專(zhuān)利名稱(chēng)：一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光雷達(dá)技術(shù)，特別涉及一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法。
背景技術(shù)：
在采用激光雷達(dá)技術(shù)對(duì)待測(cè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲時(shí)，為了覆蓋整個(gè)捕獲視場(chǎng)區(qū)域,必須通過(guò)掃描的方式來(lái)追蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo),進(jìn)而捕獲動(dòng)態(tài)目標(biāo)，以獲得動(dòng)態(tài)目標(biāo)在捕獲視場(chǎng) 區(qū)域的位置信息。在對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲時(shí)，掃描方式的選擇直接影響著捕獲的成功率；現(xiàn)有的對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲的方法中，通常將圓形光斑作為用來(lái)探測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)位置的信標(biāo)光，根據(jù)設(shè)定的掃描方式，利用信標(biāo)光對(duì)待測(cè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行二維空間追蹤。圖I為現(xiàn)有的掃描方式的信標(biāo)光運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；圖I中的(a)為矩形掃描，(b)為螺旋掃描，(C)為矩形螺旋掃描，(d)為玫瑰掃描，(e)為李薩如掃描，現(xiàn)結(jié)合圖1，對(duì)上述掃描方式進(jìn)行說(shuō)明，具體如下矩形掃描即逐行掃描，這種掃描方式雖然能夠掃描整個(gè)區(qū)域，易于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，但掃描效率較低。螺旋掃描中信標(biāo)光的運(yùn)動(dòng)軌跡是根據(jù)待測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)在捕獲視場(chǎng)區(qū)域的粗描誤差滿足高速分布來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，該掃描方式是以最密的螺旋線軌跡，從動(dòng)態(tài)目標(biāo)出現(xiàn)的概率最大的區(qū)域開(kāi)始掃描，效率較高，但在捕獲視場(chǎng)區(qū)域的邊緣易出現(xiàn)漏掃區(qū)域，如果降低漏掃概率，則會(huì)延長(zhǎng)捕獲時(shí)間。矩形螺旋掃描結(jié)合了矩形掃描和螺旋掃描兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，掃描間隔重疊較小，無(wú)漏掃區(qū)域，實(shí)現(xiàn)較為容易，且平均捕獲時(shí)間小于矩形掃描，但仍存在捕獲成功率不高的問(wèn)題。玫瑰掃描中信標(biāo)光的運(yùn)動(dòng)軌跡是由玫瑰函數(shù)產(chǎn)生的，該掃描方式中信標(biāo)光產(chǎn)生設(shè)備的抖動(dòng)對(duì)捕獲成功率的影響較小，但實(shí)現(xiàn)較為困難，且仍存在漏掃區(qū)域。李薩如掃描能夠有效的掃描整個(gè)捕獲視場(chǎng)區(qū)域，捕獲時(shí)間較短，掃描效率較高，但實(shí)現(xiàn)較為困難，仍存在漏掃區(qū)域?，F(xiàn)有的對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲的方法中，由于現(xiàn)有的掃描方式存在漏掃區(qū)域，這就可能降低捕獲的成功率；另外，現(xiàn)有的掃描方式還存在實(shí)現(xiàn)困難、捕獲時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，現(xiàn)有的捕獲方法還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法，該方法能夠減小漏掃區(qū)域的面積，提高捕獲成功率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法，該方法包括A、利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光；按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積；B、在移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光的過(guò)程中，根據(jù)激光雷達(dá)檢測(cè)到的反射光，計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速度；所述第二運(yùn)動(dòng)角速度為所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度；C、利用所述激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光；按照所述第二運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述第一維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述二維空間中的第二維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積；D、在移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光的過(guò)程中，根據(jù)所述激光雷達(dá)檢測(cè)到的反射光，計(jì)算獲得所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向的坐標(biāo)及其在第二維方向的坐標(biāo)。上述方法中，所述第一維方向?yàn)樗椒较颍龅诙S方向?yàn)榇怪狈较颍?
