CN107628249A - 无人机目标跟踪系统 - Google Patents

Abstract

一种无人机目标跟踪系统，所述无人机用于跟踪目标，其包括机架和对称设置在机架上的多个旋翼，其特征在于，在机架内设置有发动机和齿轮机构，其特征在于，机架内设置有发电机，所述发电机包括定子和转子，所述定子包括与环状凹槽同心的中空的圆环形线圈架，圆环形线圈架上等间隔缠绕有N个线圈；圆环形线圈架内的空腔内设置有转子，转子至少包括永久磁铁和环形的齿轮，在相邻线圈之间的圆环形线圈架上形成有使所述环形齿轮的一部分露出的窗部；发动机通过齿轮机构透过窗部与环形的齿轮啮合从而使转子在圆环形线圈架内的空腔内旋转。利用本发明提供的系统能够长时间跟踪目标。

Description

无人机目标跟踪系统

技术领域

本发明涉及一种无人机目标跟踪系统，属于数据处理技术领域。

背景技术

利用无人机可以获得地面的重要信息，如图像，包括静止图片和视频，从中获得及时准确的现场信息和精确的定位信息，以捕捉战略打击目标，完成打击效果评估等任务。

空中对地观察过程中，地面或水面的运动目标(如火车、汽车、舰艇等)包含着重要价值，是观察重点，常常需要在飞行过程中对其持续关注。由于运动目标与无人机同样处于运动状态，需要无人机长时间跟踪，而现有技术中由于无人机多数用电池供电，而由于电池的使用寿命的限制，通常仅能跟踪四十多分钟，如此，无法长时间持续地进行目标跟踪。

发明内容

为克服现有技术中存在的技术问题，本发明的发明目的是提供一种无人机目标跟踪系统，其能够持续长时间地跟踪目标。

为实现所述发明目的，本发明提供一种无人机目标跟踪系统，所述无人机用于跟踪目标，其包括机架和对称设置在机架上的多个旋翼，其特征在于，在机架内设置有发动机和齿轮机构，其特征在于，机架内设置有发电机，所述发电机包括定子和转子，所述定子包括与环状凹槽同心的中空的圆环形线圈架，圆环形线圈架上等间隔缠绕有N个线圈；圆环形线圈架内的空腔内设置有转子，转子至少包括永久磁铁和环形的齿轮，在相邻线圈之间的圆环形线圈架上形成有使所述环形齿轮的一部分露的窗部；发动机通过齿轮机构透过窗部与环形的齿轮啮合从而使转子在圆环形线圈架内的空腔内旋转。

优选地，所述转子包括与圆环形线圈架同心的磁铁环，所述磁铁环包括：环状的磁铁盒、多块永久磁铁、环形齿轮和多个滑轮，环状的磁铁盒用于收纳多块磁铁，相邻两块磁铁极性相同，该环形齿轮与环状的磁铁盒同心并设置于环状的磁铁盒上；该多个滑轮以与所述圆环形线圈架中空腔内壁接触的方式均匀配置于所述环状的磁铁盒。

优选地：转子旋转时，圆环形线圈架上缠绕的线圈输出电能。

优选地，圆环形线圈架上缠绕的线圈输出的电能电经整流滤波后能够给可充电电池充电，所述可充电电池用于给无人机的用电设备提供电能。

优选地，用电设备至少包括于给旋翼提供动能的电机，所述电机至少包括转子和设置在转子外周的定子，所述定子上至少第一定子绕组和第三定子绕组，第一定子绕组的每一项和第三定子绕组的每一项交错设置，所述转子上设置有永久磁铁，所述磁铁的N极和S极交错设置。

优选地，定子上至少有第二定子绕组，第二定子绕组的每一相和第二定子绕组的每一项同槽设置。

优选地，无人机目标跟踪系统还包括第一电机驱动器、整流器和第二电机驱动器，第一电机驱动器将可充电电池输出直流电转换成交变电流并提供给第一定子绕组，从而使转子旋转，所述转子旋转驱动连接于其轴上的桨叶旋转；第三定子绕组连接于整流器，所述整流器用于将第三定子绕组产生的电能转换为直流电，第二电机驱动器将直流电转换为交变电流而后施加于第二定子绕组以改变电机的转速

与现有技术相比，无人机目标跟踪系统能够持续长时间地跟踪目标。

附图说明

图1是本发明提供的无人机的顶视图；

图2是本发明提供的无人机的控制系统的组成框图；

图3是本发明提供的无人机的发电机的组成示意图；

图4是表示沿着图3中的发电机A-B方向的截面示意图；

图5是发明提供的无人机的动力装置的示意图；

图6是本发明提供的电动机的组成示意图；

图7是地面服务站的组成框图；

图8本发明提供有跟踪目标的流程图；

图9是目标2D轨迹示意图；

图10是本发明提供无人机通信子系统射频部分的组成框图；

图11是本发明提供的频率源的组成框图；

图12是本发明提供的压控振荡器的组成框图；

图13是本发明提供的功率放大器的电路图；

图14是本发明提供的加密器加密过程的示意图；

图15是本发明提供的解密器解密过程的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，对图中相同或者相当的部分赋予相同符号，不再进行反复的说明。

本说明书中，用语“水平面”是指与重力方向交叉的面，并非是限定于与重力方向严格地以90°的角度交叉的面。其中，将无人机的壳体置于与重力方向所成的角度尽可能接近90°的面，从能量转换装置100的动作方面来讲是优选的。另外，本说明书中上下方向意思是重力方向(铅直方向)。

