一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法

申请号 CN201310483355.6 申请日 2013-10-16 公开(公告)号 CN103558593A 公开(公告)日 2014-02-05
申请人 北京航空航天大学; 发明人 孙兵; 李冰; 王烨; 王耿锞; 邓德仙;
摘要 本 发明 公开了一种基于强散射点的舰船特定点的 位置 获取方法,包括以下几个步骤:步骤一:获取雷达图像、雷达视 角 和舰船几何参数,设定 坐标系 ;步骤二:根据SAR图像I获取舰船的方位角;步骤三:根据强散射点获取参考点的图像坐标和对应的实际坐标;步骤四:根据投影关系获取特定点的图像坐标。本发明根据舰船目标的特殊性,利用舰岛的散射特性能够为方位角的计算提供更为有效的信息,使方位角计算更准确;根据强散射点计算出特定点的位置坐标,可为制导提供更加准确的控制信息,比直接以强散射点作为打击的参考信息效果更好。
权利要求

1.一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法,包括以下几个步骤:
步骤一:获取雷达图像、雷达视和舰船几何参数,设定坐标系
获取舰船目标的SAR图像I,雷达视角θ,舰船几何参数包括舰岛顶部位置坐标A,特定点坐标B;
设定舰船坐标系E1和图像坐标系E2,具体为:
(1)舰船坐标系E1:
坐标原点:舰船质心;
xE1轴:过舰船质心,平面内指向舰头的方向为x轴正方向;
yE1轴:过舰船质心,水平面内舰岛一侧指向无舰岛一侧为正方向;
zE1轴:过舰船质心,垂直水平面,舰船底部向上为正方向,与x轴、y轴满足右手螺旋准则;
(2)图像坐标系E2:
坐标原点:图像左下角像素
xE2轴:平行于雷达飞行方向,与速度方向夹角小于90度为正向,即方位向;
yE2轴:平行于雷达中心波束视线方向,由雷达至目标方向为正向,即距离向;
zE2轴:与x轴、y轴满足右手螺旋准则;
步骤二:根据SAR图像I获取舰船的方位角
对SAR图像I进行二值化处理,获取值为1的点的坐标,使用最小二乘法拟合出舰船中心线,根据中心线的斜率倾角获取出舰船的方位角
步骤三:根据强散射点获取参考点的图像坐标C′和对应的实际坐标C;
在图像坐标系E2中,选取SAR图像I中最亮点作为参考点,根据SAR图像I获得参考点的图像坐标C′=(x1′,y1′),最亮点对应的实际位置为舰岛顶部的位置,在舰船坐标系E1中,取得舰船顶部的位置坐标,也即参考点的实际坐标C=(x1,y1,z1);
步骤四:根据投影关系获取特定点的图像坐标B′;
根据参考点和特定点的实际坐标获得参考点和特定点的相对位置,通过舰船坐标系和图像坐标之间的投影关系,获取特定点在图像上的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法,所述的步骤二具体为:
(1)选取-40dB为临界值,对SAR图像I进行二值化处理,获取值为1的点的坐标矩阵M;
(2)使用最小二乘法对矩阵M进行一阶曲线拟合,获得舰船的中心线l,求出l的斜率k,得到
(3)在图像坐标系E2中,根据SAR图像I最亮点的坐标C′=(x1′,y1′)和中心线l的位置关系对 进行修正,取中心线l上的坐标(x1′,y1′′),将 带入式(1),得到舰船方位角

3.根据权利要求1所述的一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法,所述的步骤四具体为:
(1)根据参考点的实际坐标C=(x1,y1,z1),特定点的实际坐标B=(x,y,z),得到参考点与特定点相对位置坐标D=(x,y,z)=(x-x1,y-y1,z-z1);
(2)将相对位置坐标D、雷达视角θ、方位角 代入式(2)右边,得出特定点的相对图像坐标为B′=(x′,y′,z′);
(3)由下式(3)获取特定点的真实图像坐标;
B′=(x1′+x′,y1′+y′) (3)
根据图像坐标B′获取在图像上显示特定点B的位置。

说明书全文

一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及雷达技术领域,具体地说,是指一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法。

背景技术

[0002] 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种全天候、全天时的高分辨率微波遥感成像雷达,它具有探测数百千米外的目标、并形成清晰二维图像的能。弹载SAR能为导弹巡航和末端的数字式景象匹配制导提供实时的SAR图像。在复杂战场环境下,SAR制导技术具有较强的自主性和抗干扰能力,可有效弥补激光制导和可见光制导受环境影响较大的不足。
[0003] 强散射点是舰船SAR图像的典型特征之一。强散射点通常对应着舰船的某些特殊结构(如直反射面、棱线、尖顶等)。现有的末制导方法,导引头根据强散射点的方位角及位置信息,直接引导导弹至舰船目标,但是舰船的跑道等弱散射部位更容易被有效攻击,如果直接对准强散射点进行攻击,会削弱打击效果。而如果把强散射点作为参考点,据此计算出某些特殊部位的位置,能够为导弹制导提供更加准确的控制信息,可提高打击精度

