Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения



Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения
Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения

Владельцы патента RU 2700275:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

Изобретение относится к пассивным сканирующим системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за движущимися объектами. Достигаемый технический результат – определение пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения. Система состоит из нескольких приемников, взаимно удаленных и ориентированных в пространстве. Сканирование осуществляется изменением углового положения линии визирования приемника во времени по определенному правилу. По результатам сканирования формируются орты направлений на объект в системах координат приемников и фиксируются моменты времени их образования. Предложенный способ позволяет в каждом периоде сканирования находить векторы пространственных координат положения объекта, скорости и ускорения его движения. Для этого из координат ортов и разностей моментов времени их образования составляется матрица системы уравнений и находится ее решение матричным методом.

 

Изобретение относится к пассивным сканирующим системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн [1, 2], предназначенным для наблюдения за движущимися объектами. Система состоит из нескольких приемных устройств - приемников, взаимно удаленных и ориентированных в пространстве. Сканирование осуществляется изменением углового положения линии визирования приемников во времени по определенному правилу. При каждом положении линии визирования принимаемый сигнал излучения в направлении линии визирования преобразуется в тракте первичной обработки и преобразуется в цифровую форму. При определенной мощности сигнала, превышающей порог обнаружения, фиксируются углы направления на объект и момент времени образования сигнала при данном направлении. Для определения пространственного положения объекта требуется наличие двух наблюдателей, образующих стереопару [1].

Известен способ определения пространственного положения объекта [1, с. 174-176], который применительно к сканирующим системам можно интерпретировать следующим образом.

1. Размещаются два приемника, сканирующих зону обзора и взаимно ориентированные базовым вектором b2=(b2x,b2y,b2z)T, соединяющим центры прямоугольных систем координат, и матрицей Р2 поворота осей координат второго наблюдателя относительно первого (T - символ транспонирования).

2. Формируются в одном периоде сканирования орты а1=(a1x,a1y,a1z) и a2=(a2x,a2y,a2z)T векторов М1=(x1,y1,z1)T и М2=(x2,y2,z2)T направлений на объект в системах координат наблюдателей на моменты времени t1 и t2. В общем случае t1≠t2 из-за различной ориентации приемников в пространстве и различии в правилах сканирования. Пространственное положение объекта определяется координатами векторов М1 и М2, связанных с ортами а1 и а2 через наклонные дальности до объекта r1 и r2:

3. Записывается достаточное условие сопряжения векторов М1 и М2, то есть направления на один и тот же объект в виде уравнения связи координат с точностью до ошибок сопряжения:

где е2=(e2x,e2y,e2z) - вектор ошибок сопряжения. С учетом (1) уравнение (2) принимает вид:

После обозначения уравнение (3) представляется в матричном виде как запись трех уравнений с двумя неизвестными r1 и r2:

4. По критерию минимума квадрата нормы вектора ошибок сопряжения (метода наименьших квадратов - МНК):

Находится вектор МНК-оценок дальностей

где НА=(ATA)-1AT - матрица весовых коэффициентов, и соответственно находятся оценки пространственных координат объекта на моменты времени t1 и t2 в системах координат наблюдателей:

5. Оценки положения объекта обновляются в последовательности периодов сканирования путем повторения операций пп. 2-4.

Однако данный способ обладает следующим недостатком - он справедлив только для неподвижного объекта. В случае движущегося объекта происходит смещение вектора М1 на промежутке времени [t1, t2], вследствие чего нарушается условие сопряжения (2). Объект, движущийся по линейному закону со скоростью V1=(ν1x1y1z)T на момент времени t1 в системе координат первого приемника, получает приращение ΔМ1=V1Δt за время Δt=t2-t1. С учетом этого условие сопряжения (2) запишем как:

Уравнение (4) представляет систему трех уравнений (по числу координат векторов) с пятью неизвестными r1, r2, ν1x, ν1y, ν1z и не имеет точного решения.

