一种虚拟场景与真实试验平台空间位置映射转换方法与流程

1.本发明属于雷达对抗场景模拟技术领域，特别是一种虚拟场景与真实试验平台空间位置映射转换方法。


背景技术：

2.在雷达抗战场复杂电磁干扰试验评估时，通常在一台场景计算机中模拟雷达对抗场景，然后通过各种驱动文件将对抗场景映射到真实试验平台中，真实试验平台一般包括试验雷达、目标回波模拟器、以及架设模拟器的大型方位/俯仰动作机构等。从虚拟场景到真实试验平台之间的空间位置映射涉及到虚拟场景中的雷达对抗场景与真实试验平台中各设备的空间位置对应关系，其中统一坐标系的选取、真实平台中各设备间相对位置的标定、真实平台覆盖范围与场景对应关系等成为关键。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种虚拟场景与真实试验平台空间位置映射转换方法。
4.实现本发明能够目的的技术解决方案为：一种虚拟场景与真实试验平台空间位置映射转换方法，包括以下步骤：
5.步骤1、将虚拟场景中用大地坐标系表示的各元素位置信息，转换到以雷达为原点的东北天极坐标系中，并提取场景中探测目标的方位轨迹中心θ
mid
；
6.步骤2、利用寻北仪和全站仪测量真实试验平台中试验雷达坐标、架设目标模拟器的大型方位/俯仰动作机构坐标，并转换到以雷达为原点的东北天极坐标系中，求得方位角θ
yb
；
7.步骤3、将虚拟场景中的探测目标轨迹文件旋转θ
mid-θ
yb
角度，映射到真实试验平台中，实现虚拟场景与真实试验平台的场景对应。
8.与现有技术相比，本发明的显著优势在于：(1)将虚拟场景中设计的雷达对抗场景转换到以雷达为原点的东北天坐标系中，并提取场景中运动目标的方位轨迹中心，标定真实平台中试验雷达、大型方位/俯仰动作机构的相对位置，将虚拟场景中的雷达对抗场景经过平移旋转后，映射到真实试验平台中，实现了虚拟场景与真实试验平台之间的空间位置映射；(2)方法简单，易于实施，可靠性强。
附图说明
9.图1为本发明虚拟场景与真实试验平台空间位置映射转换方法的流程示意图。
10.图2为本发明实施例中真实试验平台位置标定的流程示意图。
11.图3为本发明实施例中虚拟场景与真实试验平台轨迹旋转的流程示意图。
具体实施方式
12.本发明一种虚拟场景与真实试验平台空间位置映射转换方法，包括以下步骤：
13.步骤1、将虚拟场景中用大地坐标系表示的各元素位置信息，转换到以雷达为原点的东北天极坐标系中，并提取场景中探测目标的方位轨迹中心θ
mid
；
14.步骤2、利用寻北仪和全站仪测量真实试验平台中试验雷达坐标、架设目标模拟器的大型方位/俯仰动作机构坐标，并转换到以雷达为原点的东北天极坐标系中，求得方位角θ
yb
；
15.步骤3、将虚拟场景中的探测目标轨迹文件旋转θ
mid-θ
yb
角度，映射到真实试验平台中，实现虚拟场景与真实试验平台的场景对应。
16.作为一种具体示例，步骤1所述的将虚拟场景中用大地坐标系表示的各元素位置信息，转换到以雷达为原点的东北天极坐标系中，并提取场景中探测目标的方位轨迹中心θ
mid
，具体如下：
17.步骤1.1、在虚拟场景中编辑雷达对抗场景，包括试验雷达和探测目标，并以20ms为单位形成以大地坐标系表示的运动轨迹；
18.步骤1.2、将试验雷达和探测目标的位置信息由大地坐标系转换到wgs84直角坐标系中；
19.步骤1.3、将由wgs84直角坐标系表示的试验雷达和探测目标轨迹，转换到以雷达天线中心为原点的东北天直角坐标系中；
20.步骤1.4、将由东北天直角坐标表示的探测目标位置，转换为以东北天极坐标表示；
21.步骤1.5、计算该批探测目标的方位轨迹中心θ
mid
。
22.作为一种具体示例，步骤1.2所述的将试验雷达和探测目标的位置信息由大地坐标系转换到wgs84直角坐标系中，具体如下：
[0023][0024][0025]
x＝(n+h)cos(b)cos(l)
[0026]
y＝(n+h)cos(b)sin(l)
[0027]
z＝[n(1-e2)+h]sin(b)
[0028]