或者所述第一維方向?yàn)榇怪狈较?，所述第二維方向?yàn)樗椒较?。上述方法中，所述第一重疊面積由所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和所述激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定；所述第二重疊面積由所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和所述激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定。較佳地，所述步驟A之前進(jìn)一步包括根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離，利用激光雷達(dá)出射的激光束檢測(cè)延遲時(shí)間；所述延遲時(shí)間為所述激光雷達(dá)出射的激光束往返于預(yù)設(shè)的掃描距離所需的時(shí)間與所述激光雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間的和。上述方法中，步驟A所述利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光包括Al、根據(jù)延遲時(shí)間T delay、預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度ω t及預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差八代 得到的和；A2、根據(jù)W = S/Η計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積；A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。上述方法中，步驟A所述利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光包括Al’、根據(jù)預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e、預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m、延遲時(shí)間T—delay及預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度
的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e及預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m得到的和；么2’、根據(jù)1= S/Η計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積；A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。上述方法中，所述掃描余量Area_m由延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e得到的和來(lái)確定。上述方法中，步驟C所述利用所述激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光包括BI、根據(jù)所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸設(shè)定所述圓形信標(biāo)光的直徑；所述圓形信標(biāo)光的直徑大于等于所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；B2、根據(jù)所述圓形信標(biāo)光的直徑，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，形成圓形信標(biāo)光。上述方法中，所述第一重疊面積小于等于所述條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域的面積的
0.5% ；所述第二重疊面積小于等于所述圓形信標(biāo)光面積的5%。由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法，該方法中，按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積；在利用條狀信標(biāo)光在第一維方向上捕獲了動(dòng)態(tài)目標(biāo)之后，按照所述第二運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述第一維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述二維空間中的第二維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積，在第二維方向上利用圓形信標(biāo)光對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲，獲取動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的坐標(biāo)及第二維方向上的坐標(biāo)。采用本發(fā)明的方法，能夠減小漏掃區(qū)域的面積，提聞捕獲的成功率。


圖I為現(xiàn)有的掃描方式的信標(biāo)光運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。圖2為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法流程圖。圖3為本發(fā)明條狀信標(biāo)光一維掃描的示意圖。圖4為本發(fā)明圓形信標(biāo)光一維掃描的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是對(duì)二維空間中的動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲的方法；為了表述清楚，先對(duì)本發(fā)明方法中提及的二維空間的第一維方向和第二維方向進(jìn)行定義，如果二維空間的第一維方向?yàn)榇怪狈较?，則第二維方向?yàn)樗椒较?，如果二維空間的第一維方向維水平方向，則第二維方向?yàn)榇怪狈较?。本發(fā)明的信標(biāo)光是用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤捕獲的光斑。圖2為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法流程圖。圖3為本發(fā)明條狀信標(biāo)光一維掃描的示意圖。圖4為本發(fā)明圓形信標(biāo)光一維掃描的示意圖?，F(xiàn)結(jié)合圖2、圖3及圖4，對(duì)本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法進(jìn)行說(shuō)明，具體如下步驟201 :根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離，利用激光雷達(dá)出射的激光束檢測(cè)延遲時(shí)間；根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離，檢測(cè)激光雷達(dá)出射的激光束往返于掃描距離所需的時(shí)間及激光雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間，將激光束往返于掃描距離所需的時(shí)間及激光雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間之和作為延遲時(shí)間。