RU2513900C1 - Method and device to determine object coordinates - Google Patents
Method and device to determine object coordinates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513900C1 RU2513900C1 RU2012152599/07A RU2012152599A RU2513900C1 RU 2513900 C1 RU2513900 C1 RU 2513900C1 RU 2012152599/07 A RU2012152599/07 A RU 2012152599/07A RU 2012152599 A RU2012152599 A RU 2012152599A RU 2513900 C1 RU2513900 C1 RU 2513900C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinates
- group
- lps
- information
- information inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Заявляемые объекты объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области радиотехники, а именно к пассивной локации, и могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для визуального обнаружения и определения координат априорно неизвестных объектов с летно-подъемных средств (ЛПС).The inventive objects are united by a single inventive concept, relate to the field of radio engineering, namely to passive location, and can be used in navigation, direction-finding, location-based tools for visual detection and determination of coordinates of a priori unknown objects from flight-lifting means (LPS).
Известны способы определения координат подвижных и неподвижных объектов по пат. РФ 2251712 и пат. РФ 2154284, обеспечивающие определение координат объектов с помощью оптико-электронных устройств. Они предполагают определение угловой координаты изображения объекта вместе с изменяющими образ элементами в поле зрения с последующим пересчетом полученной величины в стабилизированную систему координат, определение величины и направления линейной скорости объекта в стабилизированной системе координат, формирование величины углового смещения в стабилизированной картинной плоскости исходя из полученной величины и координат, характеризующих линейное смещение изменяющих образ элементов относительно собственной системы координат объекта, и корректирование угловой координаты изображения объекта вместе с искажающими образ элементами в стабилизированной системе координат на величину углового смещения. Однако названные системы обладают существенным недостатком. Способы-аналоги реализуются на земной поверхности и обладают малым радиусом действия.Known methods for determining the coordinates of moving and stationary objects according to US Pat. RF 2251712 and US Pat. RF 2154284, providing the determination of the coordinates of objects using optoelectronic devices. They involve determining the angular coordinate of the image of the object along with image-changing elements in the field of view, followed by the conversion of the obtained value into a stabilized coordinate system, determining the magnitude and direction of the linear velocity of the object in a stabilized coordinate system, the formation of the angular displacement in the stabilized picture plane based on the obtained value and coordinates characterizing the linear displacement of the image-changing elements relative to their own coordinate system object, and adjusting the angular coordinate of the image of the object together with image-distorting elements in the stabilized coordinate system by the value of the angular displacement. However, these systems have a significant drawback. Analog methods are implemented on the earth's surface and have a small radius of action.
Известен способ по пат. РФ 2323851, МПК B64C 31/06, опубл. 10.05.2008 г. Аналог предполагает использование беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в совокупности с видеокамерой. Аналог обеспечивает фотографирование земной поверхности под управлением наземного поста.The known method according to US Pat. RF 2323851, IPC
Аналог также обладает недостатком, связанным с отсутствием возможности определения координат обнаруженных объектов.The analogue also has the disadvantage associated with the inability to determine the coordinates of the detected objects.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения местоположения источника радиоизлучений по пат. РФ №2465613, МПК G01S 3/14, опубл. 27.10.2012 г.The closest in technical essence is a method for determining the location of a source of radio emission according to US Pat. RF №2465613, IPC G01S 3/14, publ. 10/27/2012
Способ-прототип на подготовительном этапе включает установку под фюзеляжем ЛПС видеокамеры, определение ориентации видеокамеры и антенной системы (АС) пеленгатора относительно борта ЛПС (kk, lk, ζk), (kant, lant, ζant), где kk, lk, ζk, kant, lant, ζant - соответственно углы крена, тангажа и склонения видеокамеры и АС, а в процессе полета постоянное через заданный интервал времени Δt определение местоположения ЛПС (Blps, Llps, Hlps)i, где
Способ позволяет с помощью видеокамеры и радиопеленгатора по радиоизлучениям определить местоположение ИРИ. Использование в прототипе видеокамеры повышает точностные характеристики измерителя.The method allows to determine the location of the IRI using a video camera and radio direction finder from radio emissions. The use of a video camera in the prototype improves the accuracy of the meter.
Способу-прототипу также присущ недостаток, связанный с относительно низкой точностью определения координат объектов. На практике, как правило, интерес представляет не сам источник радиоизлучения, а объект, на котором (или в котором) он размещается. В ситуации, когда ИРИ на объекте находится в выключенном состоянии, прототип теряет свою работоспособность. Кроме того, ИРИ часто выносят за пределы объекта, что также усугубляет ситуацию. Низкая точность измерений объясняется тем, что в видеокамере наблюдается достаточно большая площадь земной поверхности, много превышающая площадь объекта, что и влечет за собой ошибки в определении его координат (см. фиг.1а).The prototype method also has a disadvantage associated with the relatively low accuracy of determining the coordinates of objects. In practice, as a rule, the interest is not the source of radio emission itself, but the object on which (or in which) it is located. In a situation when the IRI at the facility is off, the prototype loses its functionality. In addition, Iran is often taken out of the facility, which also exacerbates the situation. The low accuracy of the measurements is explained by the fact that a rather large area of the earth's surface is observed in the video camera, much exceeding the area of the object, which entails errors in determining its coordinates (see figa).
Целью заявляемого технического решения является повышение точности определения координат объекта с борта ЛПС.The purpose of the proposed technical solution is to increase the accuracy of determining the coordinates of the object from the LPS.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения координат объектов, заключающемся в том, что на подготовительном этапе на борт летно-подъемного средства (ЛПС) под фюзеляжем устанавливают видеокамеру, определяют ориентацию видеокамеры относительно борта ЛПС (kk, lk, ζk), где kk, lk, ζk - соответственно углы крена, тангажа и склонения видеокамеры, а в процессе полета постоянно через заданный интервал времени Δt определяют местоположение ЛПС (Blps, Llps, Hlps), где
Координаты j-го объекта (хr, уr)j в кадре определяют в пикселях, отсчитанных от верхнего левого угла кадра видеокамеры.The coordinates of the j-th object (x r , y r ) j in the frame are determined in pixels, counted from the upper left corner of the frame of the video camera.
