具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本专利提出了一种基于自动跟踪的机载光电系统目标地理定位方法，适用于运动载机对地面低速运动或静止目标的定位。利用t时刻和t+n时刻对应的被跟踪目标的像素坐标、相机包含的信息(载机位置、载机姿态信息、光电零位相对载机机轴的偏移角度、摄像机坐标系相对于光电零位的偏移角度)进行定位计算时，要保证n大于10，才能保证定位精度。以下为叙述方便，定义t+n帧对应的为相机2，定义t帧对应的为相机1。

首先，确保光电系统进入目标自动跟踪模式，获得连续帧中被跟踪目标的在相机1和相机2中对应的像素坐标位置。

其次，采集相机1的大地坐标位置P1，相机1对应的载机姿态信息，相机1光电零位相对于相机1载机机轴的偏移角度，相机1摄像机坐标系相对于相机1光电零位的偏移角度，相机1东北天坐标系相对地心坐标系方位和俯仰角；

采集相机2的大地坐标位置P2，相机2对应的载机姿态信息，相机2光电零位相对于相机2载机机轴的偏移角度，相机2摄像机坐标系相对于相机2光电零位的偏移角度，相机2东北天坐标系相对地心坐标系方位和俯仰角；

再次，利用前面步骤采集到的信息，计算获得相机1摄像机坐标系和相机2摄像机坐标系之间的旋转矩阵。

再次，利用前面步骤采集到的信息，计算获得相机1摄像机坐标系和相机2摄像机坐标系之间的位移矢量。

再次，利用旋转矩阵和位移矢量获得被跟踪目标在相机1摄像机坐标系系下的三维位置S。

最后，利用求得的被跟踪目标在相机1摄像机坐标系下的三维位置S，相机1对应的载机位置P1、载机姿态信息，相机1光电零位相对于相机1载机机轴的偏移角度，相机1摄像机坐标系相对于相机1光电零位的偏移角度，求解被跟踪目标的经纬高，达到被动定位的目的。

参照图1所示，本发明方法的具体步骤如下：

S1：在目标自动跟踪模式下，获取被跟踪目标像素坐标位置，被跟踪目标在相机1和相机2的像素坐标位置分别为(X_l,Y_l)，(X_r,Y_r)。

S2：采集相机1的大地坐标位置P1(包括经m₁，纬n₁，高l₁)，相机1对应的载机姿态信息(包括航向角α_F1、俯仰角β_F1以及横滚角γ_F1)，相机1光电零位相对相机1载机机轴零位的偏角(方位α_d1，俯仰β_d1，横滚γ_d1)，相机1摄像机坐标系相对于相机1光电零位的角度信息(包括俯仰θ_EL1和横滚θ_RQ1)，相机1东北天坐标系相对地心坐标系方位α₁和俯仰角β₁；

采集相机2的大地坐标位置P2(包括经m₂，纬n₂，高l₂)，相机2对应的载机姿态信息(包括航向角α_F2、俯仰角β_F2以及横滚角γ_F2)，相机2光电零位相对相机2载机机轴零位的偏角(方位α_d2，俯仰β_d2，横滚γ_d2)，相机2摄像机坐标系相对于相机2光电零位的角度信息(包括俯仰θ_EL2和横滚θ_RQ2)，相机2东北天坐标系相对地心坐标系的方位角α₂和俯仰角β₂。

S3：计算获得相机1摄像机坐标系和相机2摄像机坐标系之间的旋转矩阵：

具体参照图2所示，过程如下：

S3.1相机2摄像机坐标系旋转到相机2东北天坐标系

(1)相机2摄像机坐标系旋转到相机2光电零位，其中相机2摄像机坐标系相对于光电零位的角度信息俯仰θ_EL2，横滚θ_RQ2：

(2)相机2光电零位旋转到相机2载机机轴零位，其中α_d2为相机2光电零位相对载机机轴零位的方位偏角，β_d2为相机2光电零位相对载机机轴零位的俯仰偏角，γ_d2为相机2光电零位相对载机机轴零位的横滚偏角：

