CN108646787B - 目标追踪方法、装置以及无人机 - Google Patents

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CN108646787B CN201810325879.5A CN201810325879A CN108646787B CN 108646787 B CN108646787 B CN 108646787B CN 201810325879 A CN201810325879 A CN 201810325879A CN 108646787 B CN108646787 B CN 108646787B
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Abstract

本发明涉及一种目标追踪方法、装置以及无人机，其中方法包括：获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。上述目标追踪方法，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。

Description

目标追踪方法、装置以及无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种目标追踪方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质以及无人机。
背景技术
随着自动化技术、计算机视觉技术等科技水平的不断提高，无人机在军用、工业和民用领域都得到了快速发展。小型无人机的目标追踪技术作为无人机应用技术的一个重要分支，在各领域如反恐侦查、交通监控和无人机跟踪航拍等方面都具有广泛的应用前景。
在无人机追踪过程中由于追踪目标与无人机同样处于运动状态，无人机需要尽快准确检测出追踪目标，调整无人机飞行参数例如速度和角度，实现持续跟踪。传统的无人机目标追踪方法，一般是通过无人机搭载的摄像头和传感器等获知无人机的世界坐标和运动状态，通过算法获知追踪目标的世界坐标和运动状态，运用比例、积分和微分(PID)控制法控制无人机飞行进行目标追踪。
传统的无人机目标追踪方法，运算方法较为复杂，存在导航跟踪不够灵活，跟踪及时性和准确性较低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够灵活准确地对目标进行追踪的目标追踪方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质以及无人机。
一种目标追踪方法，包括以下步骤：
获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；
根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；
根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
上述目标追踪方法，根据本端设备和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本端设备的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
在一个实施例中，所述获取追踪目标和本端设备的运动状态参数包括：
获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；
所述根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子包括：
根据本端设备的航向角和所述相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，并计算使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子；根据本端设备的速度和追踪目标的速度，以及预设的跟随距离，计算使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子。
上述实施例的技术方案，通过确定的本端设备和目标设备之间的相对距离和相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子，以及使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子，在航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子的驱动下，使得本端设备的航向角趋向于θ和β，相对角度和追踪目标的航向角，并且在速度动力因子的作用下使得本端设备和目标设备之间的相对距离趋近于设定的跟随距离，从而实现本端设备对目标设备灵活而高效地跟踪。
在一个实施例中，所述获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度包括：
获取本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并获取本端设备与追踪目标之间的相对位移；根据本端设备的坐标、速度和航向角，以及所述相对位移，计算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角；根据本端设备与追踪目标之间的相对位移，获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度。
上述实施例的技术方案，通过获取的本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，以及距离探测器探测的本端设备和追踪目标之间的相对位移，综合运算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角，继而获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度信息，可以快速而准确地实现对本端设备与目标设备的相关运动状态参数获取。
在一个实施例中，所述航向角接近动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000031
上式中，t为时间，
Figure GDA0002863845890000032
为t时刻的航向角接近动力因子，
Figure GDA0002863845890000033
为t时刻本端设备的航向角，θ为本端设备和追踪目标之间的相对角度，τ1为接近动力强度系数，σ为作用系数。
在一个实施例中，所述航向角跟随动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000034
上式中，
Figure GDA0002863845890000035
