一种大气折射修正状态下目标重建方法技术

本发明专利技术公开了一种大气折射修正状态下目标重建方法，属于图像处理的三维重建方法，解决现有目标重建方法未考虑大气折射对光线传播影响而导致的目标定位误差较大的问题，可用于远距离预警系统。本发明专利技术方法包括：(1)确定过目标和地心的直线方程；(2)根据相机C1成像信息确定目标位置P1'；(3)根据相机C2成像信息确定目标位置P2'；(4)得到准确的目标实际位置P'。本发明专利技术考虑了大气折射的影响，并针对不同地区、不同季节、不同高度时大气的折射率不同的问题，计算大气折射率时，按照不同地区、不同季节、不同高度的情况考虑，本发明专利技术重建得到的目标位置更接近目标实际位置，具有更高的目标定位精度,为高精度预警信息的获取提供了保障,可提升预警系统的整体性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理
，更具体地，涉及一种大气折射修正状态下目标重 建方法，可用于卫星导弹的预警，提高预警防御的准确性。
技术介绍
高技术条件下的未来战争，突发性强，时间概念高度浓缩，对导弹的预警显得格外 重要，需要能够在第一时间得到导弹弹道、方向、速度、发射点与弹着点及导弹数量等重要 信息，以便于防御和反导。卫星导弹预警是国家预警系统中关键的一部分，具有极其重要的 地位与作用。信息处理是卫星导弹预警系统的核心，主要包括预警卫星红外成像、弱小目标 的检测与识别、轨迹重建研究等。导弹的轨迹重建是导弹卫星预警中的关键技术，根据导弹 目标在像面成像位置，相机参数等信息重建出导弹的轨迹，以便导弹的拦截预警。现有的轨 迹重建技术都是在不考虑大气折射的影响的情况下，按照光直线传播原理，根据目标像面 位置，按照直线进行的轨迹重建。但在实际的光线传输过程中，由于大气折射的影响，光线 的传输路径会发生偏折，光的传输路径并不是直线。所以现有的目标重建技术得到的目标 轨迹与目标实际的轨迹之间存在着误差，不能较为准确地定位目标的位置。
技术实现思路
针对现有的目标重建技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供一种大气折射修正状态 下目标重建技术，与现有的按照光直线传播原理进行的目标重建技术相比，本专利技术考虑了 大气折射影响，定位的目标位置更接近于目标实际位置，满足同步卫星导弹预警的要求，定 位精度准确、可靠性高。 本专利技术所提供的，包括确定目标和地心的 直线方程，根据相机C 1确定目标实际位置P /，根据相机C2确定目标实际位置P 2'，确定目标 实际位置P'步骤，本专利技术包括如下步骤： Sl、根据两相机位置、由两相机发出的初始光线方向确定过目标和地心的直线方 程，包括以下子步骤： SL 1、已知相机C1的经度Lon丨、炜度Lat1、地心高度H1，相机C 2的经度Lon 2、炜度 Lat2、地心高度H2，将两相机(；、(：2的经炜度、高度坐标分别转换为地心坐标系下的坐标(^ = (X1, Y1, Z1) '，C2= (X 2, Y2, Z2) '；具体转换公式如下： Xi= Hi · cos (Lati · Ji /180) · cos (Loni · Ji /180) Yi= H ; · cos (Lati · π/180) · sin (Loni · π/180) Zi= H ； · sin (Lati · η /180). . . i = I, 2 SI. 2、根据目标在相机C1成像的像面位置P i= (u i，V1) '，相机光轴指向相机在地心坐标系下的坐标C1= (XuY11Z1V及相机内部参数，求 得由相Wc1发出并最终到达目标的光线在地心坐标系下的初始方向向量F1。具体包括以 下步骤： SI. 2. 1、对相机C1，根据C1在地心坐标系下的坐标(^= (X11Y1J1V，相机光轴的指，求得相机坐标系到地心坐标系的转换矩阵Mci。 SI. 2. 2、根据目标在相机C1成像的像面位置p i= (u V1V，相机C1内部参数：相 机所成图像的行数row、列数col，相机的像源瞬时视场角λ。计算由相机C 1发出并最终到 达目标的光线在相机坐标系下的初始方向向量Pn。 SI. 2. 3、由相机坐标系到地心坐标系的转换矩阵Ma，由相机C1发出并最终到达目 标的光线在相机坐标系下的初始方向向量P a，求得由相机C1发出并最终到达目标的光线 在地心坐标系下的初始方向向量P1，即 SI. 3、同步骤SI. 