(3)相机2载机机轴零位旋转到相机2东北天坐标系，其中α_F2为相机2对应的载机航向角，β_F2为载机俯仰角，γ_F2为载机横滚角：

S3.2相机2东北天坐标系旋转到相机1东北天坐标系

(1)相机2东北天坐标系旋转到地心坐标系，其中α₂，β₂分别代表相机2东北天坐标系相对地心坐标系的方位和俯仰角。

(2)地心坐标系到相机1的东北天的旋转矩阵，其中α₁，β₁分别代表相机1东北天相对地心坐标系方位和俯仰角。

S3.3相机1东北天坐标系旋转到相机1光电零位

(1)相机1东北天坐标系旋转到载机机轴

α_F1为相机1对应的载机航向角，β_F1为相机1对应的载机俯仰角，γ_F1为相机1对应的载机横滚角，公式如下：

(2)载机机轴旋转到相机1光电零位

相机1光电零位相对相机1载机机轴零位的偏角(方位α_d1，俯仰β_d1，横滚γ_d1)，公式如下：

S3.4相机1光电零位旋转到相机1摄像机坐标系，公式如下，其中俯仰θ_EL1，横滚θ_RQ1：

最后，相机2坐标系到相机1坐标系旋转矩阵可表示为：

R＝R₁*R₂*R₃*R₄*R₅*R₆*R₇*R₈

S4：计算获得相机1和相机2之间的平移矢量

即获得相机2摄像机坐标系到相机1摄像机坐标系的平移矢量T(t_x,t_y,t_z)。

具体参照图3所示，过程如下：

S4.1获得地心坐标系中摄像机2的坐标(x_{4_2},y_{4_2},z_{4_2})，相机2对应的载机的经度、纬度为m₂,n₂，R_e近似为的地球半径。

S4.2地心坐标系中相机2位置(x_{4_2},y_{4_2},z_{4_2})转换到相机1的东北天坐标(x_{5_1},y_{5_1},z_{5_1})

相机1对应的载机经度、纬度为m₁,n₁。R_e近似地球半径。

a^T＝(x_{4_2},y_{4_2},z_{4_2})

(x_{5_1},y_{5_1},z_{5_1})＝＝T(·a^T-O_地心)

S4.3相机1东北天坐标系转换到相机1光电零位

(1)相机1东北天坐标系旋转到载机机轴

公式如下，其中α_F1为相机1对应的载机航向角，β_F1为相机1对应的载机俯仰角，γ_F1为相机1对应的载机横滚角。

(2)载机机轴旋转到相机1光电零位

相机1光电零位相对相机1载机机轴零位的偏角(方位α_d1，俯仰β_d1，横滚γ_d1)，公式如下：

到这一步就可以获得相机2相对相机1的平移矢量T(t_x,t_y,t_z)＝(x_{7_1},y_{7_1},z_{7_1})。

S5：利用旋转矩阵R、平移矢量T以及被跟踪目标在相机1和相机2中的像素坐标位置(X_l,Y_l)，(X_r,Y_r)，获得被跟踪目标在相机1摄像机坐标系下的三维位置S(x,y,z)。

令旋转矩阵位移矩阵为T(t_x,t_y,t_z)，相机1和相机2的焦距f以及(X_l,Y_l)，(X_r,Y_r)，被跟踪目标在相机1光电坐标系下的三维位置S(x,y,z),其中，(x,y,z)表示如下：

x＝zX_l/f

y＝zY_l/f

z＝f(ft_x-X_rt_z)/(X_r(r₇X_l+r₈Y_l+fr₉)-f(r₁X_l+r₂Y_l+fr₃)

S6利用上述求得的被跟踪目标在相机1摄像机坐标系下的三维位置S(x,y,z),相机1的大地坐标位置P1(包括经m₁，纬n₁，高l₁)，相机1对应的载机姿态信息(包括航向角α_F1、俯仰角β_F1以及横滚角γ_F1)，相机1光电零位相对于相机1载机机轴零位偏角(方位α_d1，俯仰β_d1，横滚γ_d1)，相机1摄像机坐标系相对相机1光电零位的角度信息(包括俯仰θ_EL1和横滚θ_RQ1)，地心坐标系相对相机1东北天坐标系方位α₁和俯仰角β₁，求解被跟踪目标的经纬高。

S6.1相机1摄像机坐标系转换到相机1的东北天坐标系

(1)相机1摄像机坐标系旋转到相机1光电零位

相机1摄像机坐标系坐标(x,y,z)旋转到相机1光电零位坐标(x₂,y₂,z₂)的公式如下：其中相机1对应光电平台俯仰θ_EL1，横滚θ_RQ1：

(2)相机1光电零位旋转到相机1载机机轴零位，其中α_d1为相机1光电零位相对载机机轴零位的方位偏角，β_d1为相机1光电零位相对载机机轴零位的俯仰偏角，γ_d1为相机1光电零位相对载机机轴零位的横滚偏角：

(3)相机1载机机轴零位旋转到相机1东北天坐标系，其中α_F1为相机2对应的载机航向角，β_F1为载机俯仰角，γ_F1为载机横滚角：

S6.2相机1的东北天坐标转换到地心坐标

即获得地心坐标系中被跟踪目标坐标(X,Y,Z)，其中，相机1对应的载机经度、纬度为m₁,n₁。R_e近似为O点的地球半径R_O

S6.3由地心坐标系转换为经纬高(B,L,H)

目标在地心坐标系下可表示为(X,Y,Z)，令N：椭球的卯酉圈曲率半径，e：椭球的第一偏心率，以a,b分别表示所取椭球的长半轴和短半轴，则有：

R＝[X²+Y²+Z²]^1/2，

W＝(1-e²sin²B)^1/2，

利用逐渐迭代的方式计算(B,L,H)，即被跟踪目标的经纬高。其中B设初值为101度，逐步迭代为最终的目标位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。