图1是本发明提供的无人机的顶视图。如图1所示，固定翼无人机包括机架800,所述机架800两侧分别设置有一个侧翼，机架800的前方和后方分别设置前缘和后翼。机架800的后翼上沿Z向(垂直于水平面的方向)设置有涵道，所述涵道内设置有支架，支架上设置有电动机200A，电动机200A的输出轴上设置有桨叶。所述机架两侧分别设置有侧翼，每个侧翼的前方设置有支架，位于无人机左侧的支架上设置有电动机200C，电动机 200C的输出轴上设置有桨叶，位于无人机右侧的支架上设置有电动机200B，电动机200B的输出轴上设置有桨叶。在无人机机架800内还设置有发电机 (发电机)100，所述发电机100将燃油发动机的动能转换成电能以给电动机200A、电动机200B、电动机200C及无机的内其它用电设备提供电能。所述燃油发动机的输出轴通过齿轮400将动能传送给发电机100。无人机的后翼上设置尾翼，尾翼呈V型，用以增加飞行稳定性。在桨叶下面设置有反扭力导流片，用以平衡桨叶转动时产生的转动力矩。同时在桨叶下面设置推力导流片，产生前行推力。

机架、前缘、后翼和尾翼采用铝合金骨架，外铺碳纤维复合材料，在保证强度的同时减轻机身重量。

图2是本发明提供的无人机的控制系统的组成框图，如图2所示，根据本发明一实施例，无人机的控制系统包括飞控器406、根据飞行处理器的指令驱动无人机飞行的伺服机构、通信子系统、照相子系统和处理器405，其中，飞控器406根据处理器405的指令给伺服机构提供控制信号，以使伺服机构根据预设路径或者地面控制终端的指令进行飞行，也将无人机飞行时的数据传送给处理器405，伺服机构示例性地包括三个电机控制器和三个电机，电机控制器如电机控制器CON1、电机控制器CON2和电机控制器CON3；电机如电机M1、电机M2和电机M3，三个电机控制器分别控制三个电机。无人机还包括照相子系统，其包括照相机412和相机控制器413，所述照相机 412连接于相机控制器413，其用于对被监视的区域进行航拍，并将所航拍的图像信息传送给相机控制器413，相机控制器413连接于处理器405，其用于对输入的图像信息进行处理而后传送给处理器405。通信子系统包括数字基带单元410、射频单元411和通信卡414，通信卡414通过插槽连接于数字基带单元410，发信时，所述数字基带单元410用于将处理器要传送的信息进行信源编码和信道编码，而后传送给射频单元411，所述射频单元411 包括发射器，所述发射器用于将数字基带单元传送来的信息进行加密并调制到频随PN随机序列产生器产生的PN随而变化的载波信号上而后进行功放，最后通过天线发射到空间；射频单元411还包括接收器，接收器用于将天线接收的信号进行解调和解密，而后将数据发送给数字基带单元410，数字基带单元410用于将数字基带信号进行信道解码、信源解码，取出控制终端发送来的数据或者指令。

本发明中，照相机通过万向节固定于无人机平台上，使照相机的摄影轴o_pz_p随无人机的机体坐标系的OZ重合，使照相机的像平面的o_px_p轴与无人机的机体坐标系的OX平行，照相机的像平面的o_py_p轴与无人机的机体坐标系的OY平行，如此安装，可以通过测量无人机的姿态角而推算出摄影轴的姿态角。

根据本发明第一实施例，无人机的控制系统还包括高度计415，其用于获取无人机与地面的高度信息。根据本发明一实施例，无人机的控制系统还包括存储器408，其用于存储飞控程序和无人机伺服机构的所获取的数据。所述伺服机构包括电机及其控制器。

无人机的控制系统还包括导航定位接收器403，其通过天线A1接收导航定位卫星的关于无人机的位置信息及时间信息，并将数据传送给处理器 405。导航定位接收器403例如为GPS接收器、北斗定位授时接收器等。根据本发明一实施例，将导航定位器的接收天线轴与照相机的光轴同轴设置，如此可根据导航定位接器确定的无人机的位置信息根据坐标变换的原理确定照相机所拍摄图像的中心点的坐标。

无人机的控制系统还包括MEMS402，在无人机上安装MEMS402时，使其测量可以测量照相机摄相轴的姿态角。根据本发明一实施例，本发明提供无人机由电源模块100向各个部件提供能源，其可以通过开关进行断开与接通控制，电源模块100至少包括发电机。

根据一个实施例，无人机的控制系统还包括测距装置418，其用于测量无人机与目标等的距离，所述测距离装置418例如为激光测距仪。无人机的控制系统还包括测向装置418，其用于测量被监视目标与无人机的方向。处理器根据测距装置和测向装置所提供的数据确定被监测目标的位置和速度等。无人机的控制系统还包括存储器401，其用于存储应用程序和所获得的数据，应用程序包括如被监视目标的位置、速度等的计算程序、图像处理程序等。