Переход от координат j-го объекта в кадре к уточненному предварительному вектору направления на него
где
При наличии цифровой карты рельефа местности района измерений формируют последовательный набор значений высот {Hi,m}, m=1, 2, …, М, который соответствует равномерно распределенным координатам на отрезке, соединяющем координаты (Blps, Llps) и (Bj, Lj), М=d(H0)/Δd, где Δd - шаг сканирования по вектору направления
Благодаря новой совокупности признаков в заявляемом способе достигается более точное измерение предварительного вектора
Известны устройства по пат. РФ №2251712, МПК G01S 13/66; пат. РФ №2359288, МПК G01S 5/02. Аналоги обеспечивают определение координат объектов с помощью оптико-электронных средств. Однако им присущ существенный недостаток: они размещаются на земной поверхности, вследствие чего обладают маленьким радиусом действия.Known devices according to US Pat. RF №2251712, IPC G01S 13/66; US Pat. RF №2359288, IPC G01S 5/02. Analogs provide the determination of the coordinates of objects using optical-electronic means. However, they have a significant drawback: they are located on the earth's surface, as a result of which they have a small radius of action.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству определения координат объектов является пат. РФ №2323851, МПК B64C 31/06 "Система наблюдения за земной поверхностью с беспилотным летательным аппаратом", опубл. 10.05.2008 г.The closest in its technical essence to the claimed device for determining the coordinates of objects is pat. RF №2323851, IPC
Устройство-прототип содержит затягивающую лебедку, беспилотный летательный аппарат (БЛА) и наземный пункт управления (НПУ), причем БЛА состоит из последовательно соединенных контроллера, рулевого привода и аэродинамических рулей, автопилота, группа информационных входов которого соединена с второй группой информационных выходов контроллера, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов автопилота, двигательная установка, группа информационных входов которой соединена с третьей группой информационных выходов контроллера, блок видеонаблюдения, группа информационных входов которого соединена с четвертой группой информационных выходов контроллера, а группа информационных выходов - с второй группой информационных входов контроллера, и первый приемопередающий модуль, группа информационных входов которого соединена с пятой группой информационных выходов контроллера, третья группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов первого приемо-передающего модуля, а наземный пункт управления выполнен содержащим последовательно соединенные блок управления, второй приемо-передающий модуль и устройство обработки и отображения информации, вторая группа выходов блока управления является шиной управления НПУ, и соединена с затягивающей лебедкой.The prototype device contains a tightening winch, unmanned aerial vehicle (UAV) and ground control station (NPU), and the UAV consists of a series-connected controller, steering gear and aerodynamic rudders, an autopilot, the group of information inputs of which are connected to the second group of information outputs of the controller, the first a group of information inputs of which is connected to a group of information outputs of an autopilot, a propulsion system, a group of information inputs of which is connected to a third group of inf controller outputs, a video surveillance unit, the group of information inputs of which is connected to the fourth group of information outputs of the controller, and the group of information outputs - with the second group of information inputs of the controller, and the first transceiver module, the group of information inputs of which is connected to the fifth group of information outputs of the controller, the third group the information inputs of which are connected to the group of information outputs of the first transceiver module, and the ground control point is nen comprising a series-connected control unit, a second receiving-transmitting unit and a processing and displaying device, the second group control unit outputs a control bus NPU, and is connected to the clamping winch.
Прототип предназначен для получения фотоснимков земной поверхности с высоты порядка 100 метров. Однако устройство-прототип не обеспечивает измерение координат видимых объектов из-за отсутствия высокоточной системы навигации БЛА и высокоточной системы определения направления на него.The prototype is designed to take photographs of the earth's surface from a height of about 100 meters. However, the prototype device does not provide measurement of the coordinates of visible objects due to the lack of a high-precision UAV navigation system and a high-precision system for determining the direction to it.
Целью заявляемого технического решения является разработка устройства, обеспечивающего высокоточное измерение координат заданных объектов с борта БЛА.The purpose of the proposed technical solution is to develop a device that provides high-precision measurement of the coordinates of specified objects from the UAV.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из беспилотного летательного аппарата и наземного пункта управления, причем БЛА выполнен содержащим последовательно соединенные контроллер, рулевой привод и аэродинамические рули, автопилот, группа информационных входов которого соединена с второй группой информационных выходов контроллера, первая группа информационных входов которого соединена с группа информационных выходов автопилота, двигательная установка, группа информационных входов которой соединена с третьей группой информационных выходов контроллера, первый приемопередающий модуль, группа информационных входов которого соединена с четвертой группой информационных выходов контроллера, вторая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов первого приемо-передающего модуля, и блок видеонаблюдения, а наземный пункт управления выполнен содержащим последовательно соединенные первый блок управления, второй приемо-передающий модуль и первое устройство обработки и отображения информации, отличающееся тем, что в БЛА дополнительно введены передающий модуль, блок навигации БЛА и запоминающее устройство, причем, первая группа информационных входов запоминающего устройства соединена с группой информационных выходов блока видеонаблюдения, вторая группа информационных входов соединена с группой информационных выходов блока навигации БЛА, а группа информационных выходов запоминающего устройства соединена с группой информационных входов передающего модуля, а в наземный пункт управления дополнительно введены последовательно соединенные приемный модуль и второе устройство обработки и индикации, второй блок управления, группа информационных входов которого объединена с первой группой информационных входов второго устройства обработки и отображения информации, а группа информационных выходов - со второй группой информационных входов второго устройства обработки и отображения информации.This goal is achieved by the fact that in the known device, consisting of an unmanned aerial vehicle and ground control station, and the UAV is made containing serially connected controller, steering gear and aerodynamic steering wheels, autopilot, the group of information inputs of which are connected to the second group of information outputs of the controller, the first group the information inputs of which are connected to the group of information outputs of the autopilot, a propulsion system, the group of information inputs of which is connected with the third group of information outputs of the controller, the first transceiver module, the group of information inputs of which is connected to the fourth group of information outputs of the controller, the second group of information inputs of which is connected to the group of information outputs of the first transceiver module, and the video surveillance unit, and the ground control station is made containing connected by the first control unit, the second transceiver module and the first information processing and display device, I distinguish in that the transmitting module, the UAV navigation unit and the storage device are additionally introduced into the UAV, moreover, the first group of information inputs of the storage device is connected to the group of information outputs of the video surveillance unit, the second group of information inputs is connected to the group of information outputs of the UAV navigation unit, and the group of information of the outputs of the storage device is connected to a group of information inputs of the transmitting module, and a serial connection is additionally introduced to the ground control point nennye receiving unit and the second processing unit and display unit, the second control unit, the group of information inputs of which is combined with the first group of information inputs of the second processing device and display information, and the group of information outputs - to the second group of information inputs of the second processing device and display information.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что водятся новые элементы и связи, позволяет достичь цели изобретения: обеспечить высокоточное измерение координат заданных объектов за счет полного и объективного измерения пространственных параметров БЛА, углов ориентации видеокамеры и места объекта в кадре в условиях воздействия дестабилизирующих факторов (ветровой нагрузки, выполнения маневров БЛА и др.) и учету особенностей рельефа местности.The above-mentioned new set of essential features due to the fact that new elements and connections are being found allows achieving the objective of the invention: to provide high-precision measurement of the coordinates of the given objects due to the full and objective measurement of the spatial parameters of the UAV, the camera’s orientation angles and the object’s position in the frame under the influence of destabilizing factors (wind load, UAV maneuvers, etc.) and taking into account the terrain features.
Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны:The inventive objects are illustrated by drawings, which show:
на фиг.1 иллюстрируются:figure 1 illustrates:
а) пятно засветки видеокамеры на земной поверхности с находящимся в нем объектом Оj;a) a spot of illumination of a video camera on the earth’s surface with an object О j located in it;
б) причина возникновения ошибок в определении координат объекта при отсутствии учета рельефа местности;b) the cause of errors in determining the coordinates of the object in the absence of taking into account the terrain;
на фиг.2 показан обобщенный алгоритм определения координат объекта;figure 2 shows a generalized algorithm for determining the coordinates of the object;
на фиг.3 приведена обобщенная структурная схема устройства определения координат объекта;figure 3 shows a generalized structural diagram of a device for determining the coordinates of an object;
на фиг.4 показан алгоритм определения координат объекта (B, L, H)j в географической системе координат по одному кадру;figure 4 shows the algorithm for determining the coordinates of the object (B, L, H) j in the geographical coordinate system in one frame;
на фиг.5 иллюстрируется алгоритм нахождения координат объекта [B, L, H)j в географической системе координат по серии кадров;figure 5 illustrates the algorithm for finding the coordinates of the object [B, L, H) j in the geographical coordinate system for a series of frames;
на фиг.6 иллюстрируется съемка плоской поверхности с двух разных положений видеокамеры;figure 6 illustrates the shooting of a flat surface from two different positions of the camcorder;
на фиг.7 поясняется порядок предварительного определения координат объекта;7 illustrates the procedure for preliminary determination of the coordinates of the object;
на фиг.8 поясняется порядок определения координат объекта с заданной точностью;on Fig explains the procedure for determining the coordinates of the object with a given accuracy;
на фиг.9 приведен алгоритм работы подсистемы видеонаблюдения, размещаемой на борту БЛА;figure 9 shows the algorithm of the video surveillance subsystem placed on board the UAV;
на фиг.10 показан алгоритм работы второго автоматизированного рабочего места наземного пункта управления;figure 10 shows the algorithm of the second automated workstation of the ground control point;
на фиг.11 иллюстрируется структурная схема второго устройства обработки и отображения информации;11 illustrates a structural diagram of a second device for processing and displaying information;
на фиг.12 приведена структурная схема седьмого вычислителя;on Fig shows a structural diagram of a seventh calculator;
на фиг.13 показана структурная схема блока коррекции дисторсии объектива видеокамеры;on Fig shows a structural diagram of a block distortion correction lens of the camera;
на фиг.14 приведена структурная схема блока обработки изображения;Fig. 14 is a structural diagram of an image processing unit;
на фиг.15 иллюстрируется алгоритм работы седьмого вычислителя по определению вектора направления на объект в системе координат видеокамеры;on Fig illustrates the algorithm of the seventh calculator to determine the direction vector to the object in the coordinate system of the camera;
на фиг.16 показан алгоритм работы блока обработки видеоизображения;on Fig shows the algorithm of the processing unit of the video image;
на фиг.17 приведен алгоритм работы восьмого вычислителя;on Fig shows the algorithm of the eighth calculator;
на фиг.18 показан алгоритм работы первого вычислителя;on Fig shows the algorithm of the first calculator;
на фиг.19 приведен алгоритм работы второго вычислителя;Fig.19 shows the algorithm of the second calculator;
на фиг.20 иллюстрируется алгоритм работы третьего вычислителя;on Fig illustrates the algorithm of the third computer;
на фиг.21 приведен алгоритм работы четвертого вычислителя;in Fig.21 shows the algorithm of the fourth calculator;
на фиг.22 приведен алгоритм работы пятого вычислителя;in Fig.22 shows the algorithm of the fifth transmitter;
на фиг.23 показан алгоритм работы шестого вычислителя;on Fig shows the algorithm of the sixth calculator;
на фиг.24 показан алгоритм работы девятого вычислителя;on Fig shows the algorithm of the ninth transmitter;
на фиг.25 приведен алгоритм работы третьего блока управления в режиме предварительного определения координат;on Fig the algorithm of the third control unit in the mode of preliminary determination of coordinates;
на фиг.26 приведен алгоритм работы второго блока управления.Fig.26 shows the algorithm of the second control unit.
Современные способы определения координат объектов с ЛПС, реализующих угломерно-дальномерный способ местоопределения, как правило базируются на использовании глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) (см. В.С.Шебшаевич, П.П.Дмитриев, Н.В.Иванцевич и др. Спутниковые радионавигационные системы / Под ред. В.С.Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993, стр.261-275). Однако кроме информации о собственном местоположении ЛПС и направлении его перемещения при решении задач местоопределения необходимо знание его пространственной ориентации: крена
Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом. На подготовительном этапе под фюзеляжем ЛПС устанавливают видеокамеру и фиксируют ее ориентацию. Измеряют ориентацию видеокамеры в трех плоскостях, принятых в авиации как крена
В процессе полета ЛПС по определенному маршруту с помощью видеокамеры осуществляется поиск заданных объектов. При визуальном обнаружении j-го объекта оператором принимается решение о необходимости измерения его координат. С этой целью местоположение объекта на кадре видеокамеры первоначально задается (определяется) оператором с помощью визира.During the flight of the LPS along a certain route, a specified camera is searched for with a video camera. When the j-th object is visually detected, the operator makes a decision on the need to measure its coordinates. To this end, the location of the object on the frame of the camcorder is initially set (determined) by the operator using the sight.
Полученные координаты j-го объекта
На следующем этапе необходимо преобразовать координаты j-го объекта
где
f - фокусное расстояние объектива видеокамеры, пересчитанное в пиксели матрицы (кадра), (сх, су)T - координаты центра матрицы в пикселях, k1, k2, k3 - измеренные коэффициенты дисторсии объектива (см. Szeliski, Richard. Computer: Algorithms and Applications. Sprintger, 2010). Произведя переобозначение
где
Таким образом, обозначив
Численное значение вектора
Направление на j-й объект
Координаты ЛПС
В первом преобразовании вектора направления на j-й объект
где
На следующем этапе в нормальной системе координат осуществляют преобразование скорректированного вектора направления на j-й объект
где
Уточненные значения азимута
Здесь вектор
Для нахождения расстояния между ЛПС и j-м объектом d(H0)ij необходимо учесть шарообразный характер поверхности Земли. Иначе, данная задача может быть интерпретирована как нахождение расстояния d(/H0)ij, на котором вектор
где D - дискриминант квадратного уравнения:
Нормальная система координат, в которой на данном этапе находится уточненный вектор
где
На этом завершается первый этап измерений.This completes the first phase of the measurements.
На следующем этапе результаты вычислений угла места
Координаты объекта на "круглой" Земле в геоцентрической системе координат по направлению и расстоянию на высоте Н0 могут быть найдены с помощью выражения:The coordinates of the object on the "round" Earth in a geocentric coordinate system in direction and distance at a height of H 0 can be found using the expression:
Переход от (12) к более удобной географической системе координат
широта
где
долгота .longitude .
При малых значениях
При выполнении пороговых условий
На втором этапе измерений уточняют местоположение j-го объекта путем выделения соседней точки разбиения
где
,
Результаты вычислений координат
Повышение точности определения координат объектов
Координаты
В первом варианте устраняется случайная составляющая погрешностей измерения направления на объект в системе координат видеокамеры, а определение координат объекта осуществляют лишь с использованием координат и ориентации БЛА, соответствующих первому кадру серии.In the first embodiment, the random component of the errors in measuring the direction to the object in the coordinate system of the camera is eliminated, and the coordinates of the object are determined only using the coordinates and orientation of the UAVs corresponding to the first frame of the series.
