CN110262534A - 一种针对低慢小目标的无人机跟踪与拦截系统及方法 - Google Patents

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CN110262534A CN201910554384.4A CN201910554384A CN110262534A CN 110262534 A CN110262534 A CN 110262534A CN 201910554384 A CN201910554384 A CN 201910554384A CN 110262534 A CN110262534 A CN 110262534A
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彭延云
申研
邱旭阳
李昆鹏
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Abstract

本发明涉及一种针对低慢小目标的无人机跟踪与拦截系统及方法。该系统包括地面探测跟踪装置、地面控制站、差分GPS基准站、无人机平台；所述地面探测跟踪装置，用于搜索发现空中“低慢小”目标，对发现探测到的“低慢小”目标进行准确跟踪，并实时给出目标指示信息；所述地面控制站，用于实时接收地面探测跟踪装置的目标指示信息；所述差分GPS基准站，采用三维坐标实时对无人机平台的GPS定位信息进行误差修正，再将修正量实时发送给无人机平台；所述无人机平台，用于接收地面控制站的目标指示信息及修正后的GPS定位信息进行遥控自主飞行，同时搭载任务载荷模块执行跟踪与拦截任务。本发明实现对“低慢小”目标的精确跟踪和拦截。

Description

一种针对低慢小目标的无人机跟踪与拦截系统及方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截系统及方法。
背景技术
“低慢小”目标因成本低廉、操控简单、使用门槛低，可远程遥控或预置飞行航迹，容易被不法分子和敌对势力利用。近些年国内外发生的多起非法航拍、扰乱民航飞行秩序、威胁大型活动等事件，对公共安全构成极大危害。
“低慢小”目标防控的难点是突防时间短，且易受高楼、树木，灯光、车辆、飞鸟、以及各类民用频段等影响，导致发现跟踪难，且处置拦截效率低。目前，常用的拦截处置手段都存在一定的局限性，如：电子干扰对非常规频段无人机、电子静默无人机、空飘气球等处置无效，且容易造成电磁环境污染；激光毁伤手段容易受到雨、雪、雾、霾等天气因素的影响，且激光束焦点控制不当容易造成二次伤害；网式拦截利用柔性绳网缠绕捕获目标，是一种可靠的物理拦截手段，但有效作用距离较近；而基于无人机平台的处置拦截手段可有效扩展作用距离，但大多数无人机拦截仍依靠飞手遥控，一方面，对无人机遥控操作门槛较高，未经过训练的普通人员很难具备专业飞手的操作能力，另一方面，当“低慢小”目标距离较远时，很难依靠人眼进行处置拦截。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截系统及方法，以解决现有技术手段中存在的操作使用门槛高、拦截处置难度大、设备能力范围局限等问题，便于实现“低慢小”目标的及早发现、有效管控。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截系统，包括地面探测跟踪装置、地面控制站、差分GPS基准站、无人机平台；
所述地面探测跟踪装置，用于搜索发现空中“低慢小”目标，对发现探测到的“低慢小”目标进行准确跟踪，并实时给出目标指示信息；
所述地面控制站，用于实时接收地面探测跟踪装置的目标指示信息；
所述差分GPS基准站，采用三维坐标实时对无人机平台的GPS定位信息进行误差修正，再将修正量实时发送给无人机平台的机载移动站；
所述无人机平台，用于接收地面控制站的目标指示信息及修正后的 GPS定位信息进行遥控自主飞行，同时搭载任务载荷模块执行跟踪与拦截任务。
