一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電跟蹤測量領(lǐng)域，涉及光電跟蹤測量設(shè)備目標(biāo)捕獲的系統(tǒng)設(shè)計與實 現(xiàn)，具體涉及一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光電探測器是光電跟蹤測量設(shè)備的核心器件，受光學(xué)設(shè)計以及相關(guān)指標(biāo)的限制， 一般在相同作用距離條件下，其視場要小于其它類型的探測器。因而在光電設(shè)備實時工作 中，需要利用其他的信息來對目標(biāo)進(jìn)行捕獲一一這個過程稱之為外引導(dǎo)。在外引導(dǎo)目標(biāo)進(jìn) 入探測器視場時，由于各種誤差的存在，使得有時設(shè)備雖然始終動態(tài)指向目標(biāo)所在區(qū)域，但 目標(biāo)卻無法進(jìn)入視場。而對于運動平臺上的光電跟蹤設(shè)備，通過外引導(dǎo)對目標(biāo)的捕獲則更 為困難。具體來說有以下幾種誤差：
[0003] ?目標(biāo)的定位誤差：誤差由定位設(shè)備誤差決定，如：典型的GPS定位誤差在IOm左 右，而雷達(dá)定位誤差則更大；
[0004] ?設(shè)備的定位誤差：由對設(shè)備自身的定位設(shè)備誤差決定；
[0005] 魯光電設(shè)備的系統(tǒng)誤差：由光電設(shè)備的光學(xué)器件與機械結(jié)構(gòu)決定，在運動平臺下 還要考慮姿態(tài)測量誤差以及慣導(dǎo)設(shè)備的安裝誤差；
[0006] ?大氣誤差：由于大氣折射誤差；
[0007] ?其它耦合數(shù)據(jù)誤差。
[0008] 在以上誤差作用下，對目標(biāo)的捕獲有時需要持續(xù)相當(dāng)長的時間，而有時則不能通 過外引導(dǎo)數(shù)據(jù)實現(xiàn)對目標(biāo)的捕獲。產(chǎn)生以上現(xiàn)象的主要原因是誤差的隨機性、傳感器噪聲 分布特點以及誤差之間的耦合特性。當(dāng)遇到目標(biāo)未捕獲現(xiàn)象時，操作手一般有兩種方式進(jìn) 行處理，一種為采用外引導(dǎo)數(shù)據(jù)閉環(huán)，等待目標(biāo)進(jìn)入視場；一種為采用手動捕獲的方式，搜 索目標(biāo)。但由于在目標(biāo)捕獲的時間段內(nèi)目標(biāo)的位置還在變化，操作手會十分矛盾是否停止 外引導(dǎo)捕獲而轉(zhuǎn)入手動捕獲目標(biāo)。即如果選擇手動捕獲過程，則目標(biāo)機動運行可能會使得 捕獲無法成功；如果選擇等待，則又無法控制目標(biāo)捕獲的時間。如何利用操作手的操作，同 時又充分利用外引導(dǎo)數(shù)據(jù)，而且能夠縮短目標(biāo)的捕獲時間，是光電跟蹤測量設(shè)備尤其是運 動平臺下光電設(shè)備設(shè)計的重點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：在各種誤差存在的情況下，當(dāng)目標(biāo)不能被引導(dǎo)進(jìn)入視 場時，利用外引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行閉環(huán)，同時充分利用操作手對閉環(huán)的回路進(jìn)行修改，縮減目標(biāo)的 捕獲時間一一加快對目標(biāo)捕獲的進(jìn)程。本發(fā)明采用動態(tài)掃描的方法，對目標(biāo)的引導(dǎo)數(shù)值進(jìn) 行擴展，在有操作手參與的情況下實現(xiàn)對目標(biāo)進(jìn)行捕獲。
[0010] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法，實現(xiàn)步驟如 下：
[0011] 步驟（1)評估、建立光電跟蹤測量設(shè)備的誤差特性，即建立光電探測器的視場大 小和目標(biāo)在光電跟蹤測量設(shè)備坐標(biāo)系內(nèi)的誤差特點；
[0012] 步驟⑵確定掃描函數(shù)：依據(jù)步驟⑴特點，建立掃描函數(shù)掃描的范圍、速度以及 具體算法，掃描函數(shù)設(shè)計時要注意的事項為：1)目標(biāo)捕獲的誤差特性確定掃描范圍和掃描 形式；2)探測器視場覆蓋范圍確定掃描的速度；
[0013] 步驟（3)確定使用策略：主要依據(jù)操作手對目標(biāo)捕獲過程的判斷確定，何時啟動 掃描過程，何時停止掃描過程，何時保持掃描偏差不變，何時清除掃描偏差重新開始掃描；
[0014] 步驟（4)依據(jù)操作手的操作習(xí)慣，對使用策略進(jìn)行固化操作，即設(shè)計操作手的不 同操作方式對應(yīng)的相應(yīng)策略；