Во втором случае (являющемся ресурсоемким) для каждого кадра серии вычисляют координаты объекта интереса
Запишем координаты j-го объекта в пикселях на l-м кадре
где Мl+1 - матрица проективного преобразования из l-го кадра в l+1-й. Определяется взаимным расположением видеокамер в l-й и l+1-й позициях и имеет вид:where М l + 1 is the matrix of the projective transformation from the l-th frame to l + 1-th. It is determined by the mutual arrangement of cameras in the l-th and l + 1-th positions and has the form:
Определение значения матрицы Мl+1 выполняют следующим образом. При помощи алгоритма SURF (см. Herbert Bay, Andreas Ess, Tinne Tnytelaars, Luc Van Gool SURF: Speeded Up Robust Features. - Computer Vision and Image Understanding (CVIU), Vol.110, №3, 2008, p.346-359) осуществляют поиск наборов контрастных точек на двух изображениях
При обнаружении P пар соответствующих друг другу точек
На практике число Р достаточно велико по сравнению с минимально необходимым для решения данной системы. Однако среди найденных соответствий контрастных точек могут быть ошибочные совпадения. Данная проблема устраняется при помощи алгоритма RANSAC (см. Martin A. Fischler and Robert С.Bolles {June 1981). Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography. Comm. of the ACM14 (6): 381-395. dot 10.1145/358669.358692). Алгоритм запускается на фиксированное число итераций, на каждой из которых из n найденных соответствий выбирается s случайных пар. Из выбранных пар получают систему из 2s линейных уравнений, которая решается методом наименьших квадратов. Для полученного решения считается невязка на всем наборе из 2n уравнений. После выполнения фиксированного числа итераций в качестве М выбирается наилучшее решение.In practice, the number P is large enough compared to the minimum necessary to solve this system. However, among the found correspondences of contrasting points, there may be erroneous coincidences. This problem is resolved using the RANSAC algorithm (see Martin A. Fischler and Robert C. Bolles {June 1981). Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography. Comm. of the ACM14 (6): 381-395. dot 10.1145 / 358669.358692). The algorithm runs at a fixed number of iterations, at each of which s random pairs are selected from n found matches. From the selected pairs, a system of 2s linear equations is obtained, which is solved by the least squares method. For the obtained solution, the discrepancy on the entire set of 2n equations is considered. After performing a fixed number of iterations, the best solution is chosen as M.
Таким образом, найдя матрицу проективного преобразования между соседними кадрами, представляется возможность нахождения координат объекта
Таким образом, в предлагаемом способе определения координат объектов повышение точностных характеристик достигается благодаря более точному измерению вектора направления на объект
Устройство определения координат объектов, содержащее беспилотный летательный аппарат 1 (БЛА) и наземный пункт управления 2, причем БЛА 1 выполнен содержащим последовательно соединенные контроллер 8, рулевой привод 9 и аэродинамические рули 11, автопилот 4, группа информационных входов которого соединена с второй группой информационных выходов контроллера 8, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов автопилота 4, двигательная установка 3, группа информационных входов которой соединена с третьей группой информационных выходов контроллера 8, первый приемо-передающий модуль 10, группа информационных входов которого соединена с четвертой группой информационных выходов контроллера 8, вторая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов первого приемо-передающего модуля 10, и блок видеонаблюдения 5, а наземный пункт управления 2 выполнен содержащим последовательно соединенные первый блок управления 13, второй приемо-передающий модуль 14 и первое устройство обработки и отображения информации 17.A device for determining the coordinates of objects containing an unmanned aerial vehicle 1 (UAV) and
Для обеспечения высокоточного измерения координат заданных объектов с борта БЛА 1 в него дополнительно введены передающий модуль 12, блок навигации БЛА 7 и запоминающее устройство 6, причем, первая группа информационных входов запоминающего устройства 6 соединена с группой информационных выходов блока видеонаблюдения 5, вторая группа информационных входов соединена с группой информационных выходов блока навигации БЛА 7, а группа информационных выходов запоминающего устройства 6 соединена с группой информационных входов передающего модуля 12. В наземный пункт управления 2 дополнительно введены последовательно соединенные приемный модуль 15 и второе устройство обработки и индикации 16, и второй блок управления 18, группа информационных входов которого объединена с первой группой информационных входов второго устройства обработки и отображения информации 16, а группа информационных выходов - со второй группой информационных входов второго устройства обработки и отображения информации 16.To ensure high-precision measurement of the coordinates of specified objects from the
Заявляемое устройство определения координат объектов работает следующим образом (см. фиг.3). На подготовительном этапе на БЛА 1 под фюзеляжем устанавливают блок видеонаблюдения 5 (видеокамеру), например IP камеру EVS (см. Мегапиксельные сетевые камеры EVS. . evs.ru/prod.php?gr=313). Определяют маршрут полета БЛА 1 (поиска заданных объектов).The inventive device for determining the coordinates of objects works as follows (see figure 3). At the preparatory stage, a UAV unit 5 (video camera) is installed on the
Управление взлетом, полетом и посадкой БЛА 1 осуществляют с первого автоматизированного рабочего места (АРМ) наземного пункта управления 2, состоящего из блока управления 13, второго приемопередающего модуля 14 и первого устройства обработки и отображения информации 14. Данную операцию осуществляют по первому радиоканалу на частоте 0,9-0,92 МГц с использованием модулей 10 и 14. Команды управления БЛА с выхода блока 13 через приемо-передающие модули 14 и 10 поступают на вход контроллера 8. С выхода блока 8 они следуют на группу входов двигательной установки 3 и через рулевой привод 9 на аэродинамические рули 11.The take-off, flight and landing of the
Команды, подаваемые на двигательную установку 3, могут включать в себя сигналы управления по включению/выключению двигателя 3, изменению скорости вращения винта и др.Commands supplied to the propulsion system 3 may include control signals for turning the engine 3 on / off, changing the rotational speed of the screw, etc.
Команды, подаваемые через рулевой привод 9 на аэродинамические рули 11 могут изменять углы наклона крыльев, конфигурацию их поверхности и другие параметры управления движением БЛА 1.The commands given through the steering gear 9 to the aerodynamic steering wheels 11 can change the angles of inclination of the wings, the configuration of their surface and other parameters for controlling the movement of the
Автопилот 4 обеспечивает необходимую стабилизацию положения БЛА 1 в пространстве на заданной блоком 13 высоте, парирование ветровых возмущений, движение по заданному маршруту и т.д. Воздействие автопилота 4 на двигательную установку 3 и через рулевой привод 9 - на аэродинамические рули 11 осуществляется через контроллер 8. Последний формирует по исходным данным блока 4 необходимые команды управления функциональным узлам БЛА 1. Следует отметить, что в настоящее время первое автоматизированное рабочее место в состоянии одновременно управлять полетом до четырех БЛА 1 типа "Орлан 10".Autopilot 4 provides the necessary stabilization of the position of the
Непосредственное участие в измерении координат объектов на борту БЛА 1 принимают блок видеонаблюдения 5, запоминающее устройство 6, блок навигации БЛА 7 и передающий модуль 12, а в наземном пункте управления 2 - второе автоматизированное рабочее место в составе приемного модуля 15, второго устройства обработки и отображения информации 16 и второго блока управления 18.A video surveillance unit 5, a
При наличии данных о положении и ориентации БЛА 1 существует возможность в оперативном режиме определять координаты объектов на видеоизображении (см. фиг.9). Изображение, полученное блоком видеонаблюдения 5 (IP камерой EVS), в цифровом формате передается на НПУ 2 с помощью блоков 12 и 15 в диапазоне 2,4 ГГц. Скорость передачи информации составляет 4 Мбит/с. При пересылке данных в формате JPEG возможна передача двух-четырех кадров высокого разрешения в секунду или десяти-двенадцати кадров низкого разрешения в секунду при поддерживаемом разрешении 1600×1200 или 640×480 (для камеры EVS) соответственно. Определение координат объекта осуществляется на втором автоматизированном рабочем месте (блоки 15, 16 и 18), на которое и подается видеопоток с блока 5 в реальном масштабе времени (см. фиг.10). Получаемое на экране АРМ изображение позволяет оператору выбрать с помощью блока 18 заданный объект. Благодаря данным телеметрии БЛА 1 и положению объекта на текущем кадре делает возможным с некоторой погрешностью рассчитать географические координаты интересующего объекта.If there is data on the position and orientation of the
В функции блока 6 входит совместная запись кадров видеоизображения с блока 5 и соответствующих им навигационных данных БЛА1 с выхода блока 7.The functions of
Выполненные экспериментальные исследования на базе БЛА "Орлан-10" показали, что на точность определения координат объектов влияет ряд факторов:The performed experimental studies based on the Orlan-10 UAV showed that a number of factors influence the accuracy of determining the coordinates of objects:
погрешность определения географических координат БЛА при помощи СгРЯ-приемника составляет 15-30 м, что влечет за собой погрешность в 15-30 метров;the error in determining the geographic coordinates of the UAV with the help of the СРРЯ-receiver is 15-30 m, which entails an error of 15-30 meters;
погрешность в определении углов ориентации БЛА "Орлан" при помощи встроенных акселерометров на данный момент составляет 1° (при малых, до 10°, отклонениях БЛА 1 от горизонта). Вклад, вносимый этой погрешностью, пропорционален высоте Н, БЛА 1 и для 1000 метров составляет около 15 м по каждому из углов;the error in determining the orientation angles of the Orlan UAV using the built-in accelerometers is currently 1 ° (for small, up to 10 °,
погрешность, вызванная запаздыванием в процессе привязки телеметрии к кадру из-за задержек в канале связи. При полете со скоростью 100 км/ч БЛА за одну секунду пролетает 27 метров. Запаздывание телеметрии на одну секунду может внести погрешность в измерения порядка 25-30 м;the error caused by the delay in the process of linking telemetry to the frame due to delays in the communication channel. When flying at a speed of 100 km / h, a UAV flies 27 meters in one second. The delay of telemetry for one second may introduce an error in the measurements of the order of 25-30 m;
погрешность, вызванная запаздыванием при привязке телеметрии к кадру, вызванная низкой частотой обновления GPS-координат (один раз в секунду), что влечет погрешность также 25-30 м.the error caused by the delay in linking telemetry to the frame, caused by the low frequency of updating GPS coordinates (once per second), which also entails an error of 25-30 m.