进一步地，所述无人机平台的任务载荷模块包括机载视觉导引模块和机载拦截模块；
所述机载视觉导引模块，用于识别并跟踪“低慢小”目标，实时获得无人机平台距离“低慢小”目标的相对距离，以便实施处置拦截；
所述机载拦截模块，用于通过无人机平台将拦截模块内的战斗部准确作用于“低慢小”目标，将目标进行处置拦截。
进一步地，所述地面探测跟踪装置为光电探测装置、雷达、可见光或红外探测装置、无线电侦频装置中的一种或多种；
所述地面控制站为工控机、笔记本、移动Pad、手机、遥控器中的一种或多种；
所述差分GPS基准站为位置差分GPS基准站、伪距差分GPS基准站、载波相位差分RTK基准站中的一种或多种；
所述无人机平台为多旋翼无人机、固定翼无人机、复合翼无人机的一种或多种。
进一步地，所述机载视觉导引模块包括视觉传感器和图像处理计算板；其中，所述视觉传感器用于采集图像信息进行测距，为双目相机、 RGB-D深度相机、激光测距机和单目相机中的一种或多种；
所述图像处理计算板对采集的图像信息进行计算处理，识别图像中目标的类别并确定像素点的位置，具体的识别跟踪过程如下：
所述视觉传感器将采集到的图像信息传递给所述图像处理计算板；
所述图像处理计算板识别出目标的类别，并确定目标的中心位置坐标(xi，yi)，并与图像中心坐标(xc，yc)进行比较，同时，计算获得视觉传感器与目标的相对距离Li；
根据像素偏差△x＝xc-xi、△y＝yc-yi、以及相对距离△L＝Lc-Li，运用PID控制得到包括横向位置、高度位置、以及飞行速度在内的控制量；
将所述控制量输入无人机飞行控制程序，调整无人机的位置与目标距离，并实时更新所述视觉传感器采集的图像信息；
所述机载拦截模块的战斗部为网弹、网枪、网兜、橡胶子弹中的一种或多种。
进一步地，所述目标指示信息包括三维坐标下的方位角、俯仰角以及距离信息；
所述地面控制站根据接到的目标指示信息实时解算出目标在大地坐标系下位置，包括经度、维度和高度。
进一步地，无人机平台的空间位置及导航通过差分GPS基准站获取并校准；
地面控制站通过和无人机平台之间的无线数传链路，控制无人机平台由地面待机状态快速起飞，并根据无人机平台所在位置，不断向实时解算出的大地坐标系下目标位置点飞行接近。
进一步地，所述机载视觉导引模块利用视觉传感器获得的图像信息，检测出图像中的“低慢小”目标，包括目标的类别和像素点的位置；检测方式基于深度学习的目标检测算法，将图片输入到训练好的检测网络模型中，通过像素级运算预测出图片中目标的类别并确定位置；其中，目标位置通过图片中的矩形框确定，矩形框包括中心点坐标(xi,yi)，以及矩形框宽度w，高度h四个量。
进一步地，所述无人机平台通过飞行控制程序将目标控制在机载视觉模块的视场中心，测距模块连续对目标进行测距，并控制无人机不断逼近目标。
进一步地，在无人机不断逼近目标的过程中，当目标进入到机载拦截模块的有效射程且达到触发条件时，自动地将机载拦截模块内的战斗部作用于“低慢小”目标，完成处置拦截任务；所述有效射程根据采用的拦截模块的射程能力来设置；所述触发条件包括：目标与无人机的距离在拦截模块的有效射程内，以拦截模块瞄准点为中心，目标在r为半径的圆内，其中r为战斗部的作用半径。
进一步地，一种基于上述系统的方法，包括以下步骤：
S1，无人机平台在地面处于待机状态，地面探测跟踪装置持续加电工作，对目标空域进行搜索探测；
S2，当地面探测跟踪装置发现空中“低慢小”目标后，经地面控制站控制地面探测跟踪装置对目标锁定并跟踪，并将目标的实时指示信息传递给地面控制站；
S3，地面控制站接到地面探测跟踪装置的目标指示信息后，实时解算出目标在大地坐标系下位置，而无人机平台的空间位置及导航通过差分GPS获取并校准，地面控制站通过和无人机平台之间的无线数传链路，控制无人机平台由地面待机状态快速起飞，根据无人机平台所在位置，不断向实时解算出的大地坐标系下目标位置点飞行接近；
