获取雷达探测目标大地坐标的方法、装置、系统及介质
阅读说明：本技术 获取雷达探测目标大地坐标的方法、装置、系统及介质 (Method, device, system and medium for acquiring geodetic coordinates of radar detection target ) 是由 冯涛 贺越 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种获取雷达探测目标大地坐标的方法、装置、系统及介质,方法包括以下步骤：采集至少两个标定点的雷达坐标与大地坐标；将雷达坐标和大地坐标分别转换为雷达几何坐标和大地几何坐标；根据雷达几何坐标和大地几何坐标确定旋转矩阵和平移参数；根据探测目标的雷达坐标和所述旋转矩阵及平移参数确定探测目标的大地几何坐标,对大地几何坐标转换进行逆处理,确定探测目标的大地坐标,还可以将探测目标的大地坐标转换为适用于不同定位软件的大地坐标。本发明只需预先获取至少两个标定点的雷达坐标和大地坐标,便可将雷达坐标转换为大地坐标,为获取雷达探测目标大地坐标提供了新思路,还可使大地坐标能够被不同的定位软件精确检测。(The invention discloses a method, a device, a system and a medium for acquiring geodetic coordinates of a radar detection target, wherein the method comprises the following steps: collecting radar coordinates and geodetic coordinates of at least two calibration points; respectively converting the radar coordinates and the geodetic coordinates into radar geometric coordinates and geodetic geometric coordinates; determining a rotation matrix and translation parameters according to the radar geometric coordinates and the geodetic geometric coordinates; and determining the geodetic geometric coordinates of the detection target according to the radar coordinates of the detection target, the rotation matrix and the translation parameters, performing inverse processing on the geodetic geometric coordinate conversion to determine the geodetic coordinates of the detection target, and converting the geodetic coordinates of the detection target into geodetic coordinates suitable for different positioning software. According to the method, the radar coordinates and the geodetic coordinates of at least two calibration points are obtained in advance, the radar coordinates can be converted into the geodetic coordinates, a new thought is provided for obtaining the geodetic coordinates of the radar detection target, and the geodetic coordinates can be accurately detected by different positioning software.)
技术领域
本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种获取雷达探测目标大地坐标的方法、装置、系统及介质。
背景技术
无线定位已成为现代社会不可或缺的重要关键技术，其中卫星定位技术已经被广泛应用于军事、海事以及民用导航服务，基本满足了人们对于户外定位的需要。但是由于卫星定位的特质，定位信号容易受气候、电流层、对流层、空气、电磁波、遮蔽物等的影响，使得在特殊天气或者某些场合下无法进行定位。在卫星定位信号失效的情况下，可以将探测目标的雷达坐标转换成能够被定位系统识别的大地坐标，而由雷达采集到的雷达坐标一般是球坐标格式的，所以需要将雷达采集的雷达坐标转换为可以被定位系统识别的大地坐标，包括经纬度和海拔高度。可选地，从不同渠道获得的大地坐标，可能并不适用于所有的定位软件，例如高德地图、腾讯地图以及谷歌中国区地图使用的是GCJ-02坐标系，百度地图使用的是BD-09坐标系，而通过GPS设备获取的坐标使用的是WGS-84坐标系。将从同一个定位系统获得的同一个地点的大地坐标输入不同的定位软件，会产生几十米到几百米的偏移。