图3是本发明提供的无人机的发电机的组成示意图；图4是表示沿着图3中的发电机A-B方向的截面示意图，如图3-4所示，在机架内设置有发动机、齿轮机构和发电机，所述发动机通过齿轮机构与发电机相连，所述发电机包括定子和转子，所述定子包括中空的圆环形线圈架102，圆环形线圈架上等间隔缠绕有N个线圈101；圆环形线圈架102内的空腔内设置有转子，转子至少包括永久磁铁和环形的齿轮105，在相邻线圈之间的圆环形线圈架上形成有使所述环形齿轮的一部分露出于圆环形线圈架的窗部108；发动机600通过齿轮机构透过窗部与环形的齿轮啮合从而使转子在圆环形线圈架内的空腔内旋转。优选地，所述转子包括与圆环形线圈架102同心的磁铁环，所述磁铁环包括：环状的磁铁盒106、多块永久磁铁、环形齿轮105和多个滑轮104，环状的磁铁盒106用于收纳多块磁铁，块磁铁为呈N极性、S极性、S极性、N极性，…布置，即相邻两块磁铁极性相同，该环形齿轮 105与环状的磁铁盒同心并设置于环状的磁铁盒上；该多个滑轮104以与所述圆环形线圈架102中空腔内壁接触的方式均匀配置于所述环状的磁铁盒上。所述齿轮机构包括固定于环形凹槽32上的支架301，凹槽32内设置发电机；设置所述支架上设置用于支撑发动机600的部分齿轮轴302，齿轮轴 302用于设置传动齿轮500。所述齿轮机构还包括齿轮400、传动齿轮500，所述发动机600的输出轴连接于齿轮400，发动机600工作时，驱动齿轮400 旋转，齿轮400驱动齿轮500旋转，齿轮500带动环形齿轮105旋转，从而使转子运动。和本发明中，在相邻线圈101之间的圆环形线圈架102上形成有使所述环形齿轮的一部分露出于线圈架的窗部108，以使齿轮400的部分齿能够穿过窗部108与环形齿轮105的齿啮合。只要齿轮105齿能够与齿轮 400的部分齿啮合，则不限定形成窗部108的部位。另外，窗部108并不限定形成线圈架1个部位，也可以形成在多个部位。永久磁铁107收纳在形成于磁铁盒106的磁铁盒中。图3中表示为10个永久磁铁收纳于磁铁盒106。但是，该构成仅是一例，收纳于磁铁盒106的永久磁铁1的个数只要是至少 1个即可。

永久磁铁107优选使用稀土类磁铁。一般而言，与相同大小的铁素体磁铁相比，稀土类磁铁具有较强的磁力(矫顽力)。作为稀土类磁铁可以使用例如钐钴磁铁或者钕磁铁。本发明的实施方式中特别优选钕磁铁。

钕磁铁一般而言，与钐钴磁铁相比，相同大小时具有较强的磁力(矫顽力)。因此，可以使用例如小型的永久磁铁。或者，与使用相尺寸的钐钴磁铁的情况相比，通过使用钕磁铁能够提高能量转换装置的输出(能够取出较大的能量)。但是，本发明的实施方式并不排除稀土类磁铁以外的永久磁铁。永久磁铁107使用铁素体磁铁当然也是可以的。

磁铁盒106形成为环状，其中上部设有开口。因此，永久磁铁107 从磁铁盒106的上方被插入到磁铁盒。通过将永久磁铁107插入磁铁盒而形成环形，也可以在部分磁铁盒中的插入永久磁铁。

磁铁盒106由非磁性材料制作。只要是非磁性材料，则磁铁盒106 的材质没有特别限定。在一个实施方式中，磁铁盒106由非磁性金属(例如铝) 形成。如果永久磁铁107的温度太高，则永久磁铁107有可能减磁。即，永久磁铁107的磁力有可能变弱。通过利用非磁性金属来形成磁铁盒106，能够将永久磁铁107所产生的热量高效地向外部释放，因此，能够降低产生这样的问题的可能性。在另一实施方式中，磁铁盒106由树脂材料形成。通过由树脂材料形成磁铁盒106，能够减轻磁铁盒106的重量。

齿轮105机械地固定于和磁铁盒106上。齿轮105形成为环状，与磁铁盒106同心配置。为了固定环形齿轮105而使用螺丝。螺丝贯穿齿轮，并固定于磁铁盒106上。

环形齿轮105的上表面被加工成：使得螺丝的头不从齿轮105的上表面突出出来。环形齿轮105为了与主涵道内的小齿轮400相啮合而形成有齿。环形齿轮105相对于磁铁盒106的主涵道的中心轴旋转。

环形齿轮105的宽度比磁铁盒106的宽度宽。在将环形齿轮105安装于磁铁盒106时，环形齿轮105从磁铁盒106向磁铁盒106的内径方向延伸。

圆环形线圈架102内形成中空的环形空腔，用于收纳磁铁环，即、收纳着收纳有永久磁铁的磁铁盒106和齿轮105。圆环形线圈架102形成为与磁铁盒106、齿轮105具有公共中心的环状，该公共中心为主涵道的轴线。

滑轮104为球形，其通过轮架固定于磁铁盒上。该多个滑轮均匀设置于磁铁盒上，多个滑轮与线圈架内腔的内壁接触，当环形齿轮105在小齿轮的作用下旋转时，磁铁盒106的旋转，滑轮104进行旋转。伴随滑轮104 的旋转，能够使磁铁盒106顺滑旋转。

为了分散磁铁环的重量、即分散磁铁盒106和齿轮105的合计重量，滑轮104的个数越多越好。因此，滑轮104的个数优选为3个以上。由3点规定1个平面。如果滑轮104的个数为3，则通过各滑轮104与线圈架内腔接触，能够防止磁铁盒105的旋转过程中上下振动。