Таким образом, суммарная погрешность определения координат с высоты 1000 м может составить 100 м.Thus, the total error in determining coordinates from a height of 1000 m can be 100 m.
В предлагаемых способе и устройстве приняты меры к повышению точности измерения координат:In the proposed method and device, measures have been taken to improve the accuracy of measuring coordinates:
используется более точное навигационное оборудование, позволяющее определять местоположения БЛА с точностью 3-5 м, а ориентацию БЛА с точностью до десятых градуса, выполненное в соответствии с пат. РФ №2371733 и №2374659. Вносимая при этом погрешность измерений составляет 2-10 метров;more accurate navigation equipment is used, which allows to determine the location of the UAV with an accuracy of 3-5 m, and the orientation of the UAV with an accuracy of tenths of a degree, made in accordance with US Pat. RF №2371733 and №2374659. The measurement error introduced in this case is 2-10 meters;
использование цифрового канала связи в совокупности с привязкой телеметрии к видео на борту ЛПС позволяет исключить погрешность, связанную с запаздыванием в каналах связи;the use of a digital communication channel in conjunction with the binding of telemetry to video on board the LPS eliminates the error associated with the delay in communication channels;
использование навигационного оборудования, позволяющего обновлять информацию о положении БЛА до 10 раз в секунду позволяет значительно уменьшить погрешность, связанную с привязкой телеметрии к кадру;the use of navigation equipment, which allows updating information on the UAV position up to 10 times per second, can significantly reduce the error associated with linking telemetry to the frame;
усреднение значений координат (Bj, Lj) или (хr, yr), достигаемое многопозиционным их измерением, позволяет уменьшить вклад, вносимый погрешностями измерений, носящий случайный характер.averaging the coordinates (B j , L j ) or (x r , y r ), achieved by their multi-position measurement, makes it possible to reduce the contribution made by measurement errors, which is random in nature.
Совокупное использование названных мер позволило обеспечить снижение суммарной погрешности в определении координат с высоты 1000 метров до 2-10 метров. Следует отметить, что наибольший вклад вносит погрешность определения местоположения БЛА, носящая систематический характер.The combined use of these measures allowed to reduce the total error in determining the coordinates from a height of 1000 meters to 2-10 meters. It should be noted that the largest contribution is made by the error in determining the location of UAVs, which is systematic in nature.
Все функциональные элементы и блоки предлагаемого устройства, широко освещены в литературе и серийно выпускаются.All functional elements and blocks of the proposed device are widely covered in the literature and are commercially available.
В качестве БЛА 1 целесообразно использовать серийно выпускаемый ООО "Специальный Технологический Центр" город Санкт-Петербург БЛА "Орлан 10" (см. 10.html).As a
Масса полезной нагрузки БЛА составляет 5 кг, способ старта - с разборной катапульты, приземление - на парашюте. Воздушная скорость БЛА 90-150 км/ч, максимальная продолжительность полета - 16 часов, максимальная дальность - 600 км, максимальная высота - 5 км.The UAV payload weight is 5 kg, the launch method is from a collapsible catapult, the landing is by parachute. UAV airspeed 90-150 km / h, maximum flight duration - 16 hours, maximum range - 600 km, maximum altitude - 5 km.
Блок видеонаблюдения 5 может быть реализован с помощью цифровой IP видеокамеры EVS. Блок навигации 7 может быть реализован в соответствии с пат. РФ №2371733 или пат. РФ №2374659.CCTV unit 5 can be implemented using a digital IP video camera EVS. The
Управление БЛА 1 "Орлан-10" реализуют с первого АРМ по низкоскоростному дуплексному каналу связи на частотах 900-920 МГц в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты. По этому каналу (блоки 10 и 14) осуществляют задание маршрута полета, высоту полета и порядок облета: проход на высоте или барражирование и т.д. Управляющая информация формируется с помощью блока 13, в качестве которого может использоваться ноутбук.
Видеоизображение объектов на НПУ 2 с борта БЛА 1 поступает по высокоскоростному симплексному каналу на частотах 2000-2500 МГц на второе АРМ. Скорость передачи информации 4 Мбит/с. Дальность связи зависит от высоты полета и местных условий и в среднем составляет 100-130 км.The video image of the objects on
Второе устройство обработки и отображения информации 16 (см. фиг.11) предназначено для определения координат объектов (решение принимается оператором, команда на исполнение которого формируется с помощью блока 18), реализации операций в соответствии с выражениями 1-16, представления результатов измерений в заданной форме. Оно содержит первый вычислитель 19, второй вычислитель 20, третий вычислитель 21, четвертый вычислитель 22, пятый вычислитель 23, шестой вычислитель 24, седьмой вычислитель 25, второе запоминающее устройство 26, генератор синхроимпульсов 27, восьмой вычислитель 28, девятый вычислитель 29, блок коммутации 30, блок обработки изображения 31, третий блок управления 32, третье запоминающее устройство 33, блок усреднения координат 34, блок сравнения 35 и блок индикации 36.The second device for processing and displaying information 16 (see Fig. 11) is designed to determine the coordinates of objects (the decision is made by the operator, the command for the execution of which is generated using block 18), the implementation of operations in accordance with expressions 1-16, the presentation of measurement results in a given form. It contains the
Второе устройство обработки и отображения информации 16 работает следующим образом.The second device for processing and displaying
На подготовительном этапе с помощью блока управления 18 (в качестве последнего может быть использован ноутбук, работающий в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.26) задаются исходные данные:At the preparatory stage, using the control unit 18 (as the last, a laptop operating in accordance with the algorithm presented in Fig. 26 can be used), the initial data are set:
ориентация видеокамеры относительно борта (kk, lk, ζk);orientation of the camera relative to the side (k k , l k , ζ k );
измеренные коэффициенты дисторсии объектива видеокамеры k1, k2, k3;the measured distortion coefficients of the camera lens k 1 , k 2 , k 3 ;
пороговые значения Δβ, Δd и Δδ;threshold values Δβ, Δd and Δδ;
количество итераций при решении уравнения перехода от координат объекта в кадре
число итераций расчета в алгоритме RANSAC;the number of calculation iterations in the RANSAC algorithm;
цифровая карта района измерений с граничными характеристиками рельефа местности.digital map of the measurement area with boundary characteristics of the terrain.
