[发明专利]海上动态目标定位系统及其定位方法

权利要求书

1.一种海上动态目标定位系统，其特征在于，包括：总控单元、数据处理单元、定位单元、合作目标、第一摄像机、第二摄像机；

所述第一摄像机和所述第二摄像机用于拍摄待测目标和所述合作目标的图像，分别得到同时包含所述合作目标和所述待测目标的第一图像和第二图像；

所述总控单元用于控制所述合作目标、所述第一摄像机和所述第二摄像机配合工作；

所述定位单元用于获取所述合作目标、所述第一摄像机和所述第二摄像机的大地直角坐标；

所述合作目标用于和所述待测目标对比测量；

所述数据处理单元通过处理所述第一摄像机和所述第二摄像机采集的图像数据以及所述定位单元采集的大地直角坐标得到所述待测目标的位置坐标；

所述数据处理单元包括：坐标转换模块、第一计算模块、修正模块、第二计算模块；

所述坐标转换模块用于分别将所述定位单元获取的所述第一摄像机、所述第二摄像机和所述合作目标的大地直角坐标转换成地心直角坐标；所述第一计算模块用于计算出所述合作目标分别相对于所述第一摄像机和所述第二摄像机的方位角和俯仰角；所述修正模块用于计算海天线倾斜角并修正因海面摇摆产生的误差；所述第二计算模块用于计算出所述待测目标的位置坐标。

2.如权利要求1所述的海上动态目标定位系统，其特征在于，所述第一摄像机和所述第二摄像机均具备自动跟踪功能，且具有用于保持所述第一摄像机和所述第二摄像机同步拍摄的同步接口；

当所述第一摄像机和所述第二摄像机同步拍摄时，所述第一摄像机和所述第二摄像机的拍摄焦距相同；所述第一摄像机和所述第二摄像机分别安装在两个测量船上。

3.如权利要求1所述的海上动态目标定位系统，其特征在于，所述合作目标安装在合作目标船上。

4.如权利要求1所述的海上动态目标定位系统，其特征在于，所述合作目标包括：无线通信组件、控制组件和灯组；所述无线通信组件用于接收所述总控单元的控制信号，并传输至所述控制组件；所述控制组件用于控制所述灯组的工作状态；所述灯组作为所述合作目标船在图像中的定位标志。

5.如权利要求1所述的海上动态目标定位系统，其特征在于，所述定位单元包括基准站和至少三台差分站；所述基准站作为位置基准点安装于任一固定位置处；所述至少三台差分站分别安装在所述两个测量船以及所述合作目标船上；所述差分站用于实时获取所述第一摄像机、所述第二摄像机和所述合作目标的大地直角坐标。

6.如权利要求1所述的海上动态目标定位系统，其特征在于，所述总控单元包括用于传输操控指令的无线通讯组件；所述总控单元通过所述无线通讯组件的操控指令控制所述合作目标、所述第一摄像机和所述第二摄像机配合工作。

7.一种海上动态目标定位方法，其应用如权利要求1-6中任一项所述的海上动态目标定位系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述总控单元控制所述第一摄像机和所述第二摄像机转向所述合作目标和所述待测目标所在海域；

S2、所述总控单元控制所述合作目标的灯组开启，并控制所述第一摄像机和所述第二摄像机采用相同焦距实时拍摄所述待测目标和所述合作目标的图像，分别得到同时包含所述合作目标和所述待测目标的第一图像和第二图像；同时所述定位单元开始实时记录所述第一摄像机、所述第二摄像机和所述合作目标的大地直角坐标；

S3、所述第一摄像机和所述第二摄像机分别将所述第一图像和所述第二图像传输至所述数据处理单元；同时所述定位单元将采集到的所述第一摄像机、所述第二摄像机和所述合作目标的大地直角坐标传输至所述数据处理单元；

S4、所述数据处理单元利用相对测量法进行数据处理，计算得到所述待测目标的位置坐标。

8.如权利要求7所述的海上动态目标定位方法，其特征在于，在步骤S4中，所述相对测量法包括如下步骤：

S401、所述坐标转换模块将所述定位单元获取的所述第一摄像机、所述第二摄像机和所述合作目标的大地直角坐标转换成地心直角坐标；

S402、所述修正模块计算海天线倾斜角，修正因海面摇摆产生的误差；所述第一计算模块计算出所述合作目标分别相对于所述第一摄像机和所述第二摄像机的方位角和俯仰角；

所述海天线倾斜角β的计算公式如下：

其中，a为在所述第一图像或所述第二图像中，在所述海天线上任取两点在水平方向上的像素差；b为在所述海天线上所述两点在垂直方向上的像素差；

修正因海面摇摆产生的误差的修正公式如下：

其中，θ为中间过程量，β为所述海天线倾斜角，(x_t′，y_t′)为在所述第一图像或所述第二图像中所述待测目标相对于所述合作目标的粗水平脱靶量和粗垂直脱靶量，(x_t，y_t)为修正因海面摇摆产生的误差后得到的所述待测目标在所述第一图像或所述第二图像中相对于所述合作目标的水平脱靶量和垂直脱靶量；

根据所述修正公式，所述修正模块分别计算得到(x_t1，y_t1)和(x_t2，y_t2)；所述(x_t1，y_t1)为在所述第一图像中所述待测目标相对于所述合作目标的水平脱靶量和垂直脱靶量，所述(x_t2，y_t2)为在所述第二图像中所述待测目标相对于所述合作目标的水平脱靶量和垂直脱靶量；

所述第一计算模块计算所述合作目标分别相对于所述第一摄像机和所述第二摄像机的方位角和俯仰角的公式如下：

其中，(X₁,Y₁,Z₁)为所述第一摄像机的地心直角坐标，(X₂,Y₂,Z₂)为所述第二摄像机的地心直角坐标，(X₃,Y₃,Z₃)为所述合作目标的地心直角坐标，E_C1为所述合作目标对于所述第一摄像机的俯仰角，A_C1为所述合作目标对于所述第一摄像机的方位角，E_C2为所述合作目标对于所述第二摄像机的俯仰角，A_C2为所述合作目标对于所述第二摄像机的方位角；

S403、所述第二计算模块根据所述(x_t1，y_t1)和所述(x_t2，y_t2)，分别计算所述待测目标相对于所述第一摄像机和所述第二摄像机的方位角A₁、A₂和俯仰角E₁、E₂，公式如下：

其中，α₁和α₂为计算中的替代过程量，f为所述第一摄像机和所述第二摄像机采集图像时的焦距，E₁为所述待测目标相对于所述第一摄像机的俯仰角，A₁为所述待测目标相对于所述第一摄像机的方位角，E₂为所述待测目标相对于所述第二摄像机的俯仰角，A₂为所述待测目标相对于所述第二摄像机的方位角；

S404、所述第二计算模块通过所述方位角A₁、A₂和所述俯仰角E₁、E₂计算得到所述待测目标的地心直角坐标，然后通过坐标转换，得到以所述合作目标为原点的站心坐标；

所述待测目标的地心直角坐标(x,y,z)中的x坐标和z坐标的计算公式如下：

所述待测目标的地心直角坐标(x,y,z)中的y坐标的计算公式如下：

y＝(y₁+y₂)/2。