Объект, движущийся также с ускорением на момент времени t1, получает приращение При этом уравнение (4) будет содержать восемь неизвестных и также не имеет решения.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этого недостатка, а именно на определение пространственного положения, скорости и ускорения движущегося объекта на момент времени t1.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения, который заключается в размещении двух приемников, сканирующих зону обзора и взаимно ориентированных базовым вектором b2 и матрицей поворота осей Р2, формировании в одном периоде сканирования ортов векторов направлений на объект а1, а2 в системах координат приемников на моменты времени t1, t2, составлении матрицы А из координат векторов а1 и вычислении матрицы НА=(ATA)-1AT и умножении ее слева на вектор b2, получении вектора оценок дальностей до объекта умножении оценок дальностей на орты и получении оценок пространственных координат объекта на моменты времени t1 и t2, повторении всех операций в последовательности периодов сканирования, отличающийся тем, что размещают третий приемник, сканирующий зону обзора, ориентированный относительно первого приеника базовым вектором b3 и матрицей поворота осей Р3, формируют орт а3 в момент времени t3 в направления на объект в третьей системе координат, составляют матрицу А из координат векторов а1, и приращений времени Δt2=t2-t1, Δt3=t3-t1, вычисляют матрицу НА=(ATA)-1AT, умножают ее слева на блочный вектор В, составленный из векторов b2 и b3, в результате получают вектор оценок дальностей и координат вектора V1 скорости движения объекта на момент времени t1 в системе координат первого приемника, затем умножают оценку дальности на орт а1 и получают оценку вектора пространственного положения объекта который вместе с вектором скорости движения объекта передают на сопровождение,

дополнительно размещают еще два приемника, сканирующих зону обзора, ориентированных относительно первого приемника базовыми векторами b4, b5 и матрицами поворота осей Р4, Р5, формируют орты направлений на объект а4, а5 в моменты времени t4, t5, составляют матрицу А из координат векторов а1, и приращений времени Δt2, Δt3, Δt4=t4-t1, Δt5=t5-t1, вычисляют матрицу НА=(АТА)-1АТ, умножают ее слева на блочный вектор В, составленный из векторов b2, b3, b4, b5, в результате получают вектор оценок дальностей и координат векторов V1, скорости и ускорения движения объекта на момент времени в системе координат первого наблюдателя, затем умножают оценку дальности на орт а1 и получают оценку вектора пространственного положения объекта который вместе с оценками вектора скорости и ускорения движения объекта передают на сопровождение.

Алгоритмически способ осуществляется следующим образом.

1. Размещаются три приемника, сканирующих зону обзора и ориентированных относительно первого основного приемника базовыми векторами b2=(b2x,b2y,b2z)T, b3=(b3x,b3y,b3z)T и матрицами поворота осей координат Р2 и Р3 относительно первого приемника.

2. Формируются в одном периоде сканирования орты а1=(a1x,a1y,a1z)T, a2=(a2x,a2y,a2z)T, a3=(a3x,a3y,a3z)T векторов направлений на объект М1=(x1,y1,z1)T, М2=(x2,y2,z2)T, М3=(x3,y3,z3)T в системах координат приемников в моменты времени t1, t2, t3. Неизвестные векторы пространственного положения объекта М1, М2, М3 связанны с наблюдаемыми ортами через наклонные дальности r1, r2, r3:

3. Записывается достаточное условие сопряжения векторов М1, М2 и М1, М3 в виде системы уравнений связи координат:

где ΔM1,2=V1Δt2 и ΔM1,3=V1Δt3 - приращения вектора М1 за счет изменения его координат за время Δt2=t2-t1 и Δt3=t3-t1 (Δt2≠0, Δt3≠0); V1=(ν1x1y1z)T - вектор скоростей изменения координат объекта в системе первого приемника на момент времени t1; е2=(e2x,e2y,e2z)T и е3=(e3x,e3y,e3z)T - векторы ошибок сопряжения. С учетом (5) система уравнений (6) принимает вид:

После обозначений система (7) представляется как запись шести уравнений с шестью неизвестными r1, r2, r3, ν1x, ν1y, ν1z в матричной форме:

4. По критерию минимума квадрата нормы ошибок сопряжения:

находятся МНК-оценки дальностей и скоростей:

где НА=(ATA)-1AT - матрица весовых коэффициентов.

5. Оценка дальности умножается на орт а1, получаются оценки вектора пространственного положения объекта и скорости его движения на момент времени t1 в первой системе координат.