В процессе работы видеоизображение считывается блоками 18 и 31. При обнаружении заданного объекта информация о нем с выхода блока 18 поступает на первую группу информационных входов седьмого вычислителя 25 в виде координат
Одновременно информация о пространственном положении БЛА (Blps, Llps, Hlps)i, а также
Результаты вычислений
Значения скорректированного вектора
Уточненное значение вектора направления на j-й объект
Для измерения d(H0)ij значение
На следующем этапе работы заявляемого устройства осуществляют преобразование вектора
Назначение шестого вычислителя 24 состоит в определении координат точки пересечения вектора
Одновременно (с блоком 22) в блоке 28 в два этапа осуществляют определение координат j-го объекта с заданной точностью. Данную операцию выполняют совместно с блоком управления 32 и запоминающим устройством 33. На подготовительном этапе в запоминающее устройство 33 записывают цифровую карту рельефа местности района измерений. Данная операция выполняется с помощью блока 18 по первой группе информационных входов блока 16. Одновременно по этой же шине в блок управления 32 задают граничные значения матрицы высот (Ва, Lа) и (Bb,Lb) и количество точек разбиения J, а в блок 28 - количество шагов сканирования по вектору
Геоцентрические координаты j-го объекта далее поступают на информационные входы девятого вычислителя 29. В блоке 29 выполняют преобразование геоцентрических координат в географические
Результаты вычислений с выхода блока 29 поступают на первую группу информационных входов коммутатора 30.The results of the calculations from the output of
Решение о том, какие координаты пойдут на вход блока 34 (приблизительные
При возникновении ситуации, при которой отсутствует информация о рельефе местности и (
При оценке координат по одному или по первому кадру видеоизображения объекта на выходе блока 31 отсутствует управляющий сигнал. В блоке 34 операция усреднения не выполняется, а значения координат j-го объекта поступают на вход блока индикации 36. Кроме того, результаты измерений сохраняются в его буферной памяти. На этом заканчивается этап работы устройства по одному кадру видеоизображения.When evaluating the coordinates of one or the first frame of the video image of the object at the output of
На следующем этапе (на очередном кадре) с помощью блока анализа видеоизображения 31 выполняют анализ поступившего кадра на предмет наличия в нем изображения заданного j-го объекта. Однако алгоритм работы устройства меняется при обнаружении в последующем кадре наблюдаемого ранее j-го объекта. В этом случае осуществляется многократное (по числу кадров с изображением объекта) измерение его координат с последующим их усреднением в блоке 34, что позволяет существенно повысить точность измерений. Основным элементом, реализующим эти измерения, является блок обработки изображения 31. Если блоком 31 на очередном кадре j-й объект не обнаружен, результаты измерений его усредненных координат остаются неизменными, поступают на информационные входы блока индикации 36.At the next stage (at the next frame), using the video
При обнаружении j+1-го объекта все вышеназванные операции повторяются.When j + 1-th object is detected, all the above operations are repeated.
Блок 31 предназначен для решения следующих задач (см. фиг.14 и 16):
поиска контрастных точек на изображении методом SURF;search for contrast points in the image using the SURF method;
вычисления характеристик контрастных точек методом BRIEF;calculating the characteristics of contrast points using the BRIEF method;
сравнения с контрастными точками предыдущего кадра и принятие решения о присутствии заданного объекта в текущем кадре;comparison with contrasting points of the previous frame and deciding on the presence of a given object in the current frame;
при повторном обнаружении заданного объекта - для формирования управляющего сигнала блоку 34 о необходимости усреднения результатов измерений;upon repeated detection of a given object - to generate a control signal to block 34 about the need to average the measurement results;
формирования матрицы проективного преобразования методом RANSAC с последующим уточнением координат
Данные функции блок 31 выполняет в соответствии с выражениями (15) и (16). В случае принятия решения блоком 31 о том, что в очередном l+1-м кадре присутствует изображение j-го объекта, ранее присутствовавшее на 1-м кадре, последний формирует управляющий сигнал блоку 34. В результате координаты объекта, полученные на l+1-м кадре, запоминаются совместно с результатами, полученными на l-м кадре. Далее в блоке выполняется операция усреднения координат по двум кадрам, а результаты высвечиваются в блоке индикации 36. Наличие j-го объекта во всех последующих кадрах приводит к очередному измерению его координат
Первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22, пятый 23 и седьмой 25 вычислители предназначены для определения истинного вектора направления на j-й объект
Шестой 24, восьмой 26 и девятый 29 вычислители реализуются аналогично соответствующим блокам в пат. РФ №2458360, опубл. 10.08.2012 г. Шестой вычислитель 24 предназначен для определения координат точки пересечения вектора
Реализация блока трудностей не вызывает. Может быть реализован на постоянных запоминающих устройствах К541 и К500 сериях микросхем. Алгоритм работы приведен на фиг.23.The implementation of the block of difficulties does not cause. It can be implemented on permanent memory devices K541 and K500 series of microcircuits. The operation algorithm is shown in Fig.23.
Восьмой вычислитель 28 предназначен для определения местоположения объекта с заданной точностью в геоцентрической системе координат
Девятый вычислитель 29 предназначен для преобразования геоцентрических координат объекта
алгоритмом на фиг.24 и выражением (13). Реализация блока 29 известна и трудностей не вызывает. Блок 29 может быть реализован на дискретных элементах на базе ТТЛ-уровней сигналов, например 555, 1533 сериях микросхем и др.algorithm in Fig.24 and the expression (13). The implementation of
Третий блок управления 32 предназначен для преобразования части вектора
Блок обработки изображения 31 (см. фиг 14 и 16) свои функции выполняет в соответствии с выражениями (15) и (16). Блок 31 содержит последовательно соединенные блок поиска контрастных точек 49, блок вычисления характеристик контрастных точек 50, запоминающее устройство 53, блок анализа 51, формирователь исходных данных 52, блок статистической обработки 55, умножитель 56 и делитель 57, группа информационных выходов которого является первой группой информационных выходов блока обработки изображения 31, первая группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока поиска контрастных точек 49, а вторая группа информационных входов соединена со второй группой информационных входов умножителя 56, вторая группа информационных выходов блока вычисления характеристик контрастных точек 50 соединена со второй группой информационных входов блока анализа 51, и датчик случайных чисел 54, группа информационных входов которого соединена со второй группой информационных входов блока статистической обработки, а синхровходы всех блоков с 49 по 57 объединены и соединены с входом синхронизации блока обработки изображения 31.The image processing unit 31 (see FIGS. 14 and 16) performs its functions in accordance with expressions (15) and (16).