S4，当无人机平台接近目标，且目标出现在机载视觉导引模块的视场范围内，利用视觉传感器获得的图像信息，在复杂环境下检测出图像中的“低慢小”目标，并通过无人机飞行控制程序实时调整无人机平台的姿态将目标控制在机载视觉模块的视场中心，对目标进行测距并控制无人机不断逼近目标；
S5，无人机在视觉导引下不断逼近目标的过程中，当目标进入到机载拦截模块的有效射程且达到触发条件时，自动将机载拦截模块内的战斗部作用于“低慢小”目标，完成处置拦截任务；
S6，无人机在完成处置拦截任务后，持续对目标进行跟踪，确认目标拦截效果后，可通过GPS的定位导航或手动遥控返航降落至地面。
本发明技术方案的有益效果：本发明公开了一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截系统及方法，将雷达、可见光/红外探测、电子侦频等探测定位设备纳入到地面探测跟踪装置中，具有更远的搜索探测和多目标及早发现目标能力；由于不采用系留无人机的方式，可以充分发挥无人机灵活性和机动能力，对目标的拦截距离和高度能有大幅提升。通过利用差分GPS信号对无人机平台定位导航，并且在任务末段，采用图像视觉的方式识别跟踪目标，具有更精确的跟踪定位能力，通过搭载的多种战斗部机载拦截模块提升对跟踪目标的有效处置拦截能力。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例的一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截系统组成图；
图2为本发明实施例的“低慢小”目标的图像信息识别跟踪过程示意图；
图3为本发明实施例的坐标系转化示意图；
图4为本发明实施例的坐标系转化流程图；
图5为本发明实施例的“低慢小”目标检测算法的流程示意图；
图6为本发明实施例的一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截系统，包括地面探测跟踪装置1、地面控制站2、差分GPS基准站3、无人机平台4；
所述地面探测跟踪装置1，用于搜索发现空中“低慢小”目标，对发现探测到的“低慢小”目标进行准确跟踪，并实时给出目标指示信息；
所述地面控制站2，用于实时接收地面探测跟踪装置的目标指示信息；
所述差分GPS基准站3，采用三维坐标实时对无人机平台的GPS定位信息进行误差修正，再将修正量实时发送给无人机平台的机载移动站；
所述无人机平台4，用于接收地面控制站的目标指示信息及修正后的 GPS定位信息进行遥控自主飞行，同时搭载任务载荷模块执行跟踪与拦截任务。
与现有技术相比，本发明实施例可实现对“低慢小”目标的精确跟踪，系统自动化程度高、机动灵活，能够有效提升对“低慢小”目标的处置拦截能力。
本发明的一个具体实施例，结合图1所示，所述无人机平台的任务载荷模块包括机载视觉导引模块5和机载拦截模块6；
所述机载视觉导引模块5，用于识别并跟踪“低慢小”目标，实时获得无人机平台距离“低慢小”目标的相对距离，以便实施处置拦截；
所述机载拦截模块6，用于通过无人机平台将拦截模块内的战斗部准确作用于“低慢小”目标，将目标进行处置拦截。
具体地，一种针对“低慢小”目标的无人机精确跟踪与拦截系统组成包括地面探测跟踪装置1、地面控制站2、差分GPS基准站3、无人机平台4、机载视觉导引模块5、机载拦截模块6，其中，无人机平台4为非系留无人机。
本发明的一个具体实施例，所述地面探测跟踪装置为光电探测装置、雷达、可见光或红外探测装置、无线电侦频装置中的一种或多种；
所述地面控制站为工控机、笔记本、移动Pad、手机、遥控器中的一种或多种；
所述差分GPS基准站为位置差分GPS基准站、伪距差分GPS基准站、载波相位差分RTK基准站中的一种或多种；
所述无人机平台为多旋翼无人机、固定翼无人机、复合翼无人机的一种或多种。
需要说明的是，结合图1所示，所述地面探测装置1，包含但不限于雷达、可见光/红外探测装置、无线电侦频装置，其主要作用：一是能够搜索发现空中“低慢小”目标；二是能够对发现探测到的“低慢小”目标进行准确跟踪，并实时给出目标的指示信息，包含：方位角、俯仰角以及距离信息。