6. Полученные оценки положения и скорости объекта передаются на сопровождение объекта и обновляются в последовательности периодов сканирования путем повторения операций пп. 2-4.

7. Для повышения точности оценок (10) дальности и скорости предусматривается увеличение числа наблюдателей. При этом в матрице А выражения (8) появляются дополнительные строки и столбцы, а в векторах X, В и Е дополнительные строки. Так, при числе наблюдателей n=4 имеем систему 9 уравнений с 7 неизвестными, а при n=5 систему 12 уравнений с 8 неизвестными.

8. Дополнительно для получения оценки вектора ускорения движения объекта в системе координат первого приемника на момент времени t1 размещаются еще два приемника, сканирующих зону обзора и ориентированных относительно первого наблюдателя базовыми векторами b4, b5 и матрицами поворота осей Р4, Р5. Формируются орты направлений на объект а4, а5 на моменты времени t4, t5.

9. Записывается система уравнений

где - приращения вектора М1 за счет изменения его координат за время Δtk=tk-t1 (Δtk≠0); - вектор ускорений изменения координат объекта в системе первого приемника на момент времени t1. После преобразования (11) к виду:

при n=5 имеем систему 3(n-1)=12 уравнений с n+6=11 неизвестными, которая записывается в матричной форме АХ-В=Е подобно (8), где матрица A имеет 3(n-1) строк и n+6 столбцов. Решение системы (12) дает вектор

10. Для сопровождения объекта в каждом периоде сканирования выдаются векторы оценок его пространственного положения скорости и ускорения на момент времени t1.

Предложенный способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе может найти применение в существующих оптических и радиометрических системах пассивного видения при наблюдении за объектами.

При этом в радиометрической системе, состоящей из k-х радиометров с антеннами, сканирующими в направлении угловых координат азимута ϕ и угла места θ, при ориентации осей Ох, Оу в вертикальной плоскости и оси Oz в горизонтальной орты векторов направлений на объект имеют вид: ak=(xk,yk,zk)T=(cosθk sinϕk, sinθk, cosθk cosϕk)T.

В оптической системе, состоящей из k-х видео приемников с фокусным расстоянием ƒk, наблюдающих объект в кадрах видео изображений в координатах xk, yk, орты векторов направлений на объект имеют вид:

Литература

1. Цифровая обработка изображений в информационных системах: учеб. пособие / И.С. Грузман, B.C. Киричук и др. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. 352 с.

2. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2008. 320 с.

Способ определения пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения, заключающийся в размещении двух приемников, сканирующих зону обзора и взаимно ориентированных базовым вектором b2 и матрицей поворота осей Р2, формировании в одном периоде сканирования ортов векторов направлений на объект а1, а2 в системах координат приемников на моменты времени t1, t2, составлении матрицы А из координат векторов а1 и вычислении матрицы НА=(АТА)-1АТ и умножении ее слева на вектор b2, в результате получении вектора оценок дальностей до объекта и умножении оценок дальностей на орты и получении оценок пространственных координат объекта на моменты времени t1 и t2, повторении всех операций в последовательности периодов сканирования, отличающийся тем, что размещают третий приемник, сканирующий зону обзора, ориентированный относительно первого приемника базовым вектором b3 и матрицей поворота осей Р3, формируют орт а3 в момент времени t3 в направлении на объект в третьей системе координат, составляют матрицу А из координат векторов а1, и приращений времени Δt2=t2-t1, Δt3=t3-t1, вычисляют матрицу HA=(ATA)-1АТ, умножают ее слева на блочный вектор В, составленный из векторов b2 и b3, в результате получают вектор оценок дальностей и координат вектора V1 скорости движения объекта на момент времени t1 в системе координат первого приемника, затем умножают оценку дальности на орт a1 и получают оценку вектора пространственного положения объекта который вместе с вектором скорости движения объекта передают на сопровождение, дополнительно размещают еще два приемника, сканирующих зону обзора, ориентированных относительно первого приемника базовыми векторами b4, b5 и матрицами поворота осей Р4, Р5, формируют орты направлений на объект а4, а5 в моменты времени t4, t5, составляют матрицу А из координат векторов а1, и приращений времени Δt2, Δt3, Δt4=t4-t1, Δt5=t5-t1, вычисляют матрицу НА=(АТА)-1АТ, умножают ее слева на блочный вектор В, составленный из векторов b2, b3, b4, b5, в результате получают вектор оценок дальностей и координат векторов V1, скорости и ускорения движения объекта на момент времени t1 в системе координат первого приемника, затем умножают оценку дальности на орт a1 и получают оценку вектора пространственного положения объекта который вместе с оценками вектора скорости и ускорения движения объекта передают на сопровождение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам беспроводного определения местоположения объекта. Система (600) позиционирования на основе ультраширокополосного двухпроходного определения расстояния включает в себя множество активных меток (606), каждая из которых имеет положение, и множество радиомаяков (604), выполненных с возможностью определения положения метки (606) из множества активных меток.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга, размещаемых, в том числе, на беспилотных летательных аппаратах, для двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения по азимуту и углу места, а также при определении местоположения наземных объектов по радиоизлучениям их передатчиков.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач пеленгования источников радиоизлучения (ИРИ).

