一种基于双机测距的海面物体定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双机测距的海面物体定位方法，该方法通过两架飞机实时测量自身的位置信息，并利用机载测距设备测量飞机与海面物体之间的距离，在通过多源数据融合技术，实现测量数据的时间统一，在此基础上，利用测距交汇原理建立海面物体位置方程组，迭代解出方程组的解，并滤除方程组的模糊解，最终得出海面物体在WGS-84坐标系下的坐标，该方法减少了测距信息的维数，降低了系统的复杂性，使得数据处理过程更加简单可靠，实时性增强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于双机测距的海面物体方法，适用于对海面物体检测和定位，属于天地信息一体化信息探测领域。
技术介绍
目前海面物体的定位方法主要包括以下两种：飞机携带单个主动雷达定位、基于辐射源的多雷达协同无源定位、飞机携带可见光/红外+激光测距定位等定位方法。其中飞机携带单个主动雷达定位是通过主动雷达测量物体相对于飞机的方位角、俯仰角和距离，辅以平台的位置、姿态信息实现对目标的定位。单个主动雷达定位精度易受平台的位置参数、平台的姿态信息、雷达测角信息、雷达测距信息等多个因素影响，特别是平台的姿态误差和雷达的测角信息受外部环境的影响较大难以实现对物体的精确定位，另外，主动雷达容易受到物体的材质影响。基于多雷达的无源定位仅与飞机的位置信息、辐射源到雷达的时间及各飞机的时间同步相关，该方法具有作用距离远，隐蔽性好等优点，但是该方法要求物体必须辐射相应的电磁波，对无辐射源物体无法实现定位。飞机携带可见光/红外+激光测距定位方法使用可见光/红外成像的方式测量物体相对于飞机的方位角和俯仰角，再结合激光测距仪测量的距离和飞机测量的偏航角、滚转角和俯仰角，实现物体的定位。该方法对角度测量信息的精度要求较高，且易收到气象等外界因素的影响，且每次只能定位一个目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于双机测距的海面物体定位方法，该方法通过双机携带的测距设备持续测量飞机与海面物体之间的距离，同时利用机载定位设备确定飞机自身的位置，综合上述测量信息建立关于海面物体位置的方程组，解方程组实现对物体的定位，该方法减少了测距信息的维数，降低了系统的复杂性，使得数据处理过程更加简单可靠，实时性增强。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种基于双机测距的海面物体定位方法，包括如下步骤：步骤(一)、对两架飞机位置进行持续测量并记录对应的测量时刻，得到一系列飞机测量位置与对应的测量时刻的测量值；步骤(二)、利用两架飞机分别对海面物体进行连续测距并记录对应的测距时刻和测距方向，得到一系列测距值和测距方向与对应的测距时刻的测量值；步骤(三)、采用线性插值法得到同一时刻对应的两架飞机在WGS-84大地直角坐标系下的测量位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)；两架飞机与海面物体之间的测距值r1、r2；步骤(四)、利用WGS-84椭球模型，位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)，两架飞机与海面物体之间的测距值r1、r2，建立海面物体位置方程组，具体方法如下：(1)、WGS-84椭球模型的表示形式如下：xT,e=(N+HT)cosLTcosBTyT,e=(N+HT)cosLTsinBTzT,e=(N(1-e2)+HT)sinBT---(1)]]>其中：N为当地卯酉圈曲率半径；N=a1-e2sin2BT,---(2)]]>地球长半径a＝6378137m；第一偏心率平方e2＝0.00669437999013；LT为WGS-84地球大地坐标系下的经度；BT为WGS-84地球大地坐标系下的纬度；HT为WGS-84地球大地坐标系下的高程；对于在海面漂浮物体，其高程HT＝0，因此，WGS-84椭球模型可改写为如下标准形式：x2+y2+z2(1-e2)2=N2---(3)]]>(2)、根据测量位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)；两架飞机与海面物体之间的测距值r1、r2建立海面物体的测量球体模型，具体表达形式如下：(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2＝r12                (4)(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=r22---(5)]]>(3)、将公式(3)、(4)、(5)联立，建立海面物体的位置方程组，如下所示：x2+y2+z2(1-e2)2=N2(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=r12(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=r22;---(6)]]>步骤(五)、解算得出海面物体的位置坐标T(x，y，z)，具体方法如下：(1)、设定海面物体的初始位置坐标T0(x0，y0，z0)；(2)、以测量的任一架飞机的纬度BT代入公式(2)计算得到卯酉圈半径N；(3)、将N带入公式(6)得到三元二次方程组，解出两组x、y、z值，即得到两个海面物体的位置坐标，保留与测距方向相同的位置坐标T’(x’，y’，z’)，去除另外一个位置坐标，计算两个位置坐标T0(x0，y0，z0)与T’(x’，y’，z’)之间的距离；(4)、判断步骤(3)计算得到的距离是否小于设定阈值；(5)若小于设定的阈值，则海面物体位置坐标T’(x’，y’，z’)即为海面物体最终的位置坐标T(x，y，z)，若大于设定的阈值，则计算海面物体位置坐标T’(x’，y’，z’)对应的纬度B'T，将纬度B'T代入公式(2)计算得到卯酉圈半径N，返回步骤(3)。在上述基于双机测距的海面物体定位方法中，将步骤(五)得到的海面物体在WGS-84大地直角坐标系下的位置T(x，y，z)变换为WGS-84大地坐标系下的坐标T(B，L，H)，具体方法如下：B=arctanz+be2sin3Ux2+y2-ae2cos3U]]>L=arctanyx]]>H=x2+y2cosB-N]]>式中，N=a1-e2sin2B,U=arctan(zax2+y2b),]]>a为地球椭球的长半径，b为地球椭球短半径，e是椭球的第一偏心率；(B，L，H)即为海面物体在WGS-84大地坐标系下的坐标。在上述基于双机测距的海面物体定位方法中，步骤(一)中飞机位置采用GPS、BD-2或惯导信息进行测量。在上述基于双机测距的海面物体定位方法中，步骤(二)中的连续测距方法采用激光测距仪或主动雷达测距方法。