Видеоизображение с группы информационных выходов блока 15 поступает на группу информационных входов блока поиска контрастных точек 49. В функцию блока 49 входит реализация известного алгоритма SURF. Обнаруженные контрастные точки на l+1-м кадре с описанием их взаимного местоположения поступают на группу входов блока вычисления характеристик контрастных точек 50, которые выполняются в соответствии с алгоритмом BRIEF. В задачу последнего входит вычисление битовых векторов (наборов бит), описывающих распределение яркости изображения в окрестности данной контрастной точки
Характеристики контрастных точек с описанием их взаимного местоположения одновременно поступают на группы входов запоминающего устройства 53 (для использования в следующем кадре) и блока анализа 51. В функции блока 51 входит сравнение изображений на предыдущем l-м (поступившем с выходов блока 53) с текущим l+1-м кадрах. Данная операция выполняется по контрастным точкам: их взаимному местоположению на кадрах и характеристикам. Описание совпадающих пар контрастных точек из l-го и l+1-го кадров поступает на группу информационных выходов формирователя исходных данных 52. Блок 52 обеспечивает преобразование полученных из блока 51 данных к виду, необходимому для нормальной работы блока 55.The characteristics of the contrasting points with a description of their relative location simultaneously go to the input groups of the storage device 53 (for use in the next frame) and the
Блок статистической обработки 55 предназначен для решения системы уравнений (16). Данную функцию блок 55 выполняет на основе известного алгоритма RANSAC и данных, поступающих на его первую группу информационных входов с группы выходов блока 52. В процессе работы используют последовательность случайных чисел, формируемых блоком 54. Решение названной системы уравнений позволяет определять коэффициенты искомой матрицы проективного преобразования.
В блоке 56 осуществляется умножение найденной блоком 55 матрицы проективного преобразования на вектор координат объекта на l-м кадре
Блок 31 может быть реализован на микропроцессорной сборке с достаточным быстродействием (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.), в которой реализован алгоритм на фиг.16.
Реализацию функций блоков 24-35 целесообразно осуществить с помощью второго сигнального процессора (см. TMS320c6416: http://focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html).It is advisable to implement the functions of blocks 24-35 using a second signal processor (see TMS320c6416: http: //focus/ti/com/docs/prod/folders/print/TMS320c6416.html).
Кроме того, блоки 16 и 18 могут быть одновременно реализованы на персональном компьютере. В качестве минимальных требований к нему можно определить следующее: процессор Core i5 2000 МГц, 1 ГБ оперативной памяти, 200 МБ свободного пространства на жестком диске. Программная составляющая: операционная система Windows ХР SP2 и выше, библиотека. NetFrameWork 4.0, цифровая карта местности с информацией о рельефе и формате, совместимом с картами "Группы "Панорама".In addition, blocks 16 and 18 can be simultaneously implemented on a personal computer. As the minimum requirements for it, you can determine the following: Core i5 processor 2000 MHz, 1 GB of RAM, 200 MB of free space on your hard drive. Software component: operating system Windows XP SP2 and higher, library. NetFrameWork 4.0, a digital terrain map with terrain information and a format compatible with Panorama Group maps.
Claims (5)
относительно борта ЛПС (kk,lk,ζk) путем последовательного умножения значений на соответствующие углам Эйлера матрицы поворота, после чего в нормальной системе координат вычисляют уточненное значение вектора направления на j-й объект с учетом измеренных в момент времени ti пространственных углов ЛПС: крена , тангажа , и склонения , определяют уточненные значения азимута угла места и удаление ЛПС, находящегося в момент времени ti на высоте , от j-го объекта расположенного на поверхности "круглой" Земли, в геоцентрической системе координат определяют значение истинного вектора направления на j-й объект которое зависит от широты Blps, долготы Llps, местоположения ЛПС, определяют координаты точки пересечения вектора с "круглой" Землей преобразуют геоцентрические координаты j-го объекта в географические где Bj и Lj соответственно широта и долгота местоположения j-го объекта, отличающийся тем, что предварительно измеряют и запоминают коэффициенты дисторсии объектива видеокамеры k1, k2 и k3, положение видеокамеры относительно борта ЛПС фиксируют на весь период измерений, в качестве j-го объекта может выступать любой стационарный или подвижный физический объект, наблюдаемый в видеокамеру, причем решение о необходимости измерения координат наблюдаемого объекта принимает оператор, значение предварительного вектора направления на j-й объект определяют по местоположению объекта на кадре в момент времени ti, уточняют значение предварительного вектора направления на j-й объект путем устранения влияния на результаты измерений дисторсии видеокамеры, при наличии n последовательных кадров, n=2, 3, …, N, с изображением j-го объекта выполняют n циклов измерений географических координат а результаты измерений усредняют, при наличии цифровой карты местности района измерений, представляющей собой матрицу с заданной дискретностью по координатам района измерений с соответствующими значениями высот рельефа, дополнительно уточняют географические координаты обнаруженного j-го объекта 1. The method of determining the coordinates of objects, which consists in the fact that at the preparatory stage, a video camera is installed under the fuselage on board the flight lifting equipment (LPS), the orientation of the camera relative to the LPS side (k k , l k , ζ k ) is determined, where k k , l k , ζ k are the angles of roll, pitch and declination of the camera, respectively, and during the flight, the location of the LPS is constantly determined at a given time interval Δt Where respectively, the latitude, longitude and height of the LPS, and its spatial orientation Where accordingly, the angles of roll, pitch and declination of the LPS at the i-th moment of time, jointly remember the navigation and time parameters of the LPS, and when the j-th given object is visually detected at the time t i , the direction vector to it is preliminarily determined in the coordinate system of the video camera, translate the LPS coordinates into a geocentric coordinate system, adjust the direction vector to the j-th object taking into account the a priori known orientation of the camera
relative to the LPS board (k k , l k , ζ k ) by sequentially multiplying the values to the rotation matrix corresponding to the Euler angles, after which, in the normal coordinate system, the updated value of the direction vector is calculated to the j-th object, taking into account the measured at the time t i spatial angles of the LPS: roll pitch , and declensions , determine the specified azimuth values elevation and removal of LPS located at time t i at a height , from the jth object located on the surface of the "round" Earth, in the geocentric coordinate system determine the value of the true direction vector to the j-th object which depends on latitude B lps , longitude L lps , LPS location, determine the coordinates of the intersection point of the vector with round earth transform the geocentric coordinates of the j-th object into geographical where B j and L j, respectively, the latitude and longitude of the location of the j-th object, characterized in that the distortion coefficients of the camera lens k 1 , k 2 and k 3 are pre-measured and stored, the position of the camera relative to the LPS side is fixed for the entire measurement period, as the j-th object can be any stationary or moving physical object observed in the video camera, and the operator decides whether to measure the coordinates of the observed object, the value of the preliminary direction vector to the j-th object determined by the location of the object on the frame at time t i, specify the value of the preliminary direction vector to the j-th object by eliminating the influence on the distortion results of the video camera, if there are n consecutive frames, n = 2, 3, ..., N, n cycles of measurements of geographical coordinates are performed with the image of the j-th object and the measurement results are averaged, in the presence of a digital map of the terrain of the measurement region, which is a matrix with a given discreteness in the coordinates of the measurement region with the corresponding elevation heights, the geographical coordinates of the detected j-th object are additionally specified
где - координаты центра матрицы (кадра) в пикселях, ƒ - фокусное расстояние объектива видеокамеры, пересчитанное в пиксели матрицы, k1, k2, k3- измеренные коэффициенты дисторсии объектива, с использованием метода простых итераций.3. The method according to claim 1, characterized in that the transition from the coordinates of the j-th object in the frame to the refined preliminary vector of direction to it in the coordinate system of the camera, carried out in accordance with the expression