为t时刻的航向角跟随动力因子，β为追踪目标的航向角，τ2为跟随动力强度系数。
在一个实施例中，所述速度动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000036
其中，
Figure GDA0002863845890000037
上式中，
Figure GDA0002863845890000038
为速度动力因子，v为t时刻本端设备的速度，vr为t时刻追踪目标的速度，d为本端设备和追踪目标之间的相对距离，d0为追踪距离，c1为速度动力强度系数，c2为距离影响系数。
在另一个实施例中，所述速度动力因子也可以依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000039
在一个实施例中，所述根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角的步骤包括：获取本端设备和追踪目标之间的相对距离；当所述相对距离大于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角接近动力因子为零；当所述相对距离小于或等于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角跟随动力因子为零。
上述实施例的技术方案，在无人机和追踪目标相距较远时接近动力因子起主导作用，对追踪目标进行距离追踪，当较近时跟随动力因子起主导作用，调整本端设备航向角趋近追踪目标的航向角，可以灵活地对本端设备地航向角进行调整，调整连贯性和效果好，效率高。
在一个实施例中，所述并根据速度动力因子调整本端设备的速度的步骤包括：根据追踪距离设定速度动力因子的取值；根据所述取值，求解所述速度动力因子，得到飞行速度；调整本端设备按照所述飞行速度飞行；实现对本端追踪速度和距离的快速调整。
上述实施例的技术方案，通过确定的本端设备和目标设备之间的相对距离和相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子，以及使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子，在航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子的驱动下，使得本端设备的航向角趋向于相对角度和追踪目标的航向角，并且在速度动力因子的作用下使得本端设备和目标设备之间的相对距离趋近于设定的跟随距离，从而实现本端设备对目标设备灵活而高效地跟踪。
一种目标追踪装置，包括：
参数获取模块，用于获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；
因子计算模块，用于根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；
目标追踪模块，用于根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
上述目标追踪装置，根据本端设备和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本端设备的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；
根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；
根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。上述计算机设备，其处理器执行程序时，通过实现如上步骤，从而可以根据本端设备和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本端设备的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；
根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；
根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
上述计算机可读存储介质，其存储的计算机程序，通过实现如上步骤，从而可以根据本端设备和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本端设备的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
一种无人机，包括：飞行控制器、定位模块、气压计、陀螺仪和距离探测器，所述飞行控制器分别与定位模块、气压计、陀螺仪和距离探测器连接；所述飞行控制器执行如上任意一个实施例所述的目标追踪方法的步骤。
上述无人机，飞行控制器可通过连接的定位模块、气压计、陀螺仪和距离探测器，探测和分析获取无人机和追踪目标的运动状态，通过飞行控制器执行如上任意一个实施例所述的目标追踪方法的步骤，从而可以根据无人机和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本无人机的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节无人机的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
在一个实施例中，所述距离探测器包括超声波探测器和/或激光测距传感器。
当追踪目标被遮挡时，激光传感器的距离探测效果不好，但激光测距传感器具有精度高的优势，上述实施例的技术方案，可根据实际需要选用超声波探测器或激光测距传感器，或者，超声波探测器和激光测距传感器组合使用，以提升距离探测器的距离探测的准确性，从而提升对目标追踪的准确性。
附图说明
图1为一个实施例中目标追踪方法的应用环境图；
图2为一个实施例中目标追踪方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中目标追踪方法的流程示意图；
图4为一个实施例中目标追踪装置的结构框图；
图5为一个实施例中无人机的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的目标追踪方法，可以应用于如图1所示的应用环境中，包括本端设备100和追踪目标200。其中，本端设备100为对追踪目标200进行追踪的设备，其可以包括例如无人机等。本端设备分析获取本端设备100和追踪目标200的运动状态信息，对本端无人机100飞行的速度和航向角进行调控，以实现对追踪目标200的追踪。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种目标追踪方法，以该方法应用于图1中的无人机100为例进行说明，包括以下步骤：
S210，获取追踪目标和本端设备的运动状态参数。
