一种基于动态扫描方式的目标捕获方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电跟踪测量领域，涉及光电跟踪测量设备目标捕获的系统设计与实 现，具体涉及一种基于动态扫描方式的目标捕获方法。
【背景技术】
[0002] 光电探测器是光电跟踪测量设备的核心器件，受光学设计以及相关指标的限制， 一般在相同作用距离条件下，其视场要小于其它类型的探测器。因而在光电设备实时工作 中，需要利用其他的信息来对目标进行捕获一一这个过程称之为外引导。在外引导目标进 入探测器视场时，由于各种误差的存在，使得有时设备虽然始终动态指向目标所在区域，但 目标却无法进入视场。而对于运动平台上的光电跟踪设备，通过外引导对目标的捕获则更 为困难。具体来说有以下几种误差：
[0003] ?目标的定位误差：误差由定位设备误差决定，如：典型的GPS定位误差在IOm左 右，而雷达定位误差则更大；
[0004] ?设备的定位误差：由对设备自身的定位设备误差决定；
[0005] 鲁光电设备的系统误差：由光电设备的光学器件与机械结构决定，在运动平台下 还要考虑姿态测量误差以及惯导设备的安装误差；
[0006] ?大气误差：由于大气折射误差；
[0007] ?其它耦合数据误差。
[0008] 在以上误差作用下，对目标的捕获有时需要持续相当长的时间，而有时则不能通 过外引导数据实现对目标的捕获。产生以上现象的主要原因是误差的随机性、传感器噪声 分布特点以及误差之间的耦合特性。当遇到目标未捕获现象时，操作手一般有两种方式进 行处理，一种为采用外引导数据闭环，等待目标进入视场；一种为采用手动捕获的方式，搜 索目标。但由于在目标捕获的时间段内目标的位置还在变化，操作手会十分矛盾是否停止 外引导捕获而转入手动捕获目标。即如果选择手动捕获过程，则目标机动运行可能会使得 捕获无法成功；如果选择等待，则又无法控制目标捕获的时间。如何利用操作手的操作，同 时又充分利用外引导数据，而且能够缩短目标的捕获时间，是光电跟踪测量设备尤其是运 动平台下光电设备设计的重点。
【发明内容】
[0009] 本发明解决的技术问题为：在各种误差存在的情况下，当目标不能被引导进入视 场时，利用外引导数据进行闭环，同时充分利用操作手对闭环的回路进行修改，缩减目标的 捕获时间一一加快对目标捕获的进程。本发明采用动态扫描的方法，对目标的引导数值进 行扩展，在有操作手参与的情况下实现对目标进行捕获。
[0010] 本发明采用的技术方案为：一种基于动态扫描方式的目标捕获方法，实现步骤如 下：
[0011] 步骤（1)评估、建立光电跟踪测量设备的误差特性，即建立光电探测器的视场大 小和目标在光电跟踪测量设备坐标系内的误差特点；
[0012] 步骤⑵确定扫描函数：依据步骤⑴特点，建立扫描函数扫描的范围、速度以及 具体算法，扫描函数设计时要注意的事项为：1)目标捕获的误差特性确定扫描范围和扫描 形式；2)探测器视场覆盖范围确定扫描的速度；
[0013] 步骤（3)确定使用策略：主要依据操作手对目标捕获过程的判断确定，何时启动 扫描过程，何时停止扫描过程，何时保持扫描偏差不变，何时清除扫描偏差重新开始扫描；
[0014] 步骤（4)依据操作手的操作习惯，对使用策略进行固化操作，即设计操作手的不 同操作方式对应的相应策略；
[0015] 步骤（5)在引导过程中，由操作手判断引导目标是否成功，在不成功的条件下，依 据引导数据和扫描函数，启动扫描策略对目标在一定范围内进行动态搜索；在搜索成功的 情况下，由操作手确定停止扫描，同时保持偏差量，等待转换其它跟踪方式。如果需要再次 捕获目标时，选择清除偏差量，重新开始动态扫描搜索目标。
[0016] 其中，所述第（1)步和第（2)步中，利用目标和光电跟踪测量设备的误差特点，设 计、建立扫描函数。
[0017] 其中，第⑵步中扫描函数设计的原则为：对于探测器而言，探测器视场越小扫描 速度越小，扫描范围越大；对于引导误差而言，哪个误差越大，扫描范围相应的也应当越大。
[0018] 其中，所述第（3)步中，依据光电测量设备的需求，设计设备上所要使用的策略。
[0019] 其中，所述第（4)步中，依据操作手的需求，设计人工干预的操作方式，并将操作 方式和使用策略结合。
[0020] 其中，所述第（5)步中，在整个目标捕获过程中，使得伺服系统始终处于闭环状 态，设备始终指向外引导数据所在的区域，操作手通过使用策略对目标捕获过程进行人工 干预。
[0021] 本发明与现有技术相比的主要的优点在于：
[0022] 1)本发明可以利用外引导数据进行伺服闭环，使得光电跟踪测量设备一直处于指 向目标位置的同步转动当中。在引导数据的基础上添加动态扫描过程，可以充分弥补了光 电探测器视场小带来的难于捕获的问题，有利于提高短时间内目标捕获概率。
[0023] 2)本发明当目标处于光电探测器视场当中时，操作手停止扫描过程但保留偏差策 略，可以为操作手预留更多时间确认进入探测器视场的目标是否正确，并同时可以方便操 作手转换跟踪方式。同时以上操作过程，可以通过相应的策略实现缩短人在回路的执行步 骤。
【附图说明】