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)、本专利技术通过两架飞机实时测量自身的位置信息，并利用机载测距设备测量飞机与海面物体之间的距离，在通过多源数据融合技术，实现测量数据的时间统一，在此基础上，利用测距交汇原理建立海面物体位置方程组，迭代解出方程组的解，并滤除方程组的模糊解，最终得出海面物体在WGS-84坐标系下的坐标，相比于现有方法，本专利技术利用了测距交汇原理进行物体定位，利用物体海拔高度为零的特点，减少了测距信息的维数，降低了系统的复杂性；(2)、本专利技术在定位过程中只使用了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双机测距的海面物体定位方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(一)、对两架飞机位置进行持续测量并记录对应的测量时刻，得到一系列飞机测量位置与对应的测量时刻的测量值；步骤(二)、利用两架飞机分别对海面物体进行连续测距并记录对应的测距时刻和测距方向，得到一系列测距值和测距方向与对应的测距时刻的测量值；步骤(三)、采用线性插值法得到同一时刻对应的两架飞机在WGS‑84大地直角坐标系下的测量位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)；两架飞机与海面物体之间的测距值r1、r2；步骤(四)、利用WGS‑84椭球模型，位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)，两架飞机与海面物体之间的测距值r1、r2，建立海面物体位置方程组，具体方法如下：(1)、WGS‑84椭球模型的表示形式如下：xT,e=(N+HT)cosLTcosBTyT,e=(N+HT)cosLTsinBTzT,e=(N(1-e2)+HT)sinBT---(1)]]>其中：N为当地卯酉圈曲率半径；N=a1-e2sin2BT,---(2)]]>地球长半径a＝6378137m；第一偏心率平方e2＝0.00669437999013；LT为WGS‑84地球大地坐标系下的经度；BT为WGS‑84地球大地坐标系下的纬度；HT为WGS‑84地球大地坐标系下的高程；对于在海面漂浮物体，其高程HT＝0，因此，WGS‑84椭球模型可改写为如下标准形式：x2+y2+z2(1-e2)2=N2---(3)]]>(2)、根据测量位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)；两架飞机与海面物体之间的测距值r1、r2建立海面物体的测量球体模型，具体表达形式如下：(x‑x1)2+(y‑y1)2+(z‑z1)2＝r12                   (4)(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=r22---(5)]]>(3)、将公式(3)、(4)、(5)联立，建立海面物体的位置方程组，如下所示：x2+y2+z2(1-e2)2=N2(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=r12(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=r22;---(6)]]>步骤(五)、解算得出海面物体的位置坐标T(x，y，z)，具体方法如下：(1)、设定海面物体的初始位置坐标T0(x0，y0，z0)；(2)、以测量的任一架飞机的纬度BT代入公式(2)计算得到卯酉圈半径N；(3)、将N带入公式(6)得到三元二次方程组，解出两组x、y、z值，即得到两个海面物体的位置坐标，保留与测距方向相同的位置坐标T’(x’，y’，z’)，去除另外一个位置坐标，计算两个位置坐标T0(x0，y0，z0)与T’(x’，y’，z’)之间的距离；(4)、判断步骤(3)计算得到的距离是否小于设定阈值；(5)若小于设定的阈值，则海面物体位置坐标T’(x’，y’，z’)即为海面物体最终的位置坐标T(x，y，z)，若大于设定的阈值，则计算海面物体位置坐标T’(x’，y’，z’)对应的纬度B'T，将纬度B'T代入公式(2)计算得到卯酉圈半径N，返回步骤(3)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双机测距的海面物体定位方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(一)、对两架飞机位置进行持续测量并记录对应的测量时刻，得
到一系列飞机测量位置与对应的测量时刻的测量值；
步骤(二)、利用两架飞机分别对海面物体进行连续测距并记录对应的
测距时刻和测距方向，得到一系列测距值和测距方向与对应的测距时刻的
测量值；
步骤(三)、采用线性插值法得到同一时刻对应的两架飞机在WGS-84
大地直角坐标系下的测量位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)；两
架飞机与海面物体之间的测距值r1、r2；
步骤(四)、利用WGS-84椭球模型，位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)，两架飞机与海面物体之间的测距值r1、r2，建立海面物体位
置方程组，具体方法如下：
(1)、WGS-84椭球模型的表示形式如下：
xT,e=(N+HT)cosLTcosBTyT,e=(N+HT)cosLTsinBTzT,e=(N(1-e2)+HT)sinBT---(1)]]>其中：
N为当地卯酉圈曲率半径；
N=a1-e2sin2BT,---(2)]]>地球长半径a＝6378137m；
第一偏心率平方e2＝0.00669437999013；
LT为WGS-84地球大地坐标系下的经度；
BT为WGS-84地球大地坐标系下的纬度；
HT为WGS-84地球大地坐标系下的高程；
对于在海面漂浮物体，其高程HT＝0，因此，WGS-84椭球模型可改写
为如下标准形式：
x2+y2+z2(1-e2)2=N2---(3)]]>(2)、根据测量位置坐标P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)；两架飞
机与海面物体之间的测距值r1、r2建立海面物体的测量球体模型，具体表达
形式如下：
(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2＝r12                   (4)
(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=r22---(5)]]>(3)、将公式(3)、(4)、(5)联立，建立海面物体的位置方程组，如
下所示：
x2+y2+z2(1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，顾鑫，李潇，张尧，邓志均，岑小锋，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11