其中，追踪目标为需要进行追踪的运动目标物体，本端设备为对所述追踪目标进行追踪的，执行所述目标追踪方法的主体设备，以图1为例，本端设备可以是指无人机，追踪目标则为无人机追踪的运动目标。运动状态参数为表征运动的实时状态的数据，例如可以是位置、速度和航向角的数据等等，其可以通过本端设备的相关传感器等设备探测获取；
在此步骤中，本端设备可实时监测获取追踪目标和本端设备的运动状态参数。
S220，根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子。
其中，航向角为运动速度方向与设定参照方向之间的夹角，航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子是用于表征控制本端设备航向角调控的参数；速度动力因子是用于表征控制本端设备速度调控的参数。
在此步骤中，本端设备根据获取的运动状态参数，计算用于调控航向角的航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子，以及用于调控速度的速度动力因子。
S230，根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
在此步骤中，本端设备根据航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
上述目标追踪方法，根据本端设备和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本端设备的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
在一个实施例中，步骤S210中所述获取追踪目标和本端设备的运动状态参数包括：
S211，获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；
其中，三维坐标系可根据实际需要设置，其可以是例如世界坐标系或者是自定义的三维坐标系等等，相对距离可以为在该三维坐标系中，本端设备坐标点和追踪目标坐标点之间的连接线段的长度，相对角度可以为在该三维坐标系中，本端设备坐标点至追踪目标坐标点的向量与设定参照方向之间的夹角；
步骤S220中所述根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子包括：
S221，根据本端设备的航向角和所述相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，并计算使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子；
S222，根据本端设备的速度和追踪目标的速度，以及预设的跟随距离，计算使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子。
其中，跟随距离为在追踪过程中需要达到和保持的本端设备和追踪目标之间的相对距离；
上述实施例的技术方案，通过确定的本端设备和目标设备之间的相对距离和相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子，以及使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子，在航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子的驱动下，使得本端设备的航向角趋向于相对角度和追踪目标的航向角，并且在速度动力因子的作用下使得本端设备和目标设备之间的相对距离趋近于设定的跟随距离，从而实现本端设备对目标设备灵活而高效地跟踪。
在一个实施例中，参见图3所示，图3为另一个实施例的目标追踪方法，该实施例的目标追踪方法可以包括如下步骤：
S310，获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；
此步骤S310可对应于上述步骤S211。
在一个实施例中，步骤S310中所述获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度包括：
S310a，获取本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并获取本端设备与追踪目标之间的相对位移；
其中，相对位移可以为在世界坐标系中，本端设备坐标点至追踪目标坐标点之间的相对位移，其可以是例如一个位移向量，可以包括追踪目标相对于本端设备运动的位移和方向的信息。
以本端设备为无人机为例，无人机可获取定位模块和气压计检测的无人机在世界坐标系中的坐标，以及根据坐标随时间变化计算的速度，和获取的陀螺仪探测的航向角的信息；利用无人机的距离探测器，探测无人机和追踪目标之间的相对位移的信息；
S310b，根据本端设备的坐标、速度和航向角，以及所述相对位移，计算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角；
同样以本端设备为无人机为例，无人机可以根据无人机的坐标、速度和航向角，以及无人机与追踪目标的相对位移，计算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角；
举例来说，在前述步骤得出无人机位置的三维坐标以及无人机与追踪目标的相对位移就可以算出追踪目标的位置坐标；通过无人机在每个坐标轴上分量的速度以及分量距离，就可以算出目标速度，例如某时刻无人机在x轴分量速度＝5m/s，此时两者相对位移的x轴分量dx＝20m，无人机匀速运动，下一秒时刻测得两者相对位移的x轴分量dx＝23m，可得追踪目标在x轴的分量速度＝8m/s；算出了追踪目标每个轴分量上速度的大小，就可以算出追踪目标的速度和航向角；
S310c，根据本端设备与追踪目标之间的相对位移，获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度。
在此步骤中，本端设备例如无人机可以根据世界坐标系中本端设备的坐标和追踪目标的坐标，获取本端设备和追踪目标之间的相对角度。
上述实施例的技术方案，通过获取的本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，以及距离探测器探测的本端设备和追踪目标之间的相对位移，综合运算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角，继而获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度信息，可以快速而准确地实现对本端设备与目标设备的相关运动状态参数获取。
S320，根据本端设备的航向角和所述相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，并计算使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子；
