一种目标特性参数测量装置及方法

本发明涉及一种目标特性参数测量装置及方法，属于无人船自动驾驶领域。

背景技术：

无人船是一种具有自主避障与规划、自主航行能力，并能自主完成环境感知、目标识别与定位等任务的智能水面平台。在无人船进行自主航行时，无人船需要配备相应的传感器模块，例如激光雷达、卫星导航系统和光电传感器等设备，实现行进路线上周围环境感知，从而合理规划行进路径、对周围目标进行监测等。当无人船在水面上行进时，受到水面环境特性的影响，激光雷达对环境感知的效果不好，而且距离受到限制，常用的激光雷达产品的探测距离为300m左右，不满足无人船高速行驶过程中对环境感知的需求。将红外相机、可见光相机、激光测距机、gps/ins系统传感器组合到一起，完成无人船行进路径环境特性感知，通过建模算法完成静止目标位置，动态目标位置、速度、姿态角解算。目前，此类技术还没有相关报道。另外，此系统还可通过网络实现感知设备组网，实现无人船集群间环境特性，拓展其应用领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种目标特性参数测量装置及方法。将红外相机、可见光相机、激光测距机、gps/ins系统传感器组合到一起，完成无人船行进路径环境特性感知，通过建模算法完成静止目标位置，动态目标位置、速度、姿态角解算，为无人船自主航行提供技术支撑。

本发明提供的技术方案是这样实现的：

一种目标特性参数测量装置及方法，由红外光相机1、可见光相机2、激光测距机3、方位转台4、俯仰转台5、承载体6、第二gps天线7、gps/ins组合系统8、第一gps天线9、主控计算机10、第二光通信模块11、第一光通信模块12、gps差分站13构成。

俯仰转台5安装在承载体6上；方位转台4安装在俯仰转台5上；激光测距机3安装在方位转台4上；可见光相机2安装在激光测距机3上；红外光相机1安装在可见光相机1上；第二gps天线(7)、gps/ins组合系统8、第一gps天线9、主控计算机10、第二光通信模块顺次安装在承载体6上；gps差分站13安装在第一光通信模块12上；

红外光相机1、可见光相机2、激光测距机3、方位转台4、俯仰转台5、gps/ins组合系统8、第二光通信模块11通过线缆与主控计算机10相连；第二gps天线7、第一gps天线9通过线缆与gps/ins组合系统8相连。

其具体步骤如下：

(1)红外光相机1对目标成像获得目标的红外图像，可见光相机2对目标成像获得目标的可见光图像，在主控计算机10内完成红外图像与可见光图像融合，并完成目标识别与跟踪。

(2)激光测距机3获得目标距离l值；方位转台4获得方位转角α1，俯仰转台5获得俯仰转角α2；根据如下公式获得目标在视轴坐标系下的坐标(x1，y1，z1)，

(3)第一光通信模块12将gps差分站13获得的位置差分坐标修正值(δx，δy，δz)传输给第二光通信模块11，第二光通信模块11获得位置差分坐标修正值后，将此修正值送入主控计算机10；第一gps天线9获得坐标(x2，y2，z2)，对坐标(x2，y2，z2)进行处理获得坐标(x3，y3，z3)＝(x2+δx，y2+δy，z2+δz)。

(4)应用如下公式将坐标(x1，y1，z1)转换为空间大地直角坐标(x1，y1，z1)，

式中，θ1为承载体6的横滚角，θ2为承载体6的航向角，θ3为承载体6的俯仰角，θ1，θ2，θ3由gps/ins组合系统8给出，b为纬度值，l为经度值，b与l由第一gps天线9与gps/ins组合系统8共同给出。

(5)间隔时间t后对目标再次进行测量，重复步(1)-(4)获得目标位置(x4，y4，z4)，则运动目标的三维速度(vx,vy,vz)可通过下式求出：

(6)以坐标(x1，y1，z1)为原点，建立地理坐标系，将坐标(x4，y4，z4)转换到地理坐标系下，获得坐标(x4，y4，z4)，则运动目标的航向角β1、俯仰角β2由下式求出：

本发明的积极效果：是将红外相机、可见光相机、激光测距机、gps/ins系统传感器组合到一起，完成无人船行进路径环境特性感知，通过建模算法完成静止目标位置，动态目标位置、速度、姿态角解算。具有感知距离远、感知精度高、受环境影响小等突出特点，满足无人船自主航行时行进路线环境特性感知的要求。

附图说明

图1是一种目标特性参数测量装置及方法的示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：

红外光相机选用峰值灵敏度在1550nm波段相机：可见光相机选用具有高增益功能的相机；激光测距机选用测距距离在1km，测距精度为5m的系统；gps/ins选用内置光纤陀螺产品。

实施例1

红外光相机1、可见光相机2、激光测距机3、方位转台4、俯仰转台5、承载体6、第二gps天线7、gps/ins组合系统8、第一gps天线9、主控计算机10、第二光通信模块11、第一光通信模块12、gps差分站13。如图1所示安置。

俯仰转台5安装在承载体6上；方位转台4安装在俯仰转台5上；激光测距机3安装在方位转台4上；可见光相机2安装在激光测距机3上；红外光相机1安装在可见光相机1上；第二gps天线(7)、gps/ins组合系统8、第一gps天线9、主控计算机10、第二光通信模块顺次安装在承载体6上；gps差分站13安装在第一光通信模块12上；

红外光相机1、可见光相机2、激光测距机3、方位转台4、俯仰转台5、gps/ins组合系统8、第二光通信模块11通过线缆与主控计算机10相连；第二gps天线7、第一gps天线9通过线缆与gps/ins组合系统8相连。

实施步骤如下：

(1)红外光相机1对目标成像获得目标的红外图像，可见光相机2对目标成像获得目标的可见光图像，在主控计算机10内完成红外图像与可见光图像融合，并完成目标识别与跟踪。

(2)激光测距机3获得目标距离l值；方位转台4获得方位转角α1，俯仰转台5获得俯仰转角α2；根据如下公式获得目标在视轴坐标系下的坐标(x1，y1，z1)，

(3)第一光通信模块12将gps差分站13获得的位置差分坐标修正值(δx，δy，δz)传输给第二光通信模块11，第二光通信模块11获得位置差分坐标修正值后，将此修正值送入主控计算机10；第一gps天线9获得坐标(x2，y2，z2)，对坐标(x2，y2，z2)进行处理获得坐标(x3，y3，z3)＝(x2+δx，y2+δy，z2+δz)。

(4)应用如下公式将坐标(x1，y1，z1)转换为空间大地直角坐标(x1，y1，z1)，

式中，θ1为承载体6的横滚角，θ2为承载体6的航向角，θ3为承载体6的俯仰角，θ1，θ2，θ3由gps/ins组合系统8给出，b为纬度值，l为经度值，b与l由第一gps天线9与gps/ins组合系统8共同给出。

(5)间隔时间t后对目标再次进行测量，重复步(1)-(4)获得目标位置(x4，y4，z4)，则运动目标的三维速度(vx,vy,vz)可通过下式求出：

(6)以坐标(x1，y1，z1)为原点，建立地理坐标系，将坐标(x4，y4，z4)转换到地理坐标系下，获得坐标(x4，y4，z4)，则运动目标的航向角β1、俯仰角β2由下式求出：

通过以上步骤实现静止目标位置大地坐标测量，动态目标大地坐标、目标运行速度、目标姿态角测量。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。