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения подвижного ИРИ на произвольной высоте, в частности, расположенного на летательном аппарате.

Изобретение относится к области навигационных систем и может быть использовано для позиционирования наземных подвижных объектов на основе видеоинформации, получаемой от двух и более пространственно разнесенных видеокамер.

Изобретение относится к системам мониторинга местоположения. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения и параметров движения спортсменов и спортивных снарядов.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат движущегося объекта и управления его движением в зонах навигации.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат движущегося объекта и управления его движением в зонах навигации.

Изобретение относится к области радиотехники, навигации и может быть использовано для определения трехмерных координат летательного аппарата дальномерным методом при расположении станций с известными координатами на равнинной местности.

Изобретение относится к области определения координат летательных аппаратов и может быть использовано в военной технике. Достигаемый технический результат - определение координат летательных аппаратов при производстве внешнетраекторных измерений дальномерно-пеленгационным способом с двух измерительных пунктов по азимуту, углу места и дальности и оценка его точности.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к пассивным системам радиомониторинга, и, в частности, может быть использовано в системах местоопределения источников радиоизлучения (ИРИ).

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга, размещаемых, в том числе, на беспилотных летательных аппаратах, для двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения по азимуту и углу места, а также при определении местоположения наземных объектов по радиоизлучениям их передатчиков.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач пеленгования источников радиоизлучения (ИРИ).

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач отождествления спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения.

Изобретение относится к области навигационных систем и может быть использовано для позиционирования наземных подвижных объектов на основе видеоинформации, получаемой от двух и более пространственно разнесенных видеокамер.

Изобретение относится к области пассивной радиолокации и может быть использовано в системе радиотехнического контроля для определения местоположения наземного стационарного источника импульсных радиосигналов с фиксированным периодом повторения импульсов.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способу определения местоположения наземных целей наземной пространственно распределенной радионавигационной системой (РНС), содержащей передатчики опорных станций РНС, наземный приемник, в которой для подсвета целей используются сигналы передатчиков РНС.

Изобретение относится к способам измерения расстояний с использованием радиоволн и может быть использовано для дистанционного мониторинга местоположения транспортных средств (ТС), движущихся по известным траекториям.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к системам определения местоположения воздушных судов многопозиционной неизлучающей системой наблюдения «навигационные спутники - воздушные цели - приемник», в которой для подсвета воздушных целей используются сигналы навигационных спутников глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).

Изобретение относится к определению местоположения мобильных устройств. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения.

Изобретение относится к пассивным сканирующим системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за движущимися объектами. Достигаемый технический результат – определение пространственного положения, скорости и ускорения объекта в пассивной сканирующей системе видения. Система состоит из нескольких приемников, взаимно удаленных и ориентированных в пространстве. Сканирование осуществляется изменением углового положения линии визирования приемника во времени по определенному правилу. По результатам сканирования формируются орты направлений на объект в системах координат приемников и фиксируются моменты времени их образования. Предложенный способ позволяет в каждом периоде сканирования находить векторы пространственных координат положения объекта, скорости и ускорения его движения. Для этого из координат ортов и разностей моментов времени их образования составляется матрица системы уравнений и находится ее решение матричным методом.

Наверх