此步骤S320可对应上述步骤S221。
在一个实施例中，所述航向角接近动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000101
上式中，t为时间，
Figure GDA0002863845890000102
为t时刻的航向角接近动力因子，
Figure GDA0002863845890000103
为t时刻本端设备的航向角，θ为本端设备和追踪目标之间的相对角度，τ1为接近动力强度系数，σ为作用系数。
在一个实施例中，所述航向角跟随动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000104
上式中，
Figure GDA0002863845890000105
为t时刻的航向角跟随动力因子，β为追踪目标的航向角，τ2为跟随动力强度系数。
S330，根据本端设备的速度和追踪目标的速度，以及预设的跟随距离，计算使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子。
此步骤S330可对应上述步骤S222。
在一个实施例中，所述速度动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000111
其中，
Figure GDA0002863845890000112
上式中，
Figure GDA0002863845890000113
为速度动力因子，v为t时刻本端设备的速度，vr为t时刻追踪目标的速度，d为本端设备和追踪目标之间的相对距离，d0为追踪距离，c1为速度动力强度系数，c2为距离影响系数。
作为一种可选的速度动力因子公式变形，在另一个实施例中，所述速度动力因子也可以依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000114
S340，根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
此步骤S340可对应上述步骤S230。
在对目标进行追踪时，对本端设备航向角的调控，是使得本端设备例如无人机的航向角先趋向于相对角度，最后趋向于追踪目标的航向角。航向角接近动力因子起调节作用时，目标是要使得航向角接近动力因子趋向于零，从而使得本端设备的航向角趋向于相对角度，其中τ1和σ都是可调节的参数。航向角跟随动力因子作用时，目标是要使得航向角跟随动力因子趋向于零，从而使得本端设备的航向角趋向于追踪目标的航向角，其中τ2为可调节的参数。
在一个实施例中，S340所述根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角的步骤包括：获取本端设备和追踪目标之间的相对距离；当所述相对距离大于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角接近动力因子为零；当所述相对距离小于或等于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角跟随动力因子为零。
在对无人机的航向角进行调整时，其最终目标是在达到最终稳定的追踪状态时，本端设备的航向角与追踪目标的航向角相同，但是如果直接调节本端设备的航向角与追踪目标的航向角相同，在本端设备与追踪目标之间距离较远，还未达到设定的追踪距离时，会导致本端设备偏离追踪目标，降低追踪效率；上述实施例的技术方案，在无人机和追踪目标相距较远时接近动力因子起主导作用，对追踪目标进行距离追踪，当较近时跟随动力因子起主导作用，调整本端设备航向角趋近追踪目标的航向角，可以灵活地对本端设备地航向角进行调整，调整连贯性和效果好，效率高。
而对于本端设备速度的调控，是使得本端设备例如无人机的速度趋向目标设备的速度，相对距离趋向于设定的追踪距离。
在一个实施例中，S340所述并根据速度动力因子调整本端设备的速度的步骤包括：根据追踪距离设定速度动力因子的取值；根据所述取值，求解所述速度动力因子，得到飞行速度；调整本端设备按照所述飞行速度飞行；实现对本端追踪速度和距离的快速调整。
作为示例的，下面举一个具体的例子来说明本发明上述实施例的速度动力因子对无人机的速度调控可以如下：
以式(3)的速度动力因子公式，追踪距离d0＝10，c2＝0.5为例，则可得
Figure GDA0002863845890000121
如果此时无人机与追踪目标距离d大于10，则此时c2d大于5，所以就要求v>vr才能保证“-c1(v-vr)”为负数，进而保证
Figure GDA0002863845890000122
因此需要调节无人机的速度大于追踪目标速度，无人机加速前进。如果此时无人机与追踪目标距离d小于10，则此时c2d小于5，所以就要求v<vr才能保证“-c1(v-vr)”为正数，进而保证
Figure GDA0002863845890000123
则调控无人机的速度小于追踪目标速度，无人机减速前进。
而对于式(4)的速度动力因子公式，则可调节使得速度动力因子趋向于零，从而使得本端设备的与目标设备的相对距离趋向于追踪距离。
上述实施例的技术方案，通过确定的本端设备和目标设备之间的相对距离和相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子，以及使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子，在航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子的驱动下，使得本端设备的航向角趋向于θ和β，相对角度和追踪目标的航向角，并且在速度动力因子的作用下使得本端设备和目标设备之间的相对距离趋近于设定的跟随距离，从而实现本端设备对目标设备灵活而高效地跟踪。
应该理解的是，虽然图2-3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，参见图4所示，提供了一种目标追踪装置，包括：
参数获取模块410，用于获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；
因子计算模块420，用于根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；
目标追踪模块430，用于根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
上述目标追踪装置，根据本端设备和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本端设备的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