步驟202 :根據(jù)延遲時(shí)間及預(yù)設(shè)的初始參數(shù)計(jì)算獲得的條狀信標(biāo)光尺寸，利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光；預(yù)設(shè)的初始參數(shù)包括預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度及預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e ;其中，ω t可根據(jù)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的性能參數(shù)進(jìn)行估算，比如飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器的最大運(yùn)動(dòng)角速度為50mrad/s ；Area_e可根據(jù)激光雷達(dá)的性能，對(duì)初始測(cè)角誤差進(jìn)行估算，比如激光雷達(dá)的測(cè)角誤差為O至O. 6mrad。該步驟包括步驟2021，根據(jù)延遲時(shí)間T delay、預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度 ,及預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；步驟2022，根據(jù)W= S/Η計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；步驟2023，根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成條狀信標(biāo)光。步驟2021中計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸時(shí)，可采用下述公式進(jìn)行計(jì)算H = 2XT delayX ωt+Area e(I)上述公式中，H為條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；Area_e是對(duì)條狀信標(biāo)光在二維方向上的修正值；采用2XT delayX cot的計(jì)算，主要是考慮到動(dòng)態(tài)目標(biāo)在某一維方向上具有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，比如垂直向上運(yùn)動(dòng)或垂直向下運(yùn)動(dòng)，這樣能夠提高捕獲的成功率。步驟2022中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；S為激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積，該激光雷達(dá)出射的激光束是未經(jīng)整形或準(zhǔn)直的原始激光束。根據(jù)激光雷達(dá)出射的激光束能量守恒的原理，在預(yù)設(shè)的掃描距離的位置上，原始激光束在垂直于激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積應(yīng)與條狀信標(biāo)光的面積相同，這樣，根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離、圓形光斑的面積及條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸，就可計(jì)算獲得條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸。步驟2023中，根據(jù)上述條狀信標(biāo)光的尺寸，可采用現(xiàn)有的方法對(duì)激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，以形成上述尺寸的條狀信標(biāo)光，比如利用光柵來(lái)形成所需尺寸的條狀信標(biāo)光。為了提高捕獲的成功率，在根據(jù)步驟2021計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸時(shí)，可以進(jìn)一步考慮一預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m，即將延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e及預(yù)設(shè)的掃描余量Areai得到的和作為條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸!T，具體公式如下 H' = 2 X T delay X ω t+Area e+Area m(2)增加了預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m后，減小了漏掃區(qū)域的面積，使得條狀信標(biāo)光盡可能覆蓋掃描區(qū)域的第二維方向；為了盡可能縮短捕獲所需的時(shí)間，掃描余量Area_m可設(shè)置為小于等于公式(I)計(jì)算獲得的H的5%。則在步驟2022中，根據(jù)W' = S/Η'及H'計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸r ;在步驟2023中，根據(jù)H'和W'，利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光。步驟203 :按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿第一維方向移動(dòng)條狀信標(biāo)光；該步驟包括步驟2031，根據(jù)預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度估算一第一運(yùn)動(dòng)角速度；步驟2032，按照第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿第一維方向移動(dòng)條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積。 在步驟2031中，為了在第一維方向上實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的捕獲，第一運(yùn)動(dòng)角速度大于動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度，具體可設(shè)置為動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的N倍；其中，N為大于I的實(shí)數(shù)。在步驟2032中，條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域的面積為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸與其在第二維方向上的尺寸的乘積；第一重疊面積由動(dòng)態(tài)目標(biāo)的在第一維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定，第一重疊面積可小于等于條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域的面積的O. 5%，如圖3所示。之所以在移動(dòng)條狀信標(biāo)光時(shí)保證有一定的重疊面積，主要是避免激光雷達(dá)的激光脈沖時(shí)間間隔在移動(dòng)條狀信標(biāo)光的過(guò)程中，使得移動(dòng)前的條狀信標(biāo)光與移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光之間產(chǎn)生漏掃區(qū)域，本發(fā)明的 掃描方法進(jìn)一步提高了捕獲的成功率。步驟204 :判斷激光雷達(dá)是否檢測(cè)到反射光，如果是，執(zhí)行步驟205，否則執(zhí)行步驟210 ；若在條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域存在動(dòng)態(tài)目標(biāo)，則激光雷達(dá)能夠在移動(dòng)條狀信標(biāo)光的過(guò)程中，檢測(cè)到條狀信標(biāo)光照射到動(dòng)態(tài)目標(biāo)上形成的反射光；具體的檢測(cè)方法屬于現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，在此不再贅述。