目前，针对雷达坐标与大地坐标的转换问题，已有的解决方法是采用栅格划分法确定雷达探测目标的位置信息，但这种方法误差较大，耗时较长。同时，也有利用至少四个不共面的点确定雷达坐标与大地坐标的转换矩阵，从而确定雷达探测目标的大地坐标。
发明内容
有鉴于此，本发明弥补卫星定位系统的缺陷，将探测目标的雷达坐标转换为大地坐标，只需利用至少两个标定点，就可以确定探测目标的大地坐标，还可以使其大地坐标能够被不同的定位软件精确地检测到。提供了一种获取雷达探测目标大地坐标的方法，包括以下步骤：
S10，采集至少两个标定点的雷达坐标和大地坐标；
S20，对至少两个标定点的雷达坐标进行转换，将球坐标转换为雷达几何坐标；
S30，将获取的至少两个标定点的大地坐标转换为大地几何坐标；
S40，根据转换后的雷达几何坐标集和大地几何坐标集确定旋转矩阵和平移参数；
S50，根据探测目标的雷达坐标和旋转矩阵及平移参数确定探测目标的大地几何坐标，对大地几何坐标转换进行逆处理，确定探测目标的大地坐标。
优选地，所述采集至少两个标定点的大地坐标系可以不同，最终获得探测目标的大地坐标与采集至少两个标定点的大地坐标系一致。
优选地，所述大地坐标系包括WGS-84坐标系、CGSC2000坐标系、北京54坐标系或西安80坐标系。
优选地，坐标系为WGS-84坐标系时，包括以下步骤：
S101，采集至少两个标定点的雷达坐标集和大地坐标集；其中，雷达坐标格式为d为目标与雷达之间的距离，θ为雷达测量方位角，为雷达测量俯仰角，大地坐标格式为(B,L,H)，B为纬度，L为经度，H为海拔高度；
S102，将雷达坐标转换为雷达几何坐标(x1,y1,z1)；其中，雷达几何坐标系为雷达坐标对应的空间直角坐标系，根据球坐标与空间直角坐标系的转换关系计算；
S103，将大地坐标(B，L，H)转换为大地几何坐标(x2,y2,z2)；其中，将WGS-84坐标系下的(B，L，H)转换为大地几何坐标(x2,y2,z2)的转换公式为：
x2＝(N+H)*cosB*cosL
y2＝(N+H)*cosB*sinL
z2＝[N*(1-e2)+H]*sinB
其中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b为椭球的长短半径，f为椭球扁率，W为第一辅助系数，其中，或
S104，确定旋转矩阵和平移参数；将一个空间直角坐标系中的点转换到另一个空间直角坐标系通过以下公式实现：
其中，Δx、Δy、Δz为平移参数，R为旋转矩阵，R＝R(α)R(β)R(γ)，α为绕x轴旋转的角度，β为绕y轴旋转的角度，γ为绕z轴旋转的角度；
其中，有6个待确定的未知参数，分别是Δx、Δy、Δz、α、β、γ，由至少两个标定点经过S102中确定的雷达几何坐标集和经过S103确定的大地几何坐标集，计算得出这6个未知参数；
S105，根据确定的旋转矩阵和平移参数以及大地几何坐标逆处理，确定探测目标的大地坐标；将探测目标的雷达坐标经S102转换为雷达几何坐标(x1new，y1new，z1new)，通过S104确定的旋转矩阵和平移参数，利用公式计算得出探测目标位于WGS-84坐标系下的大地几何坐标(x2new，y2new，z2new)；将(x2new，y2new，z2new)通过S103逆处理得出探测目标位于WGS-84坐标系下的大地坐标(Bnew，Lnew，Hnew)。
优选地，所述将WGS-84坐标系下的大地几何坐标转换为大地坐标的转换公式为：
其中，a、b为椭球的长短半径，e为椭球的第一偏心率，
基于上述目的，本发明还提供了一种获取雷达探测目标大地坐标的装置，采用上述方法，本装置包括：
数据采集模块，用于采集雷达坐标集和大地坐标集；
雷达几何坐标转换模块，与所述数据采集模块连接，用于将雷达坐标转换为对应的几何坐标。
大地几何坐标转换模块，与所述数据采集模块连接，用于将大地坐标转换为对应的大地几何坐标。
转换参数确定模块，与所述雷达几何坐标转换模块和大地几何坐标转换模块连接，用于根据雷达几何坐标和大地几何坐标确定变换参数，也就是旋转矩阵和平移参数。
探测目标大地坐标确定模块，与所述转换参数确定模块连接，用于根据所述旋转矩阵、平移参数以及大地几何坐标转换逆处理，确定探测目标的大地坐标。
优选地，还包括坐标转换模块，与所述探测目标大地坐标确定模块连接，用于将探测目标的大地坐标通过不同的转换算法转换成适用于不同定位软件坐标系的大地坐标。
基于上述目的，本发明还提供了一种获取雷达探测目标大地坐标的系统，包括至少一个雷达和处理设备，所述处理设备与至少一个雷达相连接，所述处理设备包括一个或多个处理器和存储器，存储器用于存储一个或多个计算机程序；其中，当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述处理器针对雷达实现上述的获取雷达探测目标大地坐标的方法。
优选地，所述处理设备还包括内部总线、I/O接口和网络适配器，所述处理器与I/O接口和网络适配器通过内部总线通信连接。
基于上述目的，本发明还提供了一种获取雷达探测目标大地坐标的介质，所述介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被上述处理器执行时，实现上述的获取雷达探测目标大地坐标的方法。
与现有技术相比，本发明公开的获取雷达探测目标大地坐标的方法、装置、系统及介质，可以弥补卫星定位系统的缺陷，只需要预先获取至少两个标定点的雷达坐标集和大地坐标集，后续就可以快速的将雷达坐标转换为大地坐标，为获取雷达探测目标的大地坐标提供了一种新思路，还可以使得其大地坐标能够被不同的定位软件精确地检测到。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例获取雷达探测目标大地坐标方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例获取雷达探测目标大地坐标方法的又一步骤流程图；