在一个实施例中，所述参数获取模块410进一步用于获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；
所述因子计算模块420进一步用于根据本端设备的航向角和所述相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，并计算使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子；根据本端设备的速度和追踪目标的速度，以及预设的跟随距离，计算使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子。
在一个实施例中，所述参数获取模块410包括：
第一运动信息获取模块，用于获取本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并获取本端设备与追踪目标之间的相对位移；
第二运动信息获取模块，用于根据本端设备的坐标、速度和航向角，以及所述相对位移，计算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角；
相对运动信息获取模块，用于根据本端设备与追踪目标之间的相对位移，获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度。
在一个实施例中，所述因子计算模块420进一步用于将航向角接近动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000141
上式中，t为时间，
Figure GDA0002863845890000142
为t时刻的航向角接近动力因子，
Figure GDA0002863845890000143
为t时刻本端设备的航向角，θ为本端设备和追踪目标之间的相对角度，τ1为接近动力强度系数，σ为作用系数。
在一个实施例中，所述因子计算模块420进一步用于将航向角跟随动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000144
上式中，
Figure GDA0002863845890000145
为t时刻的航向角跟随动力因子，β为追踪目标的航向角，τ2为跟随动力强度系数。
在一个实施例中，所述因子计算模块420进一步用于将速度动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000146
Figure GDA0002863845890000148
上式中，
Figure GDA0002863845890000147
为速度动力因子，v为t时刻本端设备的速度，vr为t时刻追踪目标的速度，d为本端设备和追踪目标之间的相对距离，d0为追踪距离，c1为速度动力强度系数，c2为距离影响系数。
在一个实施例中，所述目标追踪模块430进一步用于：
获取本端设备和追踪目标之间的相对距离；当所述相对距离大于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角接近动力因子为零；当所述相对距离小于或等于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角跟随动力因子为零。
在一个实施例中，所述目标追踪模块430进一步用于：
根据追踪距离设定速度动力因子的取值；根据所述取值，求解所述速度动力因子，得到飞行速度；调整本端设备按照所述飞行速度飞行。
关于目标追踪装置的具体限定可以参见上文中对于目标追踪方法的限定，在此不再赘述。上述目标追踪装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本发明的目标追踪装置与本发明的目标追踪方法一一对应，在上述目标追踪方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于目标追踪装置的实施例中，特此声明。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；
根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；
根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
上述计算机设备，其处理器执行程序时，通过实现如上步骤，从而可以根据本端设备和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本端设备的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；根据本端设备的航向角和所述相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，并计算使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子；根据本端设备的速度和追踪目标的速度，以及预设的跟随距离，计算使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并获取本端设备与追踪目标之间的相对位移；根据本端设备的坐标、速度和航向角，以及所述相对位移，计算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角；根据本端设备与追踪目标之间的相对位移，获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时，所述航向角接近动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000161
上式中，t为时间，
Figure GDA0002863845890000162
为t时刻的航向角接近动力因子，
Figure GDA0002863845890000163
为t时刻本端设备的航向角，θ为本端设备和追踪目标之间的相对角度，τ1为接近动力强度系数，σ为作用系数。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时，所述航向角跟随动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000164
上式中，
Figure GDA0002863845890000165
为t时刻的航向角跟随动力因子，β为追踪目标的航向角，τ2为跟随动力强度系数。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时，所述速度动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000171
Figure GDA0002863845890000172
上式中，