所述地面控制站2，包含但不限于工控机、笔记本、移动Pad、手机、遥控器，其主要作用包括：一是实时接收地面探测跟踪装置1的目标指示信息，并将目标指示信息转化为大地坐标系下的位置信息，包含：经度、纬度和高度信息；二是通过遥控链路，控制无人机平台4自主向“低慢小”目标接近；三是通过图传链路，接收无人机平台视角回传的图像视频流，并显示在屏幕中。
所述差分GPS基准站3，包含但不限于位置差分GPS基准站、伪距差分GPS基准站、载波相位差分RTK基准站，其主要作用是利用已知精确三维坐标的差分GPS基准站，实时对GPS定位信息进行误差修正，再将修正量实时发送给机载移动站。
所述无人机平台4，包含但不限于多旋翼无人机、固定翼无人机、复合翼无人机等非系留无人机，其主要作用是接收地面站遥控数据自主飞行，同时搭载任务载荷执行跟踪拦截任务。
本发明的一个具体实施例，所述机载视觉导引模块5测距功能的视觉传感器和图像处理计算板；其中，所述视觉传感器为双目相机、RGB-D 深度相机、激光测距机和单目相机中的一种或多种；
所述图像处理计算板对采集的图像信息进行计算处理，识别图像中目标的种类并确定像素点位置，如图2所示具体的识别跟踪过程如下：首先，视觉传感器将采集到的图像信息传递给图像处理计算板；其次，由图像处理计算板识别出目标类别，并确定目标的中心位置坐标(xi，yi) 并与图像中心坐标(xc，yc)进行比较，同时，计算获得视觉传感器与目标的相对距离Li；再次，根据像素偏差△x＝xc-xi、△y＝yc-yi、以及相对距离△L＝Lc-Li，运用PID控制以得到期望的横向位置、高度位置、以及飞行速度等控制量。最后，将期望的控制量作为输入，带到无人机飞控程序中，调整无人机的位置与目标距离，由于视觉传感器与无人机固连，因此采集的图像信息也进一步发生更新。
所述机载拦截模块6的战斗部为网弹、网枪、网兜、橡胶子弹中的一种或多种。
需要说明的是，机载视觉导引模块5，具有测距功能的视觉传感器，包含但不限于双目相机、RGB-D深度相机、激光测距机+单目相机，其主要作用是能够精确识别并跟踪“低慢小”目标，同时可以实时获得无人机平台距离“低慢小”目标的相对距离，便于实施处置拦截。
机载拦截模块6，包含但不限于网弹、网枪、网兜、橡胶子弹等战斗部，其主要作用是通过无人机平台将拦截模块内的战斗部准确作用于“低慢小”目标，能够有效将目标进行处置拦截。
本发明的一个具体实施例，所述目标指示信息包括三维坐标下的方位角、俯仰角以及距离信息；
所述地面控制站根据接到的目标指示信息实时解算出目标在大地坐标系下位置，包括经度、维度和高度。
具体地，结合图3和图4，所述实时解算过程如下：
(1)目标在B系下的直角坐标为:
式中，为L系到B系的齐次坐标变换矩阵；d为测距测输出值；α和β分别为探测系统的方位和俯仰指向角，其中，α和β的正负号为逆时针转动为正，顺时针转动为负。
(2)目标在V系下的直角坐标为:
式中，为B系到V系的齐次坐标变换矩阵；Δψα、Δθα和Δφα分别为探测系统与差分基站之间的方位对准角、俯仰和滚动调平角。在理想装配情况下，这些角度值均为0。Δx,Δy,Δz为探测系统与差分基站之间的距离分量。
(3)目标在T系下的直角坐标为:
式中，为V系到T系的齐次坐标变换矩阵；ψm、θm和φm分别为差分基准站对于地理坐标系安装的方位对准角、俯仰和滚动调平角，在理想装配情况下，这些角度值均为0。
(4)目标在I系下的直角坐标为:
式中，为T系到I系的齐次坐标变换矩阵；Lv、Bv和Hv分别为载体的大地坐标信息，即经度、纬度和高程。上式是在假设地球为半径为R 的理想球体的条件下得到的，而地球本身并非标准球体，其实际形状为一椭球体：R＝N(1-e2)
式中，为椭球卯酉圈曲率半径；a＝6378137m为椭球长半轴；b＝6356752m为椭球短半轴，a＝0.08182为椭球第一偏心率。
综上所述可得大地直角坐标系下目标定位方程：
那么，由目标在大地坐标系下的直角坐标(xi,yi,zi)，可以计算出目标在大地坐标系下的大地坐标(经度Lt、纬度Bt和高程Ht)：