发明内容

[0004] 本发明是针对导弹直接打击强散射点打击效果差的问题,提出了一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法。本发明把强散射点作为参考点,利用特定点与参考点之间的相对位置关系,获取出特定点在图像上的位置,为导弹制导提供更加准确的控制信息,从而提高了打击精度。
[0005] 一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法,包括以下几个步骤:
[0006] 步骤一:获取雷达图像、雷达视角和舰船几何参数,设定坐标系
[0007] 步骤二:根据雷达图像获取舰船的方位角;
[0008] 步骤三:根据强散射点获取参考点的图像坐标和对应的实际坐标;
[0009] 步骤四:根据投影关系获取特定点的图像坐标。
[0010] 本发明的优点在于:
[0011] (1)根据舰船目标的特殊性,利用舰岛的散射特性能够为方位角的计算提供更为有效的信息,使方位角计算更准确;
[0012] (2)根据强散射点计算出特定点的位置坐标,可为制导提供更加准确的控制信息,比直接以强散射点作为打击的参考信息效果更好。
[0013] (3)本发明方法适用于有强散射点的舰船雷达图像。附图说明
[0014] 图1为本发明的方法流程图
[0015] 图2为实施例中入射角60°,方位角45°时舰船的SAR成像结果;
[0016] 图3为实施例中舰船缩比模型图;
[0017] 图4为实施例中舰船的方位角提取图;
[0018] 图5为实施例中参考点和特定点选取示意图;
[0019] 图6为实施例中特定点的成像位置示意图。