滑轮104也需要具有支持磁铁盒106和齿轮105的重量的强度。而且，在磁铁盒105高速旋转时，滑轮104也高速旋转。因此，优选滑轮104 尽可能地轻量，以便能够高速旋转。因此，滑轮104由例如金属(例如铝)形成。

在无人机飞行过程中，为了使磁铁形在线圈架102内的中稳定旋转，优选在磁铁盒105的下面，左面和右面分别均匀设置多个滑轮104，在环形齿轮的上面也均匀设置多个滑轮104。

N个线线圈101均匀等间隔缠绕于线圈架102上。线圈101的线材、匝数没有特别限定。此外，线圈架102起到以下作用：作为用于将能量转换装置设置于机架32内的形环凹槽中，以在无人机飞行过程中，将电动机输出的动能转换为电能。

磁铁盒105的截面为矩形或者圆形。而且机架的环形凹槽的截面也是矩形或者圆形。由于线圈架102的截面也为矩形或者圆形，因此能够尽可能地缩短磁铁盒105与线圈101之间的距离。由此，能够抑制线圈101与永久磁铁107之间的磁耦合力的降低。

图3中示出了5个线圈101。但是，线圈101的个数只要是最低1个即可，没有特别限定。线圈101的个数为多个时，优选这些多个线圈在由线圈架规定的圆周上以等角度配置。

图3到图4中，由发动机600通过齿轮400驱动齿轮500旋转时，齿轮500透过线圈架102上的窗部与环形齿轮105啮合而驱动环形齿轮旋转，环形齿轮带动磁铁保持在线圈架102中的空腔旋转，由于本发明所设置的磁铁为呈N极性、S极性、S极性、N极性，…布置，如此在磁铁在线圈中旋转时，在每个线圈中产生了交变的旋转磁场所，从而在线圈中产生了电能。下面结合附图5-6描述本发明的动力装置。

图5是发明提供的固定翼无人机的动力装置的示意图，如图5所示，根据本发明一个实施例，固定翼无人机的发电机100产生的电能经整流器300 整流成直流电，而后经充电器500充入到蓄电池E1中，利用蓄电E1给予三个电机，如电机200A、电机200B和电机200C及其它用电设备提供电能。根据本发明一个实施例，为防止蓄电池给充电器倒提供电能，在充电器的正电源输出端和蓄电池的正极端之间设置了一个二极管D1，二极管D1的正极连接于充电器500的正电源输出端，负极连接于畜电池E1的正极。充电器 500的公共端连接于畜电池的负极端。在蓄电池E1通过二极管D1向电机提供电能。根据本发明一个实施例，无人机的桨叶由三个电机驱动，每个电机的转速由电机控制电路根据指令来控制。

根据本发明一个实施例，电机包括外壳、置于外壳内的定子和转子，所述定子上设置有第一定子绕组线圈U1、V1和W1、第二定子绕组线圈U2、V2和W2和第三定子绕组线圈U3、V3和W3，第一定子绕组线圈U1、V1和W1 和第二定子绕组线圈U2、V2和W2为电动机绕组线圈，它们的每一项分别同槽设置，第一定子绕组线圈U1、V1和W1和第三定子绕组线圈U3、V3和W3分别交错设置，如图6所示。电机还包括与转子的轴一同旋转的速度编码器 VS1和整流编码器CD1，电机控制电路包括电机驱动器DR1，还包括极性控制单元PC1、速度控制单元VC1以及脉宽调制控制单元PWM1，电机驱动器DR1为响应于控制信号而进行开关控制的半导体装置，以将电力传输到第一定子绕组。在这里，由于电机驱动单元DR1设置成向定子的定子绕组供应直流电，因此其结构可以根据电动机的类型(定子绕组的相数)而改变。。

极性控制单元PC1接收来自电机的整流编码器CD1的光传感器信号，并向电机驱动单元DR1发送用于实现电整流器的控制信号，从而实现电整流器。速度控制单元VC1接收来自电机的速度编码器的编码器VS1信号，并向脉宽调制控制单元PWM1发送速度控制信号。电机控制电路还包括直流整流器H1，该直流整流器对从电机的第三定子绕组(发电机线圈)产生的交流电进行整流并产生脉动直流电，所述直流电经滤波器C1滤波产生直流电。电机控制电路还包括极性控制单元PC2、速度控制单元VC2以及脉宽调制控制单元PWM2，极性控制单元PC2接收来自电机的整流编码器CD1 的光传感器信号，并向电机驱动单元DR2发送用于实现电整流器的控制信号，从而实现电整流。速度控制单元VC2接收来自电机的速度编码器的编码器VS2信号，并向脉宽调制控制单元PWM2发送速度控制信号。无人机的飞行控制器根据发送的指令向脉宽调制控制单元PWM1和脉宽调制控制单元PWM2发送转速的控制信号。脉宽调制控制单元PWM1和脉宽调制控制单元PWM2分别向电机驱动器DR1和电机驱动器DR2发送用于根据控制信号对电机的转速进行控制的PWM信号。

根据本发明一个实施例，电机的定子还包括多个彼此叠置的环形硅片、多个部分能量回收绕组槽、多个电动机绕组槽、多个磁通分割槽、多个抵消消除槽、缠绕在相应部分能量回收绕组槽周围的多个部分能量回收绕组、以及缠绕在相应电动机绕组槽周围的多个电动机绕组。