2的方法，根据目标在相机C2成像的像面位置p 2= (u 2, V2) '，相 机光轴指向，相机在地心坐标系下的坐标(：2= (X2, Y2, Z2) '及相机 内部参数，求得由相机C2发出并最终到达目标的光线初始方向在地心坐标系下的向量h。 SI. 4、因为大气在水平方向视为均匀分布，大气折射只发生在垂直方向上，所以， 由初始方向向量€、地心到相机C1的向量所组成的平面，即为相机C 1和目标实际位 置P'所在的过地心的平面。根据方向向量P1、相机C1坐标C i= (X Y1, Z1V、地心0坐 标0 =(0,0,0)'，求得相机(；、目标实际位置P'以及地心所组成的平面0C，的法向量 SI. 5、同步骤SI. 4的方法，根据相机C2、方向向量、地心〇的坐标，求得相机c2， 目标实际位置P'以及地心所组成的平面〇C2P'的法向量, SI.6、由成像原理可知，目标实际位置P'既在平面0C，上，又在平面0C2P' 上，因此目标位于两平面的交线上。根据两平面求得交线0P'的直线方程，该方程即 为目标和地心的直线方程，交线0P'的方向向量.可由两平面法向量的叉积求得，即 S2、根据相机(；、过目标和地心的直线方程，确定目标实际位置P1 '；，包括以下子 步骤： S2. 1、对于相机C1所在的平面OC，，由直线0P'方程、相机C1W及地心0,求得目 标实际位置P'与相机C1间的地心夹角Θ i，。将地心夹角S1分为 Mim1 (100彡Mim1S 300)个相等的小夹角，对应的目标和相机间的大气被划分为num^，每 层地心夹角大小为d0，d0 = Q1Aium1。因为每层地心夹角很小，这使得每层大气的厚度 很薄，所以可以取每层入射点位置对应的大气折射率作为该层大气的折射率。 S2.2、求地心坐标系与平面坐标系之间的转换矩阵。具体包括如下步骤：由 相机C1在地心坐标系下坐标C i= (X u Y1, Z1V，交线0P'的方向向量Jq^叉积求得相 机、目标、地心所组成的平面坐标系Yp轴的方向向量，即Xp轴的方向向量由Yp轴的方向向量与地心坐标系下的Z轴的方向向量的叉积得到，即根据右手螺旋定则，由Xp轴的方向向 量与Yp轴方向向量的叉积可求得Zp轴的方向向量，，从而求 得的地心坐标系到平面坐标系的转换矩阵M_th plan: 平面坐标系到地心坐标系的转换矩阵Mplan _th为： S2. 3、根据地心坐标系到平面坐标系的转换矩阵凡3_ plan，将相机(；在地心坐标系 下的坐标(^= (XuY11Z1V转换为平面坐标系下的坐标 Cplanl (X plan ⑴ J Yplan ⑴ J Zplan ⑴)' 转换公式，因为平面0C，中任意点坐标的Yp轴坐标始终为 0,为了方便计算，在平面坐标系中，将平面0C，内点的坐标视为二维平面坐标的形式，即 S2. 4、根据地心坐标系到平面坐标系的转换矩阵M_th plan，将地心坐标系下光线初 始方向向量g转换为平面坐标系中的向S S2. 5、在平面0C，中，以相机(^所在的位置为光线由第0层大气射向第1层大气 时，在第1层的入射点位置。根据光线的初始方向向量匕^.，相机坐标Cplanl，计算光线由第 〇层大气射向第1层大气时，第1层出射光线的方向向量，以及第2层入射光线的入射点位 置。具体包括以下步骤： S2. 5. 1、相机C1所在位置为光线由第0层射向第1层时的入射点位置T 1;光线初 始方向向量，即为光线由第〇层大气射向第1层大气时，第1层的入射光线方向向量>根据相机C1的经炜度坐标将相机C i对应的地面位置的海 拔高度、地面温度、地面压强、地面相对湿度、季节、以及C1处地心高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气折射修正状态下的目标重建方法，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、根据两相机位置、由两相机发出的初始光线方向确定过目标和地心的直线方程；S2、根据相机C1、过目标和地心的直线方程，确定目标实际位置P1'；S3、根据相机C2、过目标和地心的直线方程，确定目标实际位置P2'；S4、根据两相机C1、C2确定的目标实际位置P1'、P2'，最终得到准确的目标实际位置P'。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左峥嵘，于丽娟，胡静，桑农，卢彪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42