[0015] 步驟（5)在引導(dǎo)過程中，由操作手判斷引導(dǎo)目標(biāo)是否成功，在不成功的條件下，依 據(jù)引導(dǎo)數(shù)據(jù)和掃描函數(shù)，啟動掃描策略對目標(biāo)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行動態(tài)搜索；在搜索成功的 情況下，由操作手確定停止掃描，同時保持偏差量，等待轉(zhuǎn)換其它跟蹤方式。如果需要再次 捕獲目標(biāo)時，選擇清除偏差量，重新開始動態(tài)掃描搜索目標(biāo)。
[0016] 其中，所述第（1)步和第（2)步中，利用目標(biāo)和光電跟蹤測量設(shè)備的誤差特點，設(shè) 計、建立掃描函數(shù)。
[0017] 其中，第⑵步中掃描函數(shù)設(shè)計的原則為：對于探測器而言，探測器視場越小掃描 速度越小，掃描范圍越大；對于引導(dǎo)誤差而言，哪個誤差越大，掃描范圍相應(yīng)的也應(yīng)當(dāng)越大。
[0018] 其中，所述第（3)步中，依據(jù)光電測量設(shè)備的需求，設(shè)計設(shè)備上所要使用的策略。
[0019] 其中，所述第（4)步中，依據(jù)操作手的需求，設(shè)計人工干預(yù)的操作方式，并將操作 方式和使用策略結(jié)合。
[0020] 其中，所述第（5)步中，在整個目標(biāo)捕獲過程中，使得伺服系統(tǒng)始終處于閉環(huán)狀 態(tài)，設(shè)備始終指向外引導(dǎo)數(shù)據(jù)所在的區(qū)域，操作手通過使用策略對目標(biāo)捕獲過程進(jìn)行人工 干預(yù)。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要的優(yōu)點在于：
[0022] 1)本發(fā)明可以利用外引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行伺服閉環(huán)，使得光電跟蹤測量設(shè)備一直處于指 向目標(biāo)位置的同步轉(zhuǎn)動當(dāng)中。在引導(dǎo)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上添加動態(tài)掃描過程，可以充分彌補了光 電探測器視場小帶來的難于捕獲的問題，有利于提高短時間內(nèi)目標(biāo)捕獲概率。
[0023] 2)本發(fā)明當(dāng)目標(biāo)處于光電探測器視場當(dāng)中時，操作手停止掃描過程但保留偏差策 略，可以為操作手預(yù)留更多時間確認(rèn)進(jìn)入探測器視場的目標(biāo)是否正確，并同時可以方便操 作手轉(zhuǎn)換跟蹤方式。同時以上操作過程，可以通過相應(yīng)的策略實現(xiàn)縮短人在回路的執(zhí)行步 驟。
【附圖說明】
[0024] 圖1為動態(tài)掃描對目標(biāo)捕獲設(shè)計過程；
[0025] 圖2為螺旋掃描覆蓋區(qū)域；
[0026] 圖3為方位折線掃描覆蓋區(qū)域；
[0027] 圖4為混合掃描覆蓋區(qū)域；
[0028] 圖5為動態(tài)掃描過程的曲線和理論外引導(dǎo)數(shù)據(jù)曲線比對示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 以下是本發(fā)明的具體實施辦法。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保 護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實施例對該領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實現(xiàn) 本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。
[0030] 光電跟蹤測量設(shè)備對目標(biāo)的外引導(dǎo)的過程，主要是將目標(biāo)位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光電設(shè) 備坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)，為方位和俯仰數(shù)值（At，Et)，其中t表示時間。
[0031] 當(dāng)選擇外引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行閉環(huán)捕獲目標(biāo)時，即伺服選用的閉環(huán)的數(shù)據(jù)（A，E)為：
[0032] A=At (1)
[0033] E=Et (2)
[0034] 當(dāng)不能捕獲目標(biāo)時，需要啟動掃描函數(shù)，啟動的過程即是將閉環(huán)的數(shù)據(jù)（A，E)設(shè) 置為：
[0035] A=fA(t)+At (3)
[0036] E=fE (t) +Et (4)
[0037] 其中掃描策略主要有，當(dāng)評估得到目標(biāo)的誤差方位和俯仰相當(dāng)時，可以建立的掃 描函數(shù)主要有螺旋線掃描：
[0038] fA(t) = P XtXcos(0 Xt) (5)