步驟205 :根據(jù)檢測(cè)到的反射光計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速度；第二運(yùn)動(dòng)角速度為動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度。該步驟中，可采用現(xiàn)有的測(cè)速方法，利用檢測(cè)到的反射光、預(yù)設(shè)的掃描距離、延遲時(shí)間及步驟202中預(yù)設(shè)的初始參數(shù)，計(jì)算獲得動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度，在此不再對(duì)具體的計(jì)算方法進(jìn)行贅述。步驟206 :根據(jù)由條狀信標(biāo)光計(jì)算獲得的圓形信標(biāo)光的尺寸，利用激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光；該步驟包括步驟2061，根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸設(shè)定圓形信標(biāo)光的直徑；步驟2062，根據(jù)所述圓形信標(biāo)光的直徑，對(duì)激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，形成圓形信標(biāo)光。在步驟2061中，圓形信標(biāo)光的直徑大于等于條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，具體尺寸可根據(jù)對(duì)捕獲時(shí)間的要求進(jìn)行設(shè)定。在步驟2062中，可利用球面鏡對(duì)激光雷達(dá)發(fā)射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，以產(chǎn)生所需尺寸的圓形信標(biāo)光，在此不再對(duì)形成圓形信標(biāo)光的方法進(jìn)行贅述。步驟207 :按照第二運(yùn)動(dòng)角速度在第一維方向移動(dòng)圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度在第二維方向上移動(dòng)圓形信標(biāo)光；該步驟中第三運(yùn)動(dòng)角速度的計(jì)算方法與第一運(yùn)動(dòng)角速度的計(jì)算方法相同，在此不再對(duì)具體的計(jì)算方法進(jìn)行贅述。第三運(yùn)動(dòng)角速度需大于動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的運(yùn)動(dòng)角速度，較佳地，可與第一運(yùn)動(dòng)角速度相同。由于動(dòng)態(tài)目標(biāo)是在二維空間的第一維方向和第二維方向上運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明按照第二運(yùn)動(dòng)角速度在第一維方向移動(dòng)圓形信標(biāo)光，以在第一維方向上對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，保持在第一維方向上的同步；按照第三運(yùn)動(dòng)角速度在第二維方向上移動(dòng)圓形信標(biāo)光，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的有效捕獲。為了減小漏掃區(qū)域的面積，提高捕獲成功率，在按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度在第二維方向上移動(dòng)圓形信標(biāo)光時(shí)，可采用與條狀信標(biāo)光相同的移動(dòng)方法，即移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積。其中，第二重疊面積由動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定，第二重疊面積小于等于圓形信標(biāo)光面積的5%，如圖4所示。
步驟208 :判斷激光雷達(dá)是否再次檢測(cè)到反射光，如果是，執(zhí)行步驟209，否則執(zhí)行步驟210 ；若在圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域存在動(dòng)態(tài)目標(biāo)，則激光雷達(dá)能夠在移動(dòng)圓形信標(biāo)光的過(guò)程中，檢測(cè)到圓形信標(biāo)光照射到動(dòng)態(tài)目標(biāo)上形成的反射光，即激光雷達(dá)再次檢測(cè)到的反射光，此時(shí)，圓形信標(biāo)光對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行了成功捕獲；具體檢測(cè)方法屬于現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，在此不再贅述。步驟209 :根據(jù)再次檢測(cè)到的反射光計(jì)算動(dòng)態(tài)目標(biāo)的二維坐標(biāo)并輸出，之后執(zhí)行步驟211 ；該步驟中，可采用現(xiàn)有的測(cè)距方法及測(cè)速方法，根據(jù)再次檢測(cè)到的反射光計(jì)算動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的坐標(biāo)和其在第二維方向上的坐標(biāo)，在此不再對(duì)具體的計(jì)算方法進(jìn)行贅述。步驟210 :輸出未捕獲的結(jié)果；步驟211:結(jié)束。在采用本發(fā)明的方法對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行二維捕獲時(shí)，以掃描距離90km、時(shí)間轉(zhuǎn)率不大于±1° /s的動(dòng)態(tài)目標(biāo)、延時(shí)時(shí)間為15ms、粗對(duì)準(zhǔn)誤差為O. 6mrad為例，在初始測(cè)角誤差為O. 3mrad、且相同激光雷達(dá)的前提下，對(duì)本發(fā)明的捕獲方法與現(xiàn)有的矩陣螺旋掃描方法進(jìn)行仿真比較。矩陣螺旋掃描方法采用發(fā)散角為2mrad、0. 8mrad、0. 3mrad的圓形信標(biāo)光,在多次仿真測(cè)試下，矩陣螺旋掃描方法的捕獲率為56% ;而本發(fā)明的捕獲方法采用縱向發(fā)散角為9mrad,橫向發(fā)散角為O. 047mrad的條狀信標(biāo)光，以及發(fā)散角為O. 3mrad的圓形信標(biāo)光，在多次仿真測(cè)試下，本發(fā)明的捕獲方法的捕獲率100%。在上述仿真實(shí)例中，發(fā)散角可用以表不圓形信標(biāo)光的直徑，縱向發(fā)散角用以表不條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸，橫向發(fā)散角用以表示條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸。本發(fā)明的上述較佳實(shí)施例中，在第一維方向上利用條狀信標(biāo)光確定動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的大致區(qū)域，在第二維方向上利用圓形信標(biāo)光確定動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的準(zhǔn)確位置；在第二維方向上，為了能夠捕獲到動(dòng)態(tài)目標(biāo)，圓形新光標(biāo)在第二維方向上移動(dòng)的同時(shí)，還需在第一維方向上移動(dòng)，以保持與動(dòng)態(tài)目標(biāo)的同步；本發(fā)明在移動(dòng)條狀信標(biāo)光及圓形信標(biāo)光時(shí)，移動(dòng)前和移動(dòng)后需保證覆蓋區(qū)域具有一定的重疊面積，這樣，可減小漏掃區(qū)域，提聞捕獲的成功率。