Figure GDA0002863845890000173
为速度动力因子，v为t时刻本端设备的速度，vr为t时刻追踪目标的速度，d为本端设备和追踪目标之间的相对距离，d0为追踪距离，c1为速度动力强度系数，c2为距离影响系数。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取本端设备和追踪目标之间的相对距离；当所述相对距离大于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角接近动力因子为零；当所述相对距离小于或等于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角跟随动力因子为零。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据追踪距离设定速度动力因子的取值；根据所述取值，求解所述速度动力因子，得到飞行速度；调整本端设备按照所述飞行速度飞行。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；
根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；
根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪。
上述计算机可读存储介质，其存储的计算机程序，通过实现如上步骤，从而可以根据本端设备和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对本端设备的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节本端设备的航向角，利用速度动力因子调节本端设备的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；根据本端设备的航向角和所述相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，并计算使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子；根据本端设备的速度和追踪目标的速度，以及预设的跟随距离，计算使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
获取本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并获取本端设备与追踪目标之间的相对位移；根据本端设备的坐标、速度和航向角，以及所述相对位移，计算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角；根据本端设备与追踪目标之间的相对位移，获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，所述航向角接近动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000181
上式中，t为时间，
Figure GDA0002863845890000182
为t时刻的航向角接近动力因子，
Figure GDA0002863845890000183
为t时刻本端设备的航向角，θ为本端设备和追踪目标之间的相对角度，τ1为接近动力强度系数，σ为作用系数。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，所述航向角跟随动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000184
上式中，
Figure GDA0002863845890000185
为t时刻的航向角跟随动力因子，β为追踪目标的航向角，τ2为跟随动力强度系数。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，所述速度动力因子依照下述公式算得：
Figure GDA0002863845890000186
Figure GDA0002863845890000191
上式中，
Figure GDA0002863845890000192
为速度动力因子，v为t时刻本端设备的速度，vr为t时刻追踪目标的速度，d为本端设备和追踪目标之间的相对距离，d0为追踪距离，c1为速度动力强度系数，c2为距离影响系数。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
获取本端设备和追踪目标之间的相对距离；当所述相对距离大于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角接近动力因子为零；当所述相对距离小于或等于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角跟随动力因子为零。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据追踪距离设定速度动力因子的取值；根据所述取值，求解所述速度动力因子，得到飞行速度；调整本端设备按照所述飞行速度飞行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
一种无人机，参见图5所示，包括：飞行控制器510、定位模块520、气压计530、陀螺仪540和距离探测器550，所述飞行控制器510分别与定位模块520、气压计530、陀螺仪540和距离探测器550连接；
所述飞行控制器510执行如上任意一个实施例所述的目标追踪方法的步骤。
上述无人机，飞行控制器510可通过连接的定位模块520、气压计530、陀螺仪540和距离探测器550，探测和分析获取无人机和追踪目标的运动状态，通过飞行控制器执行如上任意一个实施例所述的目标追踪方法的步骤，从而可以根据无人机和追踪目标的运动状态，计算对应的航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子，并将对无人机的飞行调控划分为航向角和速度的调控，利用航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子两个因子综合调节无人机的航向角，利用速度动力因子调节无人机的速度，对追踪目标进行追踪，追踪方式简单灵活，追踪效率高。
在一个实施例中，所述距离探测器包括超声波探测器和/或激光测距传感器。
当追踪目标被遮挡时，激光传感器的距离探测效果不好，但激光测距传感器具有精度高的优势，上述实施例的技术方案，可根据实际需要选用超声波探测器或激光测距传感器，或者，超声波探测器和激光测距传感器组合使用，以提升距离探测器的距离探测的准确性，从而提升对目标追踪的准确性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种目标追踪方法，其特征在于，所述方法包括：