电动机绕组用作通过接收来电机电路的电力而使转子旋转的电动机。部分能量回收绕组用作利用由转子旋转感应出的电流而产生电力。在该实施例中，绕组槽和绕组的总数是6，被分在3个区域中。沿定子周向按如下方式布置U1/U2、U3、V1/V2、V3、W1/W2、W3。第一定子绕组被连接到电机驱动器DR1，第二定子绕组被连接到电机驱动器DR2。第二定子绕组被连接到相应的直流整流器CH1。当各个相的绕组并联缠绕时，这些绕组通过相位和极性进行分布和缠绕并连接到相应的导线上，彼此之间没有任何连接。

此外，由于在电动机绕组槽与部分能量回收绕组槽之间设有宽度均等相对较窄的磁通分割槽，因此磁通被分割，从而阻断了可供电动机绕组的磁通流向部分能量回收绕组的路径，使得电动机绕组的磁通只可流向定子的磁场，从而使电动机能更有效地驱动。此外，磁通分割槽使电动机绕组槽周围的励磁宽度保持不变，从而使电动机绕组槽可以在驱动期间不影响相邻绕组槽或不受相邻绕组槽影响地进行操作。

在部分能量回收绕组槽与相邻部分能量回收绕组槽之间设有宽度均等且相对较窄的抵消消除槽，以消除磁通相抵，从而提高了发电效率。

转子包括多个彼此叠置的硅片以及多个平坦的永磁体，这些永磁体沿径向埋设在叠置的硅片中。就此而言，永磁体被设计成具有强磁力，以致于可形成相对较宽的磁场表面，因此可使磁通聚集在该磁场表面上，增大磁场表面的磁通密度。转子的极数根据定子的极数而定。

下面详细介绍转子，三个永磁体等距离地彼此间隔开并埋设在叠置的圆形硅片中，且极性呈N极性和S极交错布置的。在叠置的圆形硅片的中心上设有非磁芯，以支撑永磁体和硅片，并且穿过非磁芯的中心设有轴。永磁体形成为平坦形状，并且在永磁体之间形成有空置空间。

使用永磁体的电动机被设计成具有通过转子的被动能量和定子的主动能量相结合而形成的旋转力。为了实现电动机中的超效率，增强转子的被动能量是非常重要的。因此，在本实施例中使用“钕(钕、铁、硼)”磁体。这些磁体增大了磁场表面并使磁通能聚集到转子的磁场上，从而增大了磁场的磁通密度。

与此同时，设置整流编码器和速度编码器来控制电机的旋转。整流编码器CD1和速度编码器VS1被安装在电动机主体外壳的外侧凹部上，以与转子的旋转轴一同旋转。

本发明中提供的无人机的动力部分，将柴油发动机输出的动能转换为电能以提供给无人机的电动机中，在电动机中由于在定子上设置了第三定子绕组，在无人机飞行过程中收集了部分能量，该收集的能量施加到第二定子绕组，以改变施加于第一定子绕组中的电力，从而节省了能量，如此可使延长无人机的飞行时间。

无人机通过其通信子系统与地面服务器进行通信，下面结合图7进行详细说明地面服务器。

图7是地面服务器的组成框图，如图7所示，本发明提供的地面服务器包括处理器20、输入/输出接口、网络适配器23、通信模块23、收发天线24和存储器25，其中，收发天线24用于将空间电磁波信号转换为电信号，并提供给通信模块23，通信模块23将无人机载控制系统发送来的信号提供给处理器20，处理器20对无人机载控制系统发送来的数据帧进行解包并通过输入/输出接口21在显示器上进行显示，处理器根据用户指令对所获取得图像进行处理，判断地面目标的位置，根据地面目标的位置制作无人机飞行指令，而后将无人机飞行指令打包成飞行指令帧，通过通信模块14和天线 18发送给无人机载飞行控制系统。地面服务器将所接收的无人同载控制系统发送来的图像通过打印机进行打印，还可存储到存储器25中，还通过网络适配器发送给其它用户或者服务器。输入输出接口21还可连接键盘和鼠标，键盘用于输入指令或者执行某些操作，鼠标用于执行某些操作。

图8本发明提供无人机目标跟踪流程图。如图5所示，本发明提供的无人机目标跟踪方法，包括：

S01：利用无人机载摄像机连续拍摄地面图像，并在每幅图像中标注无人机的地面坐标、姿态角及获取地面图像时的时刻等；

S02：搜索最近所拍摄的多幅地面图像，并将每幅地面图像变换到同一坐标系中，本发明利用基于仿射变换将每幅所拍摄的地面图像变换到同上一坐标系中，例如采用下面所述的线性变换：

其中(x,y)是(u,v)的新变换坐标，a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂,是变换参数集，它们可以由无人机的姿态角计算得出，也可以通过最小二乘法计算出来。

S03，对多幅地面图像进行滤波，而后从滤波后的地面图像中取出前景图像，对前景图像进行特征提取，而后进行特征匹配；

S04：测量出目标的平均速度和方向，例如利用激光测距仪在第一时刻分别测量无人机到目标和参考点的位置及两束激光的夹角；在第二时刻分别无人机到目标和参考点的位置及两束激光的夹角，而后求出目标的运行距离，进而求出目标的运行速度。