式中，l,b,h为读取的试验雷达或探测目标轨迹文件的经度、纬度和高度，a,b分别表示地球的长半轴和短半轴，e为偏心率，其中a＝6378137；b＝6356752.3142；试验雷达在wgs84直角坐标系中表示为[x
d84
,y
d84
,z
d84
]
t
，目标位置在wgs84直角坐标系中表示为[x
84
,y
84
,z
84
]
t
。
[0029]
作为一种具体示例，步骤1.3所述的将由wgs84直角坐标系表示的试验雷达和探测目标轨迹，转换到以雷达天线中心为原点的东北天直角坐标系中，具体如下：
[0030][0031]
其中：
[0032][0033]
式中，[x
dl
,y
dl
,z
dl
]
t
表示以试验雷达天线中心为原点的探测目标的东北天坐标系参数；[x
84
,y
84
,z
84
]
t
表示探测目标在wgs-84坐标系下的参数；[x
d84
,y
d84
,z
d84
]
t
表示试验雷达天线中心在wgs-84坐标系下的参数；ld、bd表示试验雷达天线中心在大地坐标系下的经度、纬度。
[0034]
作为一种具体示例，步骤1.4所述的将由东北天直角坐标表示的探测目标位置，转换为以东北天极坐标表示，具体如下：
[0035][0036]
式中，r为探测目标距离，θ为探测目标方位角，为探测目标俯仰角。
[0037]
作为一种具体示例，步骤1.5所述的计算该批探测目标的方位轨迹中心θ
mid
，具体如下：
[0038]
θ
mid
＝(θ
max
+θ
min
)/2
[0039]
式中θ
max
为该批探测目标的方位最大值，θ
min
为该批探测目标的方位最小值。
[0040]
作为一种具体示例，步骤2所述的利用寻北仪和全站仪测量真实试验平台中试验雷达坐标、架设目标模拟器的大型方位/俯仰动作机构坐标，并转换到以雷达为原点的东北天极坐标系中，求得方位角θ
yb
，具体如下：
[0041]
步骤2.1、架设寻北仪和全站仪并调平，寻北仪完成寻北；
[0042]
步骤2.2、利用全站仪标定东北天直角坐标系下试验雷达天线中心位置，并记录为[x
ld
,y
ld
,z
ld
]
t
；
[0043]
步骤2.3、利用全站仪标定东北天直角坐标系下大型方位/俯仰动作机构位置，并记录为[x
yb
,y
yb
,z
yb
]
t
；
[0044]
步骤2.4、计算东北天直角坐标系下以试验雷达为原点表示的大型方位/俯仰动作机构位置轴心坐标；
[0045]
步骤2.5、采用式(3)将步骤2.4计算出的大型方位/俯仰动作机构位置轴心坐标转换到东北天极坐标系下，求出方位角θ
yb
。
[0046]
作为一种具体示例，步骤2.4所述的计算东北天直角坐标系下以试验雷达为原点表示的大型方位/俯仰动作机构位置轴心坐标，并记录为[x
ly
,y
ly
,z
ly
]
t
，具体如下：
[0047][0048]
作为一种具体示例，步骤3所述的将虚拟场景中的探测目标轨迹文件旋转θ
mid-θ
yb
角度，映射到真实试验平台中，实现虚拟场景与真实试验平台的场景对应，具体如下：
[0049]
步骤3.1、计算虚拟场景中探测目标轨迹文件与真实试验平台中大型方位/俯仰动作机构方位角之差：
[0050]
θ
xz
＝θ
mid-θ
yb
[0051]
步骤3.2、将虚拟场景中的探测目标轨迹文件旋转θ
xz
至真实试验平台中；
[0052]
步骤3.3、计算旋转后的探测目标轨迹文件；
[0053]
步骤3.4、利用旋转后的探测目标轨迹文件驱动真实试验平台动作。
[0054]
作为一种具体示例，步骤3.3所述的计算旋转后的探测目标轨迹文件，记录为(lx,ly,lz)，具体如下：
[0055][0056]
下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步的详细说明。
[0057]
实施例
[0058]
结合图1，本发明一种虚拟场景与真实试验平台空间位置映射转换方法，包括以下步骤：
[0059]
步骤1、将虚拟场景中用大地坐标系表示的各元素位置信息，转换到以雷达为原点的东北天极坐标系中，并提取场景中探测目标的方位轨迹中心θ
mid
，具体如下：
[0060]