[0024] 图1为动态扫描对目标捕获设计过程；
[0025] 图2为螺旋扫描覆盖区域；
[0026] 图3为方位折线扫描覆盖区域；
[0027] 图4为混合扫描覆盖区域；
[0028] 图5为动态扫描过程的曲线和理论外引导数据曲线比对示意图。
【具体实施方式】
[0029] 以下是本发明的具体实施办法。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保 护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对该领域的技术人员即可以实现 本发明权利要求的全部内容。
[0030] 光电跟踪测量设备对目标的外引导的过程，主要是将目标位置数据转换为光电设 备坐标系下的数据，为方位和俯仰数值（At，Et)，其中t表示时间。
[0031] 当选择外引导数据进行闭环捕获目标时，即伺服选用的闭环的数据（A，E)为：
[0032] A=At (1)
[0033] E=Et (2)
[0034] 当不能捕获目标时，需要启动扫描函数，启动的过程即是将闭环的数据（A，E)设 置为：
[0035] A=fA(t)+At (3)
[0036] E=fE (t) +Et (4)
[0037] 其中扫描策略主要有，当评估得到目标的误差方位和俯仰相当时，可以建立的扫 描函数主要有螺旋线扫描：
[0038] fA(t) = P XtXcos(0 Xt) (5)
[0039] fE(t) = P XtXsin(0 Xt) (6)
[0040] P为螺旋线的半径变化率，t为时间，0为螺旋线扫描的角速率。当扫描大于设 定范围时，重新逆向扫描。同时当不确定目标引导误差范围的情况下，可以利用操作手人为 控制螺旋线的半径变化率，以增大或减小搜索范围。如图2所示为扫描中心点在（A:40°， E:30° )区域的扫描情况。
[0041] 当评估得到目标的误差方位、俯仰相不同，可以建立的扫描函数主要有折线扫描 方法：
【主权项】
1. 一种基于动态扫描方式的目标捕获方法，其特征在于实现步骤如下： 步骤（1)、评估、建立目标和光电跟踪测量设备的误差特性，即建立光电探测器的视场 大小和目标在光电跟踪测量设备坐标系内的误差特点； 步骤（2)、确定扫描函数：依据步骤（1)特点，建立扫描函数扫描的范围、速度以及具 体算法，扫描函数设计时要注意的事项为：1)目标捕获的误差特性确定扫描范围和扫描形 式；2)探测器视场覆盖范围确定扫描的速度； 步骤（3)、确定使用策略：依据操作手对目标捕获过程的判断确定：何时启动扫描过 程，何时停止扫描过程，何时保持扫描偏差不变，何时清除扫描偏差重新开始扫描； 步骤（4)、依据操作手的操作习惯，对使用策略进行固化操作，即设计操作手的不同操 作方式对应的相应策略； 步骤（5)、在引导过程中，由操作手判断引导目标是否成功，在不成功的条件下，依据引 导数据和扫描函数，启动扫描策略对目标在一定范围内进行动态搜索；在搜索成功的情况 下，由操作手确定停止扫描，同时保持偏差量，等待转换其它跟踪方式；如果需要再次捕获 目标时，选择清除偏差量，重新开始动态扫描搜索目标。
2. 根据权利要求1所述的一种基于动态扫描方式的目标捕获方法，其特征在于：所述 第（1)步和第（2)步中，利用目标和光电跟踪测量设备的误差特点，设计、建立扫描函数。
3. 根据权利要求1所述的一种基于动态扫描方式的目标捕获方法，其特征在于：第（2) 步中扫描函数设计的原则为：对于探测器而言，探测器视场越小扫描速度越小，扫描范围越 大；对于引导误差而言，哪个误差越大，扫描范围相应的也应当越大。
4. 根据权利要求1所述的一种基于动态扫描方式的目标捕获方法，其特征在于：所述 第（3)步中，依据光电测量设备的需求，设计设备上所要使用的策略。
5. 根据权利要求1所述的一种基于动态扫描方式的目标捕获方法，其特征在于：所述 第（4)步中，依据操作手的需求，设计人工干预的操作方式，并将操作方式和使用策略结 合。
6. 根据权利要求1所述的一种基于动态扫描方式的目标捕获方法，其特征在于：所述 第（5)步中，在整个目标捕获过程中，使得伺服系统始终处于闭环状态，设备始终指向外引 导数据所在的区域，操作手通过使用策略对目标捕获过程进行人工干预。
【专利摘要】本发明公开了一种基于动态扫描方式的目标捕获方法，涉及光电设备研制尤其动平台下光电设备研制领域。针对光电跟踪测量设备特别是运行平台下的光电跟踪设备，由于光电探测器视场小，同时系统误差、定位误差等各项误差存在的情况下，使得目标不容易捕获的特点。采用评估目标捕获的误差特点，制定不同的策略，并设计操作方式加载策略等过程。实现了外引导数据不能捕获目标，且不需要操作手进行手动捕获目标的前提下，充分利用外引导数据、动态扫描函数和人工干预的控制策略和方法，增加目标捕获的概率。
【IPC分类】G05D1-12
【公开号】CN104793631
【申请号】CN201510074164
【发明人】张涯辉, 江彧, 吴琼雁
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年2月12日