S05：根据被跟踪目标的速度和运行方向调整无人机的航速和航向，从而跟踪目标。

步骤S03中，为了测量地面目标的运行速度，必须在的拍摄的图像中通过提取地面目标不变的特征量来进行匹配，以便计算地面移动目标的位移。由于特征的可靠提取直接影响匹配结果的可靠性,因此选择合适的特征量和特征提取算法十分关键。通常可选择图像中的直线对象或者点作为匹配的特征量。对于直线的提取主要使用的方法有Hough变换、随机Hough变换 (random Hough transform)等；而提取点的常用方法有边缘检测、角点检测等。本发明优选Harris角点检测算法，具体采用如下方法：

S311：对于前景图像I中的每一个像素，计算其x和y方向导数I_x和I_y，并且计算I_xy＝I_xI_y。

S312：应用窗口函数A，即，h_x＝AI_x,h_y＝AI_y,h_xy＝AI_xy,

S313：计算(k是常数)以测量两个方向的变化。

S314：设置H的阈值并查找局部极大值以获得角特征点。

利用Harris角点检测算法分别对前一幅图像和本幅图像进行角点检测形成角点集合分别记为：

和

在获得E_(t-1)和E_t这两个特征集合之后,就需要将对应特征点进行匹配。本发明优选正规化后的关联系数，这是一种高效的统计方法。通过在点周围的小窗口上最大化关联系数，实现实际特征匹配。关联系数由下式给出：

其中，v_t-1(r,c)表示前一幅图像中被跟踪目标的个体灰度值；

表示前一幅图像中被跟踪目标的平均灰度值；

v_t(r,c)表示当前帧图像中被跟踪目标的个体灰度值；

表示当前帧图像中被跟踪目标的平均灰度值

R、C表示模板矩阵的行数和列数。

当上述协方差最大时，说明两点匹配。本发明仅针对特征点实现块匹配算法。因此，计算开销可以明显降低。通过角点集合和的关联计算，将两集合中相匹配的点保留下来，其它的点去除，分别计为匹配的点集：

和

为了获得准确的跟踪结果，可以动态更新目标模型。更新过程用公式表示为：

表示目标o的当前时刻的模型，表示目标o前一时刻的模型，表示目标o在时刻t的候选模型；α对最近跟踪结果的贡献进行加权(通常 <0.1)。

在无人机跟踪的目标中，会出现形状和性质相似的多个区域，如运行在道路中的汽车，行人等，而实际应用中，无人机的任务可能只要求跟踪一个目标，而被跟踪的目标与其它区域的形态相同，因此，常常会引起误跟踪，为解决该问题，本发明还包括计算每个跟踪轨迹的最佳分值，每个目标的轨迹在图像坐标系中可以用2D点序列[V₀, V₁, …, V_N-1]表示，该目标轨迹的分值可以通过下式计算：

式中β_i是如图9所示的一个轨迹点与其相邻的两个轨迹点的连线的夹角，S(T)大于或者等于0，并小于或者等于1。S(T)越高，跟踪目标的轨迹越光滑，越是感兴趣的被跟踪的目标。利用本发明提供的方法可以从多个相似的目标区域中筛选出被跟踪的目标，而排除其它目标。

步骤4中，测量出目标的平均速度和方向可采用如下方法，使无人机携带至少三个标定装置，所述标定装置在照相机的视野中，照相机的拍摄目标的图像时必然能拍摄到本个标定装置的图像，而三个标定装置能够精确确定其自身的精确坐标，如根据三个标定装置与无人机的设置关系，当

图10是本发明提供无人机通信子系统射频部分的组成框图，如图10所示，无人机通信子系统射频率部分包括发射器、接收器、频率合成器801、频率源829和PN码产生器828，所述发射器包括射频调制器(调制器)805，其用于将待发送的密文数据调制到由频率合成器801产生的第一频率信号上，所述频率合成器801根据所述PN码产生器828产生的PN码将频率源产生的频率合成不同的频率，所述接收器包括混频器808，所述混频器808用于将接收的信号与频率合成器801所产生的第二频率信号进行混频从而解调出发送端所发送的密文数据。发射器还至少包括加密器803和二进进制序列产生器801，二进进制序列的长度为一个字节，从高到低的数据位按顺序记为 K[n]，加密器803将待发送的明文数据分成M个字节，任一字节的任一位记为D[m,k]，则密文数据的M个字节的任一位S[m,k]根据下式计算得到：

k∈{0,1,…,K-1},n∈{0,1,…,N-1} m∈{121,…,M},其中，k和n由设定的密码确定。

接收器还包括解密器809，所所述接收器包括解密器809和二进制伪随机序列产生器，解密器809将接收的密文数据分成M个字节，根据下式将密文数据解密得到明文数据：

k∈{0,1,…,K-1},n∈{0,1,…,N-1} m∈{121,…,M},其中，k和n由设定的密码确定。

射频部分还还包括双工器806和天线804，所述功放807和混频器 808通过双工器连接于天线804。

根据一个实施例，频率合成器801包括倍频器825、倍频器827、倍频器820、第一移相器824、移相器823、移相器830、乘法器821、乘法器 822和加法器826，其中，倍频器825用于对频率源提供的信号进行倍频得到第一信号；移相器824用于对第一信号进行移相得到与第一信号相互正交的第二信号；倍频器827用于对频率源提供的信号进行倍频得到第三信号；移相器823用于对第三信号进行移相得到与第三信号相互正交的第四信号；乘法器用821于对第二信号和第四信号进行相乘，并提供给加法器；乘法器用于对第一信号和第三信号进行相乘，并提供给加法器；加法器对乘法器821 和乘法器822提供的信号进行加法运算，而后提供给倍频器820从而得到第一频率信号，所述加法器的输出信号经移相器830移相后得到第二频率信号。