綜上所述，以上為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法，其特征在于，該方法包括 A、利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光；按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積； B、在移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光的過(guò)程中，根據(jù)激光雷達(dá)檢測(cè)到的反射光，計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速度；所述第二運(yùn)動(dòng)角速度為所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度； C、利用所述激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光；按照所述第二運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述第一維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述二維空間中的第二維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積； D、在移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光的過(guò)程中，根據(jù)所述激光雷達(dá)檢測(cè)到的反射光，計(jì)算獲得所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向的坐標(biāo)及其在第二維方向的坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一維方向?yàn)樗椒较?，所述第二維方向?yàn)榇怪狈较颍? 或者所述第一維方向?yàn)榇怪狈较?，所述第二維方向?yàn)樗椒较颉?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一重疊面積由所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和所述激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定； 所述第二重疊面積由所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和所述激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟A之前進(jìn)一步包括 根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離，利用激光雷達(dá)出射的激光束檢測(cè)延遲時(shí)間；所述延遲時(shí)間為所述激光雷達(dá)出射的激光束往返于預(yù)設(shè)的掃描距離所需的時(shí)間與所述激光雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間的和。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟A所述利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光包括 Al、根據(jù)延遲時(shí)間T delay、預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度及預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度ω t的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差八代 得到的和； A2、根據(jù)W = S/Η計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積； A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟A所述利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光包括 Al’、根據(jù)預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e、預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m、延遲時(shí)間T delay及預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度Ot的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e及預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m得到的和； A2’、根據(jù)W = S/Η計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積； A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述掃描余量Area_m由延遲時(shí)間Tdelay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差到的和來(lái)確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，步驟C所述利用所述激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光包括 BI、根據(jù)所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸設(shè)定所述圓形信標(biāo)光的直徑；所述圓形信標(biāo)光的直徑大于等于所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸； B2、根據(jù)所述圓形信標(biāo)光的直徑，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，形成圓形信標(biāo)光。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一重疊面積小于等于所述條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域的面積的O. 5% ； 所述第二重疊面積小于等于所述圓形信標(biāo)光面積的5%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法，該方法中，利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光；按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積；計(jì)算第二運(yùn)動(dòng)角速度；利用激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光；按照第二運(yùn)動(dòng)角速度，沿第一維方向移動(dòng)圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第二維方向移動(dòng)圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積；計(jì)算動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向的坐標(biāo)及其在第二維方向的坐標(biāo)。采用本發(fā)明的方法，能夠減小漏掃區(qū)域的面積，提高捕獲成功率。
文檔編號(hào)G01S17/66GK102621557SQ20111002883
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者劉明, 劉洋, 毛獻(xiàn)輝, 牛春暉, 王昊光 申請(qǐng)人:北京國(guó)科環(huán)宇空間技術(shù)有限公司