图3为本发明实施例获取雷达探测目标大地坐标方法的再一步骤流程图；
图4为本发明实施例获取雷达探测目标大地坐标装置的结构框图；
图5为本发明实施例获取雷达探测目标大地坐标系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
方法实施例参见图1-3
方法实施例1
一种获取雷达探测目标大地坐标的方法，包括以下步骤：
S10，采集至少两个标定点的雷达坐标和大地坐标；
S20，对至少两个标定点的雷达坐标进行转换，将球坐标转换为雷达几何坐标；
S30，将获取的至少两个标定点的大地坐标转换为大地几何坐标；
S40，根据转换后的雷达几何坐标集和大地几何坐标集确定旋转矩阵和平移参数；
S50，根据探测目标的雷达坐标和旋转矩阵及平移参数确定探测目标的大地几何坐标，对大地几何坐标转换进行逆处理，确定探测目标的大地坐标。
具体实施例中，采集至少两个标定点的大地坐标系可以不同，最终获得探测目标的大地坐标与采集至少两个标定点的大地坐标系一致。
大地坐标系包括WGS-84坐标系、CGSC2000坐标系、北京54坐标系或西安80坐标系等。
方法实施例2
参见图2，坐标系为WGS-84坐标系时，包括以下步骤：
S101，采集至少两个标定点的雷达坐标集和大地坐标集；其中，雷达坐标格式为d为目标与雷达之间的距离，θ为雷达测量方位角，为雷达测量俯仰角，大地坐标格式为(B，L，H)，B为纬度，L为经度，H为海拔高度；本实施例需要的标定点个数至少为两个，所有标定点都是可以被雷达采集到的。大地坐标由定位系统采集得到，包括经纬度和海拔高度等，所述的定位系统可以是全球定位卫星系统(Global Positioning System，GPS)，全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)，北斗导航系统(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)等。本实施例采用GPS定位系统作为示范，GPS定位系统采用的坐标系是WGS-84坐标系；
S102，将雷达坐标转换为雷达几何坐标(x1，y1，z1)；其中，雷达几何坐标系为雷达坐标对应的空间直角坐标系，根据球坐标与空间直角坐标系的转换关系计算；
S103，将大地坐标(B，L，H)转换为大地几何坐标(x2，y2，z2)；其中，将WGS-84坐标系下的(B，L，H)转换为大地几何坐标(x2，y2，z2)的转换公式为：
x2＝(N+H)*cosB*cosL
y2＝(N+H)*cosB*sinL
z2＝[N*(1-e2)+H]*sinB
其中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b为椭球的长短半径，f为椭球扁率，W为第一辅助系数，其中，或 WGS-84坐标系的参数为：长半轴a＝6378137，短半轴b＝6356752.3142，椭球扁率f＝1/298.257223563。
具体实施例中，针对不同的坐标系有不同的转换算法，如有将WGS-84坐标系转为几何坐标的转换算法，也有将CGSC2000坐标系转为几何坐标的转换算法。
如果采集的大地坐标是属于CGSC2000坐标系的，那么此时修改a，b的值即可，最后确定的大地坐标也是CGSC2000坐标系。
如果采集的大地坐标是北京54坐标系，那么需要将WGS-84坐标系下的大地几何坐标转换为大地坐标的转换公式进行修改。
S104，确定旋转矩阵和平移参数；将一个空间直角坐标系中的点转换到另一个空间直角坐标系通过以下公式实现：
其中，Δx、Δy、Δz为平移参数，R为旋转矩阵，R＝R(α)R(β)R(γ)，α为绕x轴旋转的角度，β为绕y轴旋转的角度，γ为绕z轴旋转的角度；
其中，有6个待确定的未知参数，分别是Δx、Δy、Δz、α、β、γ，由至少两个标定点经过S102中确定的雷达几何坐标集和经过S103确定的大地几何坐标集，计算得出这6个未知参数；具体实施例中，当标定点的个数大于两个时，可以任意组合两个标定点，得到多组标定点，每组标定点都可以确定一组未知参数，可以进一步对多组未知参数进行优化处理，得出最优解。
S105，根据确定的旋转矩阵和平移参数以及大地几何坐标逆处理，确定探测目标的大地坐标；将探测目标的雷达坐标经S102转换为雷达几何坐标(x1new,y1new,z1new)，通过S104确定的旋转矩阵和平移参数，利用公式计算得出探测目标位于WGS-84坐标系下的大地几何坐标(x2new，y2new，z2new)；将(x2new，y2new，z2new)通过S103逆处理得出探测目标位于WGS-84坐标系下的大地坐标(Bnew，Lnew，Hnew)。
将WGS-84坐标系下的大地几何坐标转换为大地坐标的转换公式为：
其中，a、b为椭球的长短半径，e为椭球的第一偏心率，
具体实施例中，针对不同的坐标系有不同的转换算法，例如有将几何坐标转为WGS-84坐标系的转换算法，也有将几何坐标转为CGSC2000坐标系的转换算法，等等。
可以利用算法将探测目标的大地坐标转换为适用于不同定位软件的大地坐标。转换算法可以是WGS-84坐标系转BD-09坐标系，也可以是WGS-84坐标系转GCJ-02坐标系等等。
方法实施例3
参见图3，在方法实施例2的基础上，还包括S106，将S105确定的探测目标的大地坐标转换成适用于不同定位软件的大地坐标。