图11是本发明提供的频率源的组成框图，如图11所示，本发明提供的频率源包括：晶体振荡器、分别比为K的分频器、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器VCO和分别比为N的分频器，其中，晶体振荡器用于产生固定频率信号并提供给分频器，分频器对晶体振荡器进行分频并提供给鉴相器；VCO 根据参考Vf和低通滤波器提供的电压产生压控振荡信号，并经分频器分频而后提供的鉴相器，鉴相器比较分频器和分频器提供的信号的相位并经低通滤波器LPF滤除高频从而产生电压信号，该电压信号与Vf叠加以进一步控制VCO产生的频率信号。

图12是本发明提供的压控振荡器(VCO)的电路图，如图10所示，本发明提供的压控振荡器(VCO)压控振荡器包括薄膜体声波振荡器 BAWF1、薄膜体声波振荡器BAWF2、场效应管T3、场效应管T4、场效应管T7、场效应管T5、场效应管T6、场效应管T8和恒流源，其中，场效应管T3的源极连接于场效应管T4的漏极，场效应管T3的漏极和栅极均接于电源EC；场效应管T7的栅极连接于场效管T3的源极，漏极连接于电源EC，源极连接于恒流源；场效应管T5的源极连接于效应管T6的漏极，场效应管 T5的漏极和栅极均接于电源EC；场效管T8的漏极连接于电源EC，栅极接于场效管T5的源极，源极连接于恒电源；场效应管的栅极T4和场效应管T5的栅极相连，并为信号输入端，场效应管T4的源极和场效应管T6的源极为信号输出端。场效应管T4的漏极连接于薄膜体声波谐振BAWF1的第一端；场效应管T6的漏极连接于薄膜体声波谐振器BAWF2的第一端；薄膜体声波谐振器BAWF1的第二端和薄膜体声波谐振器BAWF2的第二端相连接，并为电压控制端。控制电压Vf通过电阻R10连接于控制端。

压控振荡器(VCO)还包括场效应管T9、场效应管T10、场效应管 T11和恒流源CS，恒流源CS的一端连接于电源EC，另一端连接于场效应管T11的漏极，场效应管T11的源极接地，栅极连接于其漏极，并连接于场效应管T9的栅极和场效应管T10的栅极，场效应管T9的源极接地，漏极连接于场效应管T7的源极以给其提供恒定电流；场效应管T10的源极接地，漏极连接于场效应管T8的源极以给其提供恒定电流。

图13是本发明提供的发射器中高频功率放大器(功放)的电路图，如图13所示，本发明提供的高频功率放大电路包括高频信号输入端IN、输入匹配网络、放大器、输出匹配网络、高频信号输出端OUT及偏置电路，放大器由高功放管T44组成，高频信号输入端IN经输入匹配网络300进行阻抗匹配，而将信号输入到高功放管T44的基极，高功放管T44的集电极输出的信号经输出匹配网络与天线回路进行阻抗匹配而后将信号输入到天线回路，偏置电路由晶体管T43和电阻R47组成，晶体管T43基极经电阻R41 连接于控制电压Vcon，晶体管T43的集电极连接于电源Vcc1,发射极经电阻 R47给高功放管T44的基极提供电流。

优选地，高频功率放大电路还包括温度补偿电路，温度补偿电路包括晶体管T41、晶体管T42、电阻R43、电阻R43和电阻R44，其中，晶体管T42的基极连接于电阻R42的第一端，电阻R42的第二端连接于电阻R41 的第一端，电阻R41的第二端连接于控制电压Vcon，电阻R41的第一端同时连接于晶体管T41的集电极和晶体管T43的基极；晶体管T42集电极经电阻R43连接于电源Vcc1，发射极经电阻R44连接于地，并连接于晶体管T41 的基极；晶体管T41的发射极接地，集电极连接于电组R41的第一端。本发明由于采用了如此结构的温度补偿电路，使得高频功率放大电路的温度补偿能力大大提高。

根据一实施例，高频功率放大电路还包括稳电压电路，所述稳压电路包括电容C41和二极管D41，电容C41的一端连接于晶体管T43的基极，另一端接地；二极管的正极接地，负极连接于晶体管T43的基极。

图14是本发明提供的加密器加密过程的示意图，如图12所示，二进制伪随机序列产生器802产生的二进进制序列的长度Nbit，从高到低的数据位按顺序记为K[n]，加密器将待发送的明文数据分成M等份，每份的长度为Nbit，任一等份的任一位记为D[m,k]，则密文数据的M个字节的任一位S[m,k]根据下式计算得到：

其中，k∈{0,1,…,K-1},n∈{0,1,…,N-1}m∈{121,…,M}，n和k由输入的密码确定。

如图9中，二进制伪随机序列产生器802产生的二进进制序列的长度为一个字节，每个字节包括8bit，从高到低的数据位按顺序记为K[n]，将待发送的明文数据分成M字节，每个字节的长度为8bit，任一字节的任一位记为D[m,k]将根据下式将明文数据进行加密得到密文数据：