Where are the coordinates of the center of the matrix (frame) in pixels, ƒ is the focal length of the camera lens, converted into pixels of the matrix, k 1 , k 2 , k 3 - measured lens distortion coefficients using the simple iteration method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152599/07A RU2513900C1 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Method and device to determine object coordinates |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152599/07A RU2513900C1 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Method and device to determine object coordinates |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2513900C1 true RU2513900C1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50481147
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012152599/07A RU2513900C1 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Method and device to determine object coordinates |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2513900C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2608583C1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-01-23 | Александр Николаевич Прокаев | Method of determining position and motion parameters of object as per measurements of angular coordinates |
RU2646936C1 (en) * | 2017-03-02 | 2018-03-12 | Дмитрий Анатольевич Горяченков | Method of determining the coordinates of objects |
CN109974713A (en) * | 2019-04-26 | 2019-07-05 | 安阳全丰航空植保科技股份有限公司 | A kind of navigation methods and systems based on topographical features group |
RU2744427C1 (en) * | 2020-08-10 | 2021-03-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Технический Центр "Зенит" | Complex for determining the spatial coordinates of a remote object located on the ground |
RU2787946C1 (en) * | 2022-01-12 | 2023-01-13 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method for manufacturing a multilayer coil heat exchanger |
CN117308967A (en) * | 2023-11-30 | 2023-12-29 | 中船(北京)智能装备科技有限公司 | Method, device and equipment for determining target object position information |
CN118640878A (en) * | 2024-08-16 | 2024-09-13 | 南昌航空大学 | Topography mapping method based on aviation mapping technology |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6005609A (en) * | 1996-11-15 | 1999-12-21 | Daewoo Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for digital correlation object tracker using a shape extraction focalization technique |
US6286786B1 (en) * | 1998-03-23 | 2001-09-11 | Gray Matter Holdings, Llc | Remotely controlled aircraft |
RU2265497C1 (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for forming member of turbine impeller and turbine impeller |
RU2323851C1 (en) * | 2007-04-24 | 2008-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АЛЬТОНИКА" (ООО "АЛЬТОНИКА") | Ground surface surveillance system with unmanned vehicle |
JP2011174875A (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | Passive radar device |
RU2431863C2 (en) * | 2006-09-05 | 2011-10-20 | Таль | Method of determining orientation and position of object in space |
JP2011242182A (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Mitsubishi Electric Corp | Passive radar system and passive radar method |
RU2465613C1 (en) * | 2011-07-28 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method and apparatus for determining location of radio source |
-
2012
- 2012-12-06 RU RU2012152599/07A patent/RU2513900C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6005609A (en) * | 1996-11-15 | 1999-12-21 | Daewoo Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for digital correlation object tracker using a shape extraction focalization technique |
US6286786B1 (en) * | 1998-03-23 | 2001-09-11 | Gray Matter Holdings, Llc | Remotely controlled aircraft |
RU2265497C1 (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for forming member of turbine impeller and turbine impeller |
RU2431863C2 (en) * | 2006-09-05 | 2011-10-20 | Таль | Method of determining orientation and position of object in space |
RU2323851C1 (en) * | 2007-04-24 | 2008-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АЛЬТОНИКА" (ООО "АЛЬТОНИКА") | Ground surface surveillance system with unmanned vehicle |
JP2011174875A (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | Passive radar device |
JP2011242182A (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Mitsubishi Electric Corp | Passive radar system and passive radar method |
RU2465613C1 (en) * | 2011-07-28 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method and apparatus for determining location of radio source |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2608583C1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-01-23 | Александр Николаевич Прокаев | Method of determining position and motion parameters of object as per measurements of angular coordinates |
RU2646936C1 (en) * | 2017-03-02 | 2018-03-12 | Дмитрий Анатольевич Горяченков | Method of determining the coordinates of objects |
CN109974713A (en) * | 2019-04-26 | 2019-07-05 | 安阳全丰航空植保科技股份有限公司 | A kind of navigation methods and systems based on topographical features group |
CN109974713B (en) * | 2019-04-26 | 2023-04-28 | 安阳全丰航空植保科技股份有限公司 | Navigation method and system based on surface feature group |
RU2744427C1 (en) * | 2020-08-10 | 2021-03-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Технический Центр "Зенит" | Complex for determining the spatial coordinates of a remote object located on the ground |
RU2787946C1 (en) * | 2022-01-12 | 2023-01-13 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method for manufacturing a multilayer coil heat exchanger |
RU2812755C2 (en) * | 2022-07-05 | 2024-02-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает федеральное государственное казенное учреждение "Управление авиации" | Device for determining object coordinates |
RU2820042C1 (en) * | 2023-09-26 | 2024-05-28 | Акционерное общество "Научно-Производственный Комплекс "Альфа-М" | Method of target homing of a missile equipped with a homing head and rotating around its longitudinal axis |
CN117308967A (en) * | 2023-11-30 | 2023-12-29 | 中船(北京)智能装备科技有限公司 | Method, device and equipment for determining target object position information |
CN117308967B (en) * | 2023-11-30 | 2024-02-02 | 中船(北京)智能装备科技有限公司 | Method, device and equipment for determining target object position information |
CN118640878A (en) * | 2024-08-16 | 2024-09-13 | 南昌航空大学 | Topography mapping method based on aviation mapping technology |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2550811C1 (en) | Method and device for object coordinates determination | |
CN105842724B (en) | A kind of ship auxiliary anchors alongside the shore method and system | |
US5072396A (en) | Navigation systems | |
Fazeli et al. | Evaluating the potential of RTK-UAV for automatic point cloud generation in 3D rapid mapping | |
RU2513900C1 (en) | Method and device to determine object coordinates | |
US20180082438A1 (en) | Method of determining a direction of an object on the basis of an image of the object | |
CN105184776A (en) | Target tracking method | |
CN101598556A (en) | Unmanned plane vision/inertia integrated navigation method under a kind of circumstances not known | |
WO2021097983A1 (en) | Positioning method, apparatus, and device, and storage medium | |
CN107490364A (en) | A kind of wide-angle tilt is imaged aerial camera object positioning method | |
CN111102981B (en) | High-precision satellite relative navigation method based on UKF | |
CN106468552A (en) | A kind of two-shipper crossing location method based on airborne photoelectric platform | |
KR102075028B1 (en) | Unmanned High-speed Flying Precision Position Image Acquisition Device and Accurate Position Acquisition Method Using the same | |
CN111426320A (en) | Vehicle autonomous navigation method based on image matching/inertial navigation/milemeter | |
EP3751233B1 (en) | Multi-aircraft vision and datalink based navigation system and method | |
CN105243364A (en) | Photoelectric pod search method, apparatus and system | |
EP3340174B1 (en) | Method and apparatus for multiple raw sensor image enhancement through georegistration | |
CN112394351A (en) | Aviation coaxial remote sensing device and method based on multiple sensors | |
US10802135B2 (en) | Method and apparatus for raw sensor image enhancement through georegistration | |
RU2749194C1 (en) | Method for remote determination of the coordinates of the location of a ground (above-water) object | |
CN110411449B (en) | Aviation reconnaissance load target positioning method and system and terminal equipment | |
CN113654528B (en) | Method and system for estimating target coordinates through unmanned aerial vehicle position and cradle head angle | |
Sulaj et al. | Examples of real-time UAV data processing with cloud computing | |
RU2812755C2 (en) | Device for determining object coordinates | |
Adnastarontsau et al. | Algorithm for Control of Unmanned Aerial Vehicles in the Process of Visual Tracking of Objects with a Variable Movement’s Trajectory |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20150219 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151207 |