[0039] fE(t) = P XtXsin(0 Xt) (6)
[0040] P為螺旋線的半徑變化率，t為時間，0為螺旋線掃描的角速率。當(dāng)掃描大于設(shè) 定范圍時，重新逆向掃描。同時當(dāng)不確定目標(biāo)引導(dǎo)誤差范圍的情況下，可以利用操作手人為 控制螺旋線的半徑變化率，以增大或減小搜索范圍。如圖2所示為掃描中心點在（A:40°， E:30° )區(qū)域的掃描情況。
[0041] 當(dāng)評估得到目標(biāo)的誤差方位、俯仰相不同，可以建立的掃描函數(shù)主要有折線掃描 方法：
【主權(quán)項】
1. 一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下： 步驟（1)、評估、建立目標(biāo)和光電跟蹤測量設(shè)備的誤差特性，即建立光電探測器的視場 大小和目標(biāo)在光電跟蹤測量設(shè)備坐標(biāo)系內(nèi)的誤差特點； 步驟（2)、確定掃描函數(shù)：依據(jù)步驟（1)特點，建立掃描函數(shù)掃描的范圍、速度以及具 體算法，掃描函數(shù)設(shè)計時要注意的事項為：1)目標(biāo)捕獲的誤差特性確定掃描范圍和掃描形 式；2)探測器視場覆蓋范圍確定掃描的速度； 步驟（3)、確定使用策略：依據(jù)操作手對目標(biāo)捕獲過程的判斷確定：何時啟動掃描過 程，何時停止掃描過程，何時保持掃描偏差不變，何時清除掃描偏差重新開始掃描； 步驟（4)、依據(jù)操作手的操作習(xí)慣，對使用策略進(jìn)行固化操作，即設(shè)計操作手的不同操 作方式對應(yīng)的相應(yīng)策略； 步驟（5)、在引導(dǎo)過程中，由操作手判斷引導(dǎo)目標(biāo)是否成功，在不成功的條件下，依據(jù)引 導(dǎo)數(shù)據(jù)和掃描函數(shù)，啟動掃描策略對目標(biāo)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行動態(tài)搜索；在搜索成功的情況 下，由操作手確定停止掃描，同時保持偏差量，等待轉(zhuǎn)換其它跟蹤方式；如果需要再次捕獲 目標(biāo)時，選擇清除偏差量，重新開始動態(tài)掃描搜索目標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法，其特征在于：所述 第（1)步和第（2)步中，利用目標(biāo)和光電跟蹤測量設(shè)備的誤差特點，設(shè)計、建立掃描函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法，其特征在于：第（2) 步中掃描函數(shù)設(shè)計的原則為：對于探測器而言，探測器視場越小掃描速度越小，掃描范圍越 大；對于引導(dǎo)誤差而言，哪個誤差越大，掃描范圍相應(yīng)的也應(yīng)當(dāng)越大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法，其特征在于：所述 第（3)步中，依據(jù)光電測量設(shè)備的需求，設(shè)計設(shè)備上所要使用的策略。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法，其特征在于：所述 第（4)步中，依據(jù)操作手的需求，設(shè)計人工干預(yù)的操作方式，并將操作方式和使用策略結(jié) 合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法，其特征在于：所述 第（5)步中，在整個目標(biāo)捕獲過程中，使得伺服系統(tǒng)始終處于閉環(huán)狀態(tài)，設(shè)備始終指向外引 導(dǎo)數(shù)據(jù)所在的區(qū)域，操作手通過使用策略對目標(biāo)捕獲過程進(jìn)行人工干預(yù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于動態(tài)掃描方式的目標(biāo)捕獲方法，涉及光電設(shè)備研制尤其動平臺下光電設(shè)備研制領(lǐng)域。針對光電跟蹤測量設(shè)備特別是運行平臺下的光電跟蹤設(shè)備，由于光電探測器視場小，同時系統(tǒng)誤差、定位誤差等各項誤差存在的情況下，使得目標(biāo)不容易捕獲的特點。采用評估目標(biāo)捕獲的誤差特點，制定不同的策略，并設(shè)計操作方式加載策略等過程。實現(xiàn)了外引導(dǎo)數(shù)據(jù)不能捕獲目標(biāo)，且不需要操作手進(jìn)行手動捕獲目標(biāo)的前提下，充分利用外引導(dǎo)數(shù)據(jù)、動態(tài)掃描函數(shù)和人工干預(yù)的控制策略和方法，增加目標(biāo)捕獲的概率。
【IPC分類】G05D1-12
【公開號】CN104793631
【申請?zhí)枴緾N201510074164
【發(fā)明人】張涯輝, 江彧, 吳瓊雁
【申請人】中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年2月12日