其中K＝N＝8，n由设定的密码确定。

可选地，还可以采用如下优选的方式进行加密：二进制伪随机序列产生器801产生的二进进制序列的长度为一个字节，每个字节包括8bit，从高到低的数据位按顺序记为K[n]，将待发送的明文数据分成M字节，每个字节的长度为8bit，任一字节的任一位记为D[m,k]将根据下式将明文数据进行加密得到密文数据

其中K＝N＝8，k由输入的密码确定

图15是本发明提供的解密器解密过程的示意图，如图13所示，，二进制伪随机序列产生器802产生的二进进制序列的长度Nbit，从高到低的数据位按顺序记为K[n]，解密器将接收的密文数据分成M等份，每份的长度为Nbit，任一等份的任一位记为S[m,k]，则解密后明文数据的M个字节的任一位 D[m,k]根据下式计算得到：

式中，k∈{0,1,…,K-1},n∈{0,1,…,N-1}m∈{121,…,M}，n和k由输入的密码确定。

根据一实施例，二进制伪随机序列产生802产生的二进进制序列的长度为一个字节，每个字节包括8bit，从高到低的数据位按顺序记为K[n]，将接收的密文数据分成M字节，每个字节的长度为8bit，任一字节的任一位记为S[m,k]将根据下式将密文数据进行解密得到明文数据：

其中K＝N＝8，n由设定的密码确定。

可选地，还可以采用如下优选的方式进行加密：二进制伪随机序列产生器802产生的二进进制序列的长度为一个字节，每个字节包括8bit，从高到低的数据位按顺序记为K[n]，将接收的密文数据分成M字节，每个字节的长度为8bit，任一字节的任一位记为S[m,k]将根据下式将密文数据进行解密得到明文数据：

根据一个实施例，二进制伪随机序列产生器也可以由密码存储表来代替，从存储表中选择哪个密码由用户选择，只要在无人机在执行任务前，设定了密码，则执行任务期间，无人机和地面服务器或者地面终端就利用该密码对数据进行加解密，如此可增强通信的安全性。

本发明提供的系统中，由于采用一个字长的二进制伪随机序对数据进行并行的加解密，因此节约了成本，并加快了加解密速度。

此外，本发明提供的方法可以通过计算机可用程序代码的计算机程序来实现，计算机可用程序代码被存储在数据处理系统内的计算机可读存储介质中，并且计算机可用程序代码通过网络从远程数据处理系统下载。此外，在本发明的实施例中，计算机程序可以包括被存储在服务站数据处理系统内的计算机可读存储介质中的计算机可用程序代码，计算机可用程序代码通过网络下载到远程数据处理系统，以便在远程系统的计算机可读存储介质中使用。

以上结合附图描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种无人机目标跟踪系统，所述无人机用于跟踪目标，其包括机架和对称设置在机架上的多个旋翼，其特征在于，在机架内设置有发动机和齿轮机构，其特征在于，机架内设置有发电机，所述发电机包括定子和转子，所述定子包括与环状凹槽同心的中空的圆环形线圈架，圆环形线圈架上等间隔缠绕有N个线圈；圆环形线圈架内的空腔内设置有转子，转子至少包括永久磁铁和环形的齿轮，在相邻线圈之间的圆环形线圈架上形成有使所述环形齿轮的一部分露出于的窗部；发动机通过齿轮机构透过窗部与环形的齿轮啮合从而使转子在圆环形线圈架内的空腔内旋转。

2.根据权利要求1所述的无人机目标跟踪系统，其特征在于，所述转子包括与圆环形线圈架同心的磁铁环，所述磁铁环包括：环状的磁铁盒、多块永久磁铁、环形齿轮和多个滑轮，环状的磁铁盒用于收纳多块磁铁，相邻两块磁铁极性相同，该环形齿轮与环状的磁铁盒同心并设置于环状的磁铁盒上；该多个滑轮以与所述圆环形线圈架中空腔内壁接触的方式均匀配置于所述环状的磁铁盒上。

3.根据权利要求2中所述的无人机目标跟踪系统，其特征在于：转子旋转时，圆环形线圈架上缠绕的线圈输出电能。

4.根据权利要求3所述的无人机目标跟踪系统，其特征在于，定子上缠绕的线圈输出的电能电经整流滤波后能够给可充电电池充电，所述可充电电池用于给无人机的用电设备提供电能。

5.根据权利要求4所述的无人机目标跟踪系统，其特征在于，用电设备至少包括于给桨叶提供动能的电机，所述电机至少包括转子和设置在转子外周的定子，所述定子上至少第一定子绕组和第三定子绕组，第一定子绕组的每一项和第三定子绕组的每一项交错设置，所述转子上设置有永久磁铁，所述磁铁的N极和S极交错设置。

6.根据权利要求5所述的无人机目标跟踪系统，其特征在于，定子上至少有第二定子绕组，第二定子绕组的每一相和第二定子绕组的每一项同槽设置。

7.根据权利要求6所述的无人机目标跟踪系统，其特征在于，还包括第一电机驱动器、整流器和第二电机驱动器，第一电机驱动器将可充电电池输出直流电转换成交变电流并提供给第一定子绕组，从而使转子旋转，所述转子旋转驱动连接于其轴上的桨叶旋转；第三定子绕组连接于整流器，所述整流器用于将第三定子绕组产生的电能转换为直流电，第二电机驱动器将直流电转换为交变电流而后施加于第二定子绕组以改变电机的转速。