获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；进一步包括：获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；
根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；进一步包括：根据本端设备的航向角和所述相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，并计算使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子；根据本端设备的速度和追踪目标的速度，以及预设的跟随距离，计算使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子；
根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪；
所述获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度，包括：
获取本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并获取本端设备与追踪目标之间的相对位移；
根据本端设备的坐标、速度和航向角，以及所述相对位移，计算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角；
根据本端设备与追踪目标之间的相对位移，获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；
其中，所述航向角接近动力因子依照下述公式算得：
Figure FDA0002863845880000011
上式中，t为时间，
Figure FDA0002863845880000012
为t时刻的航向角接近动力因子，
Figure FDA0002863845880000013
为t时刻本端设备的航向角，θ为本端设备和追踪目标之间的相对角度，τ1为接近动力强度系数，σ为作用系数；
所述航向角跟随动力因子依照下述公式算得：
Figure FDA0002863845880000014
上式中，
Figure FDA0002863845880000021
为t时刻的航向角跟随动力因子，β为追踪目标的航向角，τ2为跟随动力强度系数；
所述速度动力因子依照下述公式算得：
Figure FDA0002863845880000022
Figure FDA0002863845880000023
上式中，
Figure FDA0002863845880000024
为速度动力因子，v为t时刻本端设备的速度，vr为t时刻追踪目标的速度，d为本端设备和追踪目标之间的相对距离，d0为追踪距离，c1为速度动力强度系数，c2为距离影响系数。
2.根据权利要求1所述的目标追踪方法，其特征在于，所述根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角的步骤包括：
获取本端设备和追踪目标之间的相对距离；
当所述相对距离大于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角接近动力因子为零；
当所述相对距离小于或等于阈值时，调整本端设备的航向角使得所述航向角跟随动力因子为零。
3.根据权利要求1所述的目标追踪方法，其特征在于，所述并根据速度动力因子调整本端设备的速度的步骤包括：
根据追踪距离设定速度动力因子的取值；
根据所述取值，求解所述速度动力因子，得到飞行速度；
调整本端设备按照所述飞行速度飞行。
4.一种目标追踪装置，其特征在于，所述装置包括：
参数获取模块，用于获取追踪目标和本端设备的运动状态参数；
因子计算模块，用于根据所述运动状态参数，计算航向角接近动力因子、航向角跟随动力因子以及速度动力因子；
目标追踪模块，用于根据所述航向角接近动力因子和航向角跟随动力因子调整本端设备的航向角，并根据所述速度动力因子调整本端设备的速度，对所述追踪目标进行追踪；
所述参数获取模块，具体用于获取本端设备和追踪目标在三维坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并确定本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度；
所述因子计算模块，具体用于根据本端设备的航向角和所述相对角度，计算使得本端设备的航向角趋近于相对角度的航向角接近动力因子，并计算使得本端设备的航向角趋近于追踪目标的航向角的航向角跟随动力因子；根据本端设备的速度和追踪目标的速度，以及预设的跟随距离，计算使得本端设备趋近于所述跟随距离的速度动力因子；
所述参数获取模块，还用于获取本端设备在世界坐标系中的坐标、速度和航向角的信息，并获取本端设备与追踪目标之间的相对位移；根据本端设备的坐标、速度和航向角，以及所述相对位移，计算获取世界坐标系中追踪目标的坐标、速度和航向角；根据本端设备与追踪目标之间的相对位移，获取本端设备和追踪目标之间的相对距离和相对角度
其中，所述航向角接近动力因子依照下述公式算得：
Figure FDA0002863845880000031
上式中，t为时间，
Figure FDA0002863845880000032
为t时刻的航向角接近动力因子，
Figure FDA0002863845880000033
为t时刻本端设备的航向角，θ为本端设备和追踪目标之间的相对角度，τ1为接近动力强度系数，σ为作用系数；
所述航向角跟随动力因子依照下述公式算得：
Figure FDA0002863845880000034
上式中，
Figure FDA0002863845880000035
为t时刻的航向角跟随动力因子，β为追踪目标的航向角，τ2为跟随动力强度系数；
所述速度动力因子依照下述公式算得：
Figure FDA0002863845880000036
Figure FDA0002863845880000037
上式中，
Figure FDA0002863845880000038
为速度动力因子，v为t时刻本端设备的速度，vr为t时刻追踪目标的速度，d为本端设备和追踪目标之间的相对距离，d0为追踪距离，c1为速度动力强度系数，c2为距离影响系数。
5.一种无人机，其特征在于，包括：飞行控制器、定位模块、气压计、陀螺仪和距离探测器，所述飞行控制器分别与定位模块、气压计、陀螺仪和距离探测器连接；
所述飞行控制器执行如上1至3任一项所述的目标追踪方法的步骤。
6.根据权利要求5所述的无人机，其特征在于，所述距离探测器包括超声波探测器和/或激光测距传感器。
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