将探测目标的大地坐标通过不同的转换算法转换成适用于不同定位软件的大地坐标。将S105确定的位于WGS-84坐标系下的探测目标的大地坐标转换为适用于百度地图的BD-09大地坐标。
转换算法还可以是WGS-84转BD-09，也可以是WGS-84转GCJ-02等等。
本方法适用于不同定位软件的坐标系，为GCJ-02坐标系、BD-09坐标系和WGS-84坐标系、搜狗坐标系、MapBar坐标系等。
S101-S105的坐标系属于大地坐标系，而S106的坐标系是将对不同坐标系进行算法加密后的坐标系。所以S101-S105的转换是通过公式，如WGS-84坐标系下的大地几何坐标转换为大地坐标的转换公式，进行转换的，可以将公式写成算法。S106的转换是通过算法进行解密后的转换，举例说明：GCJ-02坐标系是对WGS-84坐标系进行非线性加密后得到的，而BD-09坐标系是对GCJ-02坐标系非线性加密得到的。
本方法只需要预先获取至少两个标定点的雷达坐标集和大地坐标集，就可以确定旋转矩阵和平移参数，后续就可以快速的将雷达坐标转换为大地坐标，为获取雷达探测目标的大地坐标提供了一种新思路，可以弥补卫星定位系统的缺陷。
装置实施例
参见图4，包括数据采集模块301，用于采集雷达坐标集和大地坐标集；
雷达几何坐标转换模块302，与所述数据采集模块301连接，用于将雷达坐标转换为对应的几何坐标。
大地几何坐标转换模块303，与所述数据采集模块301连接，用于将大地坐标转换为对应的大地几何坐标。
转换参数确定模块304，与所述雷达几何坐标转换模块302和大地几何坐标转换模块303连接，用于根据雷达几何坐标和大地几何坐标确定变换参数，也就是旋转矩阵和平移参数。
探测目标大地坐标确定模块305，与所述转换参数确定模块304连接，用于根据所述旋转矩阵、平移参数以及大地几何坐标转换逆处理，确定探测目标的大地坐标。
具体实施例中，还可以包括坐标转换模块，与所述探测目标大地坐标确定模块305连接，用于将探测目标的大地坐标通过不同的转换算法转换成适用于不同定位软件坐标系的大地坐标。
系统实施例
参见图5，该系统包括至少一个雷达41和处理设备40，且处理设备40与各个雷达41连接，该处理设备40包括一个或多个处理器401及存储器403。具体实施例中，还包括内部总线402、I/O接口405、网络适配器406，其中，存储器403可能包含内存404，例如高速随机存储器(Radom-Access Memory,RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器等。当然，该处理设备还可能包括其他业务所需要的硬件。
处理器401、存储器403、I/O接口405、网络适配器406可以通过内部总线402相互连接，该内部总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture,ISA)总线、外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect,PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture,EISA)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为了便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
处理设备40典型的包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被处理设备40访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储器403，用于存放计算机程序。具体的，计算机程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器403可以包含内存404，例如高速随机存储器(Radom-Access Memory,RAM),也可能还包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个不可移动的磁盘存储器、可移动的非易失性光盘读写的光盘驱动器等，并向处理器提供指令和数据。
处理设备40可以通过I/O接口405与一个或多个外部设备(例如显示器、键盘等)通信，还可以与一个或多个使得用户能与该设备交互的设备通信。并且，处理设备40还可以通过网络适配器406与一个或多个网络通信。
处理器401从存储器403中读取对应的计算机程序到内存中然后运行。例如针对每个雷达实现本发明实施例所提供的获取雷达探测目标的大地坐标的方法。
介质实施例
本发明还提供了一种获取雷达探测目标大地坐标的介质，本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质或上述的任意合适的组合，可用于存储可以被计算设备访问的信息。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。
计算机可读介质包含的程序代码可以用任何合适的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆等等，或上述任意合适的组合。
可以利用一种或多种程序设计语言来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言诸如Julia、Java、C++等。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。