基于目标位置信息的解算及其补偿

基于目标位置信息的解算及其补偿

高天毅

（贵州航天电子科技有限公司 贵阳 550009）

【摘要】本文主要阐述关于目标位置信息解算的算法，从对背景技术以及国内研究现状进行分析，再到算法原理，最后是算法工程方案以及测试数据。算法主要用于对目标姿态信息的解算研究。通过对动目标的姿态信息进行解算，换算成相应的目标参数，并对这些目标参数中的俯仰角以及方位角进行补偿，从而保证对目标跟踪的姿态角不会发送偏移。

关键词：目标解算；姿态信息；补偿；目标跟踪

1引言

随着监视技术的不断发展，目前可通过多种方法获取目标的航迹信息[1]，如基于二次监视雷达和ADS-B的民航飞机航迹监视[2]以及基于AIS的船舶航迹获取[3]。在测试某产品运动过程时，会出现姿态失调角过大的情况，故进行位置的解算以及对失调角的补偿。根据某产品在运动过程中的目标信息实时解算为某产品自身所需要的伺服指向信息（方位角、俯仰角）,驱动伺服机构控制[4]，从而对失调角进行补偿，控制失调角在允许的范围内，使产品获取位置信息最准确。

2目标解算工作基本原理

目标解算的本质是通过产品自身的位置信息与目标的位置信息进行处理，得到距离以及速度等相关信息，并且产品自身的俯仰角以及方位角则通过转换矩阵处理得到。

通过补偿系数对目标以及产品的x、y、z三轴分量进行补偿，使补偿后的x、y、z三轴分量获取目标信息更加精准，同时，需要处理的x、y、z这三轴分量的数据包括距离、位移以及速度，其算法以及处理流程如下所示。

目标位置x轴分量为Xtpos，位置y轴分量为Ytpos，位置z轴分量为Ztpo；产品位置x轴分量为Xmpos，产品位置y轴分量为Ympos，产品位置z轴分量为Zmpos；目标速度x轴分量为Xtvel，目标速度y轴分量为Ytvel，目标速度z轴分量为Ztvel；产品速度x轴分量为Xmvel，产品速度y轴分量为Ymvel，产品速度z轴分量为Zmvel；Δx为目标与产品x轴上位置的差值；Δy为目标与产品y轴上位置的差值；Δz为目标与产品z轴上位置的差值；Δυx为目标与产品x轴上速度的差值；Δυy为目标与产品y轴上速度的差值；Δυz为目标与产品z轴上速度的差值；γ为目标与产品的直线距离。

Δx=Xtpos-Xmpos

Δy=Ytpos-Ympos

Δz=Ztpos-Zmpos

Δυx=Xtvel-Xmvel

Δυy=Ytvel-Ymvel

Δυz=Ztvel-Zmvel

γ=

判断γ是在（0，SDP_EPS）范围内还是在（-SDP_EPS，0）范围内，若在（0，SDP_EPS）范围内，SDP_EPS取值尽量小数点后10位，则γ= SDP_EPS；若在（-SDP_EPS，0）范围内，则γ=- SDP_EPS。

目标与产品的直线距离的差值为Δγ，υr表示目标与产品之间的相对速度，α为俯仰角，β为偏航角，δ为滚转角。

Δγ=Δx*Δυx+Δy*Δυy+Δz*Δυz

υr=Δγ/γ

转换矩阵ctb定义为[C]，其表达式如下所示。

[C]=

位移矩阵pos定义为[P]，其表达式如下所示。

[C]= *

目标方位角为azi，目标俯仰角为ele，方位角为θ，俯仰角为ψ。

方位角θ公式如下所示

俯仰角ψ公式如下所示

最后该函数通过一系列解算得到目标距离γ、目标速度υr、目标方位角θ以及目标俯仰角ψ，而目标结算后的结果与目标位置信息补偿系数关系很大，目标补偿越准确，获取的目标信息包括位置以及速度等信息就越精确。

3目标位置信息的补偿

3.1目标位置信息的补偿原理

在对目标位置信息进行补偿时，需要对目标信息的方位以及俯仰分别进行补偿，同时在对角度补偿前，需要对产品和目标进行零位核对，使产品与目标之间的角度误差小于0.01°，这样产品在相应的指向角度补偿时，补偿值没有误差。对应到产品上的指标就是俯仰为Y轴，方位为X轴，俯仰角的补偿范围为-3°到3°，方位轴的补偿范围为-3°到3°。

通过机械臂控制产品的动作转向，其补偿方法如下：

当在产品某个度数的纵轴位置y1,进行补偿，第一次补偿结果记为β1，第二次补偿结果为β2，第二次补偿结果是第一次补偿后，通过对齐目标所测得的俯仰角的均值，同理第一次也是均值，原始补偿系数为βo，新的补偿系数差值为βΔ，最终补偿系数为β，其补偿公式如下：

βΔ= y1-β1+ y2-β2+···+ yn-βn

β=βo+βΔ

当在产品某个度数的横轴位置x1,进行补偿，第一次补偿结果记为α1，第二次补偿结果为α2，第二次补偿结果是第一次补偿后，通过对齐目标所测得的俯仰角的均值，同理第一次也是均值，原始补偿系数为αo，新的补偿系数差值为αΔ，最终补偿系数为α，其补偿公式如下：

αΔ= x1-α1+ x2-α2+···+ xn-αn

α=αo+αΔ

综上所述，目标位置信息的补偿是通过在特点的角度对产品在当前角度的所搜索到的目标位置信息进行数值补偿，通过这些补偿数值，可以是产品在相应的角度下，获取目标信息更加全面以及准确。

3.2目标位置信息的补偿结果

补偿数据截取部分数据，该补偿后的数据为俯仰角补偿结果数据，通过上位机获取产品的数据后，对其进行matlab分析，其补偿后的结果如下图所示：

图1 俯仰角补偿结果

补偿后的数据中，红色为补偿后的指向角，蓝色为实际角，图像Y轴为俯仰角度，X轴为采集数据的帧计数，这两个角度的差值应小于0.01，其补偿效果较好。根据试验结果图像统计，补偿后的差值均小于0.01，在该补偿范围内，获取的目标的位置、速度、方位角以及失调角最准确。并且随着俯仰实际角度的变化，补偿后的指向角也在做相对应的运动，同时实际角度与指向角度之间的差值控制在0.01以内，满足指标要求。

4结束语

目标位置信息的解算原理及其补偿可以有效的解决产品在动作时所产生的的角偏差，在姿态解算中，通过解算得到目标距离γ、目标速度υr、目标方位角θ以及目标俯仰角ψ，根据补偿系数对目标方位角θ以及目标俯仰角ψ进行补偿，使产品的方位角以及俯仰角的误差最小，在产品试验中，该方法运行可靠，效果良好，并且产品的方位角以及俯仰角指向准确，获取目标的速度、距离、方位角和俯仰角等信息与配置的目标信息一致。

参考文献：

[1]张海瀛，贺文娇，王伟，王成刚.利用位置信息的目标航迹质量实时评估方法[A].电子科技大学学报，2020,49(6)：813-817.

[2]ZHANG Xuan，ZHANG Jing-jing，WU Shu-fan，et al.Aircraft monitoring by the fusion of satellite and ground ADS-B data[J].Acta Astronautica，2018,143:398-405.

[3]周晖，熊天武，黄忠卫.基于GPS信号的目标位置姿态信息解算方法[A].船舶电子对抗，2020,105(03):1413