坐标投影转换在自动化系统中的应用

许　乐

（民航中南空管局空管设备应用技术开放实验室，广东 广州 510403）

【摘　要】雷达目标的位置是基于雷达站本地的，必须对坐标进行转换，并投影到显示平面上，才能在显示器上观察。本文通过研究广州欧洲猫自动化系统雷达目标坐标投影转换为例，介绍坐标投影转换在自动化系统显示中的应用。

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关键词 自动化系统；雷达目标；坐标投影

作者简介：许乐（1981—），男，福建人，工程师，主要研究方向是空管监视设备和空管自动化系统。

0　引言

在自动化系统中，为了实现雷达目标的统一融合处理，就必须将各地雷达站扫描到的目标实时的转换到某一坐标系下。当今各自动化系统厂家比较流行的做法是将目标的站心坐标系通过数次变换，转换到本地平面投影坐标系后再进行融合处理，再进行显示。

1　雷达目标坐标投影转换

从雷达站传送下来的雷达目标的位置是基于该雷达站本地的，必须对目标的坐标进行转换，并投影到显示平面上，才能在显示器上观察。由于地球是三维椭球体的，而显示屏幕是二维的平面，因此三维立体到二维平面的投影必然会带来误差以及变形。对坐标进行变换和投影，要求误差和变形在可接受的范围之内。

以广州欧洲猫自动化系统为例，该系统的坐标变换和投影算法，使用符合国际标准的WGS-84坐标系作为基准参数进行坐标投影变换和计算（地球大圆周）距离，变换过程如图1所示。

在这套坐标变换流程中，一共有四个参考坐标系统。第一个参考坐标系统是站心坐标系，即雷达站的坐标系，其平面位置和高度位置是分开计算的，是相对于雷达站的，高度使用气压高度。平面位置可以使用极坐标系或笛卡尔坐标坐标系，极坐标系用角度/距离来表示（rho/theta），以雷达站为中心，正北角度为0，顺时钟方向角度为theta，与雷达站中心的距离为rho[1]；笛卡尔坐标使用XY来表示，雷达站为原点，向北为Y正，向东为X正[2]。极坐标系与笛卡尔坐标系可以相互转换，但算出来的都是以雷达站为参考点的位置。

第二个是地心坐标系，这个坐标系以地心为球心的三维坐标计算系统，三条数轴都以地心为原点，使用相同的单位长度，分别为X轴（横轴）、Y轴（纵轴）和Z轴（竖轴）。各轴之间的顺序要求符合右手法则，即以右手握住Z轴,让右手的四指从X轴的正向以90度的直角转向Y轴的正向,这时大拇指所指的方向就是Z轴的正向。地心坐标系统是重要的中间坐标系统，各个雷达站的位置/高度数据转换成了统一地心坐标系后就可以相互进行比较、融合等后续处理。地心坐标系的数据是三维的，计算起来没有系统误差[3]。因此，对雷达目标的告警、路径预测等计算一般都采用地心坐标系来计算，计算完以后再把结果转换成其它方便显示的坐标系统的数值。

下面说明站心坐标系与地心坐标系的转换。以测站P（B0，L0，H0）为原点，P点的法线方向为轴（指向天顶为正），轴指向过P点的大地子午线的切线北方向，轴与平面垂直[4]。P’为目标点，即要计算和转换的点，通常为飞行目标位置，此点的站心坐标为（XL，YL，ZL）。

则站心坐标到地心坐标的转换公式如下：

则地心坐标到站心坐标的转换公式如下：

第三个为参心坐标系，这个坐标系的中心是可以设定的，把某个重要位置点设定为参考中心，如广州区管自动化系统以广州白云机场东跑道中心点设置为参考中心点。参心坐标系统也有三个维度，水平面两个维度X和Y，以及垂直的高度。水平面的X和Y是根据距离参考中心的大圆距离算出来的，首先使用大圆球面距离算法算出大圆距离，然后把大圆距离在经度方向的分量作为Y值，在纬度方向的分量作为X值。参心坐标系会有一点的误差，但是对于区域范围内工作的自动化系统来说，这个误差是可以接受的。

最后一个是平面投影坐标系，这个坐标系用于把三维球面的坐标转换为二维平面的坐标。从三维到二维的转换过程又称为投影，主要使用了大地投影算法，投影点位于系统中心点与球心延长线与球面的交点。大地投影算法中欧洲猫自动化系统综合了兰伯特和墨卡托投影的优点，采用三维立体坐标投影算法，投影过程如图3所示。

２　结束语

坐标投影转换在自动化系统雷达信号处理过程中是必要的环节，因各雷达型号不同而处理过程有所不同，但各种雷达坐标系的定义标准是一致的。本文所述的是将坐标投影转换用于现有在用自动化系统雷达目标的显示中，通过实际使用和验证，证明准确且精度高。

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参考文献

［１］余博,郭雷,高世伟.基于对数极坐标变换的灰度投影稳像算法[J].计算机应用. 2008(12).

［２］宋军,王国宏.倾斜角定位技术的研究[J].舰船电子工程,2005(2).

［３］高艳芳,戚树军,李晓昌.将WGS-84坐标转为北京54坐标的一种实用方法[J].物探化探计算技术,2008(12).

［４］周云,华祖耀.DIS中的坐标系统及坐标转换[J].计算机仿真,2000(6).

［责任编辑：杨玉洁］