具体实施方式

[0020] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0021] 本发明是一种基于强散射点的舰船特定点的位置获取方法,流程如图1所示,包括以下几个步骤:
[0022] 步骤一:获取雷达图像、雷达视角和舰船几何参数,设定坐标系;
[0023] 获取舰船目标的SAR图像I,雷达视角θ,舰船几何参数包括舰岛顶部位置坐标A,特定点坐标B。
[0024] 设定舰船坐标系E1和图像坐标系E2,具体为:
[0025] (1)舰船坐标系E1:
[0026] 坐标原点:舰船质心;
[0027] xE1轴:过舰船质心,平面内指向舰头的方向为x轴正方向;
[0028] yE1轴:过舰船质心,水平面内舰岛一侧指向无舰岛一侧为正方向;
[0029] zE1轴:过舰船质心,垂直水平面,舰船底部向上为正方向,与x轴、y轴满足右手螺旋准则。
[0030] (2)图像坐标系E2:
[0031] 坐标原点:图像左下角像素
[0032] xE2轴:平行于雷达飞行方向,与速度方向夹角小于90度为正向,即方位向;
[0033] yE2轴:平行于雷达中心波束视线方向,由雷达至目标方向为正向,即距离向;
[0034] zE2轴:与x轴、y轴满足右手螺旋准则。
[0035] 步骤二:根据SAR图像I获取舰船的方位角
[0036] 对SAR图像I进行二值化处理,获取值为1的点的坐标,使用最小二乘法拟合出舰船中心线,根据中心线的斜率倾角获取出舰船的方位角,具体为:
[0037] (1)选取-40dB为临界值,对SAR图像I进行二值化处理,获取值为1的点的坐标矩阵M;
[0038] (2)使用最小二乘法对矩阵M进行一阶曲线拟合,获得舰船的中心线l,求出l的斜率k,得到
[0039] (3)在图像坐标系E2中,根据SAR图像I最亮点的坐标C′=(x1′,y1′)和中心线l的位置关系对 进行修正,取中心线l上的坐标(x1′,y1′′),将 带入式(1),得到舰船方位角
[0040]
[0041] 步骤三:根据强散射点获取参考点的图像坐标C′和对应的实际坐标C;
[0042] 在图像坐标系E2中,选取SAR图像I中最亮点作为参考点,根据SAR图像I获得参考点的图像坐标C′=(x1′,y1′),最亮点对应的实际位置为舰岛顶部的位置,在舰船坐标系E1中,取得舰船顶部的位置坐标,也即参考点的实际坐标C=(x1,y1,z1)。
[0043] 步骤四:根据投影关系获取特定点的图像坐标B′。
[0044] 根据参考点和特定点的实际坐标获得参考点和特定点的相对位置,通过舰船坐标系和图像坐标之间的投影关系,获取特定点在图像上的位置,具体为:
[0045] (1)根据参考点的实际坐标C=(x1,y1,z1),特定点的实际坐标B=(x,y,z),得到参考点与特定点相对位置坐标D=(x,y,z)=(x-x1,y-y1,z-z1);
[0046] (2)将相对位置坐标D、雷达视角θ、方位角 代入式(2)右边,得出特定点的相对图像坐标为B′=(x′,y′,z′)。
[0047]
[0048] (3)由式(3)获取特定点的真实图像坐标。
[0049] B′=(x1′+x′,y1′+y′) (3)
[0050] 根据图像坐标B′可以在图像上显示特定点B的位置。
[0051] 实施例:
[0052] 针对某舰船的缩比模型的仿真SAR图像进行特定点的位置计算。
[0053] 舰船长30m,宽6.5m,舰岛长6.5m,宽1.5m,高2m。为了获取本方法的误差,在特定点处放置一小金属圆柱体作为定标点,其在SAR图像上显示为一个强散射点。模型如图3所示。
[0054] 应用本发明的评估方法具体为:
[0055] 步骤一:获取雷达图像、雷达视角和舰船几何参数,设定坐标系;
[0056] 具体为:
[0057] ⅰ:输入舰船目标的SAR图像I,如图2所示;
[0058] ⅱ:输入雷达视角θ=60°;
[0059] ⅲ:设定舰船坐标系E1和图像坐标系E2:
[0060] 坐标原点:舰船质心;
[0061] xE1轴:过舰船质心,水平面内指向舰头的方向为x轴正方向;
[0062] yE1轴:过舰船质心,水平面内舰岛一侧指向无舰岛一侧为正方向;
[0063] zE1轴:过舰船质心,垂直水平面,舰船底部向上为正方向,与x轴、y轴满足右手螺旋准则。
[0064] 图像坐标系E2:
[0065] 坐标原点:图像左下角像素;
[0066] xE2轴:平行于雷达飞行方向,与速度方向夹角小于90度为正向,即方位向;
[0067] yE2轴:平行于雷达中心波束视线方向,由雷达至目标方向为正向,即距离向;
[0068] zE2轴:与x轴、y轴满足右手螺旋准则。
[0069] ⅳ:输入舰船几何参数,获取舰岛顶部坐标A=(-1.45,-3.2,3.0),特定点坐标B=(7.2,-1.06,0.4)。
[0070] 步骤二:根据SAR图像I获取舰船的方位角
[0071] 对SAR图像图像I进行二值化处理,获取值为1的点的坐标,使用最小二乘法拟合出舰船中心线,根据中心线的斜率倾角获取舰船的方位角,具体为:
[0072] (1)选取-40dB为临界值,对图像I进行二值化处理,获取值为1的点的坐标矩阵M,如图4黑色区域所示;
[0073] (2)使用最小二乘法对矩阵M进行一阶曲线拟合,获得舰船的中心线l,如图4直线所示,求出l的斜率k=0.9087,得出
[0074] (3)图像最强点的坐标C′=(23.25,27.28),中心线l的对应的坐标(23.25,24.56),根据式(4)可得修正后方位角为
[0075]
[0076] 步骤三:根据强散射点获取参考点的图像坐标C′和对应的实际坐标C;
[0077] 选取SAR图像I中最亮点作为参考点,根据SAR图像I获得参考点的图像坐标C′=(23.25,27.28),参考点对应的实际坐标C=A=(-1.45,-3.2,3.0)。
[0078] 步骤四:根据投影关系获取特定点的图像坐标B′。
[0079] 根据参考点和特定点的实际坐标获得参考点和特定点的相对位置,通过舰船坐标系和图像坐标系之间的投影关系,获取特定点在图像上的位置,具体为:
[0080] (1)根据参考点的实际坐标C=(-1.45,-3.2,3.0),特定点的实际坐标B=(7.2,-1.06,0.4),得到相对位置坐标D=(x,y,z)=(8.65,2.14,-2.6),如图5所示;
[0081] (2)将坐标D、雷达视角θ、方位角 代入式(5)右边,得出特定点的相对图像坐标为B′=(-4.4,-5.4,-6.1)。
[0082]
[0083] (3)由下式(6)获取特定点的真实图像坐标。
[0084] B′=(23.25-4.4,27.28-5.4)=(18.85,21.88) (6)
[0085] 定标圆柱体的图像坐标为(19.07,21.35),根据坐标在图像上显示出来,如图6所示。计算误差为(19.07-18.85,21.35-21.88)=(0.22,-0.53)。
[0086] 本发明是针对如何导弹直接打击强散射点打击效果差的问题,根据舰船目标SAR成像的特殊性,通过图像先获取舰船的方位角信息,再根据强散射点计算出参考点的坐标,通过参考点和特定点的相对位置关系,计算出特定点在图像上的位置,为导弹制导提供更为准确的控制信息,从而提高打击精度。
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