步骤1.1、在虚拟场景中编辑雷达对抗场景，包括试验雷达和探测目标，并以20ms为单位形成以大地坐标系表示的运动轨迹；
[0061]
步骤1.2、将试验雷达和探测目标的位置信息由大地坐标系转换到wgs84直角坐标系中，具体如下：
[0062][0063]
式中，l,b,h为读取的试验雷达或探测目标轨迹文件的经度、纬度和高度，a,b分别表示地球的长半轴和短半轴，e为偏心率，其中a＝6378137；b＝6356752.3142；试验雷达在wgs84直角坐标系中表示为[x
d84
,y
d84
,z
d84
]
t
，目标位置在wgs84直角坐标系中表示为[x
84
,y
84
,z
84
]
t
；
[0064]
步骤1.3、将由wgs84直角坐标系表示的试验雷达和探测目标轨迹，转换到以雷达天线中心为原点的东北天直角坐标系中，具体如下：
[0065][0066]
其中：
[0067][0068]
式中，[x
dl
,y
dl
,z
dl
]
t
表示以试验雷达天线中心为原点的探测目标的东北天坐标系参数；[x
84
,y
84
,z
84
]
t
表示探测目标在wgs-84坐标系下的参数；[x
d84
,y
d84
,z
d84
]
t
表示试验雷达天线中心在wgs-84坐标系下的参数；ld、bd表示试验雷达天线中心在大地坐标系下的经度、纬度；
[0069]
步骤1.4、将由东北天直角坐标表示的探测目标位置，转换为以东北天极坐标表示，具体如下：
[0070][0071]
式中，r为探测目标距离，θ为探测目标方位角，为探测目标俯仰角；
[0072]
步骤1.5、计算该批探测目标的方位轨迹中心θ
mid
，具体如下：
[0073]
θ
mid
＝(θ
max
+θ
min
)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0074]
式中θ
max
为该批探测目标的方位最大值，θ
min
为该批探测目标的方位最小值。
[0075]
步骤2、利用寻北仪和全站仪测量真实试验平台中试验雷达坐标、架设目标模拟器的大型方位/俯仰动作机构坐标，并转换到以雷达为原点的东北天极坐标系中，求得方位角θ
yb
，结合图2，具体如下：
[0076]
步骤2.1、架设寻北仪和全站仪并调平，寻北仪完成寻北；
[0077]
步骤2.2、利用全站仪标定东北天直角坐标系下试验雷达天线中心位置，并记录为[x
ld
,y
ld
,z
ld
]
t
；
[0078]
步骤2.3、利用全站仪标定东北天直角坐标系下大型方位/俯仰动作机构位置，并记录为[x
yb
,y
yb
,z
yb
]
t
；
[0079]
步骤2.4、计算东北天直角坐标系下以试验雷达为原点表示的大型方位/俯仰动作机构位置轴心坐标，具体如下：
[0080][0081]
步骤2.5、采用式(3)将步骤2.4计算出的大型方位/俯仰动作机构位置轴心坐标转
换到东北天极坐标系下，求出方位角θ
yb
。
[0082]
步骤3、将虚拟场景中的探测目标轨迹文件旋转θ
mid-θ
yb
角度，映射到真实试验平台中，实现虚拟场景与真实试验平台的场景对应，具体如下：
[0083]
步骤3.1、计算虚拟场景中探测目标轨迹文件与真实试验平台中大型方位/俯仰动作机构方位角之差：
[0084]
θ
xz
＝θ
mid-θ
yb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0085]
步骤3.2、将虚拟场景中的探测目标轨迹文件旋转θ
xz
至真实试验平台中，如图3所示；
[0086]
步骤3.3、计算旋转后的探测目标轨迹文件，具体如下：
[0087][0088]
步骤3.4、利用旋转后的探测目标轨迹文件驱动真实试验平台动作。
[0089]
本发明将虚拟场景中设计的雷达对抗场景转换到以雷达为原点的东北天坐标系中，并提取场景中运动目标的方位轨迹中心，标定真实平台中试验雷达、大型方位/俯仰动作机构的相对位置，将虚拟场景中的雷达对抗场景经过平移旋转后，映射到真实试验平台中，实现了虚拟场景与真实试验平台之间的空间位置映射，具有方法简单，易于实施，可靠性强的优点。