且具有用于保持所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)同步拍攝的同步接口；

當(dāng)所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)同步拍攝時(shí)，所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)的拍攝焦距相同；所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)分別安裝在兩個(gè)測(cè)量船上。

3.如權(quán)利要求1所述的海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述合作目標(biāo)安裝在合作目標(biāo)船上。

4.如權(quán)利要求1所述的海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述合作目標(biāo)包括：無線通信組件、控制組件和燈組；所述無線通信組件用于接收所述總控單元的控制信號(hào)，并傳輸至所述控制組件；所述控制組件用于控制所述燈組的工作狀態(tài)；所述燈組作為所述合作目標(biāo)船在圖像中的定位標(biāo)志。

5.如權(quán)利要求1所述的海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位單元包括基準(zhǔn)站和至少三臺(tái)差分站；所述基準(zhǔn)站作為位置基準(zhǔn)點(diǎn)安裝于任一固定位置處；所述至少三臺(tái)差分站分別安裝在所述兩個(gè)測(cè)量船以及所述合作目標(biāo)船上；所述差分站用于實(shí)時(shí)獲取所述第一攝像機(jī)、所述第二攝像機(jī)和所述合作目標(biāo)的大地直角坐標(biāo)。

6.如權(quán)利要求1所述的海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述總控單元包括用于傳輸操控指令的無線通訊組件；所述總控單元通過所述無線通訊組件的操控指令控制所述合作目標(biāo)、所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)配合工作。

7.一種海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位方法，其應(yīng)用如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

S1、所述總控單元控制所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)轉(zhuǎn)向所述合作目標(biāo)和所述待測(cè)目標(biāo)所在海域；

S2、所述總控單元控制所述合作目標(biāo)的燈組開啟，并控制所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)采用相同焦距實(shí)時(shí)拍攝所述待測(cè)目標(biāo)和所述合作目標(biāo)的圖像，分別得到同時(shí)包含所述合作目標(biāo)和所述待測(cè)目標(biāo)的第一圖像和第二圖像；同時(shí)所述定位單元開始實(shí)時(shí)記錄所述第一攝像機(jī)、所述第二攝像機(jī)和所述合作目標(biāo)的大地直角坐標(biāo)；

S3、所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)分別將所述第一圖像和所述第二圖像傳輸至所述數(shù)據(jù)處理單元；同時(shí)所述定位單元將采集到的所述第一攝像機(jī)、所述第二攝像機(jī)和所述合作目標(biāo)的大地直角坐標(biāo)傳輸至所述數(shù)據(jù)處理單元；

S4、所述數(shù)據(jù)處理單元利用相對(duì)測(cè)量法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算得到所述待測(cè)目標(biāo)的位置坐標(biāo)。

8.如權(quán)利要求7所述的海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)定位方法，其特征在于，在步驟S4中，所述相對(duì)測(cè)量法包括如下步驟：

S401、所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊將所述定位單元獲取的所述第一攝像機(jī)、所述第二攝像機(jī)和所述合作目標(biāo)的大地直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地心直角坐標(biāo)；

S402、所述修正模塊計(jì)算海天線傾斜角，修正因海面搖擺產(chǎn)生的誤差；所述第一計(jì)算模塊計(jì)算出所述合作目標(biāo)分別相對(duì)于所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)的方位角和俯仰角；

所述海天線傾斜角β的計(jì)算公式如下：

其中，a為在所述第一圖像或所述第二圖像中，在所述海天線上任取兩點(diǎn)在水平方向上的像素差；b為在所述海天線上所述兩點(diǎn)在垂直方向上的像素差；

修正因海面搖擺產(chǎn)生的誤差的修正公式如下：

其中，θ為中間過程量，β為所述海天線傾斜角，(x_t′，y_t′)為在所述第一圖像或所述第二圖像中所述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于所述合作目標(biāo)的粗水平脫靶量和粗垂直脫靶量，(x_t，y_t)為修正因海面搖擺產(chǎn)生的誤差后得到的所述待測(cè)目標(biāo)在所述第一圖像或所述第二圖像中相對(duì)于所述合作目標(biāo)的水平脫靶量和垂直脫靶量；

根據(jù)所述修正公式，所述修正模塊分別計(jì)算得到(x_t1，y_t1)和(x_t2，y_t2)；所述(x_t1，y_t1)為在所述第一圖像中所述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于所述合作目標(biāo)的水平脫靶量和垂直脫靶量，所述(x_t2，y_t2)為在所述第二圖像中所述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于所述合作目標(biāo)的水平脫靶量和垂直脫靶量；

所述第一計(jì)算模塊計(jì)算所述合作目標(biāo)分別相對(duì)于所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)的方位角和俯仰角的公式如下：

其中，(X₁,Y₁,Z₁)為所述第一攝像機(jī)的地心直角坐標(biāo)，(X₂,Y₂,Z₂)為所述第二攝像機(jī)的地心直角坐標(biāo)，(X₃,Y₃,Z₃)為所述合作目標(biāo)的地心直角坐標(biāo)，E_C1為所述合作目標(biāo)對(duì)于所述第一攝像機(jī)的俯仰角，A_C1為所述合作目標(biāo)對(duì)于所述第一攝像機(jī)的方位角，E_C2為所述合作目標(biāo)對(duì)于所述第二攝像機(jī)的俯仰角，A_C2為所述合作目標(biāo)對(duì)于所述第二攝像機(jī)的方位角；

S403、所述第二計(jì)算模塊根據(jù)所述(x_t1，y_t1)和所述(x_t2，y_t2)，分別計(jì)算所述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)的方位角A₁、A₂和俯仰角E₁、E₂，公式如下：

其中，α₁和α₂為計(jì)算中的替代過程量，f為所述第一攝像機(jī)和所述第二攝像機(jī)采集圖像時(shí)的焦距，E₁為所述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于所述第一攝像機(jī)的俯仰角，A₁為所述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于所述第一攝像機(jī)的方位角，E₂為所述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于所述第二攝像機(jī)的俯仰角，A₂為所述待測(cè)目標(biāo)相對(duì)于所述第二攝像機(jī)的方位角；

S404、所述第二計(jì)算模塊通過所述方位角A₁、A₂和所述俯仰角E₁、E₂計(jì)算得到所述待測(cè)目標(biāo)的地心直角坐標(biāo)，然后通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到以所述合作目標(biāo)為原點(diǎn)的站心坐標(biāo)；

所述待測(cè)目標(biāo)的地心直角坐標(biāo)(x,y,z)中的x坐標(biāo)和z坐標(biāo)的計(jì)算公式如下：

所述待測(cè)目標(biāo)的地心直角坐標(biāo)(x,y,z)中的y坐標(biāo)的計(jì)算公式如下：

y＝(y₁+y₂)/2。