式中，第二偏心率e'＝0.0820944379469。
本发明的一个具体实施例，无人机平台4的空间位置及导航通过差分GPS基准站获取并校准；
地面控制站通过和无人机平台之间的无线数传链路，控制无人机平台由地面待机状态快速起飞，并根据无人机平台所在位置，不断向实时解算出的大地坐标系下目标位置点飞行接近。
本发明的一个具体实施例，所述机载视觉导引模块5利用视觉传感器获得的图像信息，检测出图像中的“低慢小”目标，包括目标的种类和像素点的位置。
需要说明的是，图像检测方式采用成熟的基于深度学习的目标检测算法，例如：Faster-RCNN、SSD、Yolo等，每张图片的像素为1080×720，将图片输入到训练好的检测网络模型中，通过像素级运算预测出图片中包含的目标类别，并确定其位置。其中，目标位置的确定是通过图片中的矩形框实现，矩形框包含有中心点坐标(xi,yi)，以及矩形框宽度w，高度h四个量。
本发明的一个具体实施例，所述无人机平台4通过飞行控制程序将目标控制在机载视觉模块的视场中心，测距模块连续对目标进行测距，并控制无人机不断逼近目标。
本发明的一个具体实施例，在无人机不断逼近目标的过程中，当目标进入到机载拦截模块6的有效射程且达到触发条件时，自动地将机载拦截模块内的战斗部作用于“低慢小”目标，完成处置拦截任务。
所述有效射程根据采用的拦截模块的射程能力来设置；
具体来说，对于气动抛网模块的有效射程为8m；对于橡胶子弹的有效射程不小于20m；网弹的有效射程超过50m。
所述触发条件包括：目标与无人机的距离在拦截模块的有效射程内；以拦截模块瞄准点为中心，目标在r为半径的圆内，其中r为战斗部的作用半径。
需要说明的是，所述制导飞行过程中，无人机平台4的空间位置及导航通过差分GPS获取并校准，且“低慢小”目标位置需要地面站实时解算。所述视觉导引过程中，目标与无人机平台4相距20m以内，且出现在视觉传感器的视场范围内，在图像中检测目标的种类和像素点位置。所述处置拦截阶段，在有效射程且达到触发条件时，机载拦截模块6自动触发，而不采用手动触发的方式。
本发明的一个具体实施例，如图5所示，一种基于上述系统的方法，包括以下步骤：
S1，无人机平台在地面处于待机状态，地面探测跟踪装置持续加电工作，对目标空域进行搜索探测；
S2，当地面探测跟踪装置发现空中“低慢小”目标后，经地面控制站控制地面探测跟踪装置对目标锁定并跟踪，并将目标的实时指示信息传递给地面控制站；
S3，地面控制站接到地面探测跟踪装置的目标指示信息后，实时解算出目标在大地坐标系下位置，而无人机平台的空间位置及导航通过差分GPS获取并校准，地面控制站通过和无人机平台之间的无线数传链路，控制无人机平台由地面待机状态快速起飞，根据无人机平台所在位置，不断向实时解算出的大地坐标系下目标位置点飞行接近；
S4，当无人机平台接近目标，且目标出现在机载视觉导引模块的视场范围内，利用视觉传感器获得的图像信息，在复杂环境下检测出图像中的“低慢小”目标，并通过无人机飞行控制程序实时调整无人机平台的姿态将目标控制在机载视觉模块的视场中心，对目标进行测距并控制无人机不断逼近目标；
S5，无人机在视觉导引下不断逼近目标的过程中，当目标进入到机载拦截模块的有效射程且达到触发条件时，自动将机载拦截模块内的战斗部作用于“低慢小”目标，完成处置拦截任务；
S6，无人机在完成处置拦截任务后，持续对目标进行跟踪，确认目标拦截效果后，可通过GPS的定位导航或手动遥控返航降落至地面。
优选地，所述整个系统的精确跟踪与拦截方法主要工作流程包括： S1目标搜索、S2锁定跟踪、S3制导飞行、S4视觉导引、S5处置拦截、S6 返航降落等6个阶段。如图2所示，具体过程如下：
第一步，目标搜索：地面探测装置1持续加电工作，对目标空域进行搜索探测，此时无人机平台4在地面待机值守。
第二步，锁定跟踪：当地面探测跟踪装置1发现空中“低慢小”目标后，经操作者确认，地面探测跟踪装置1对目标锁定并跟踪，将目标的实时指示信息传递给地面控制站2。
第三步，制导飞行：地面控制站2接到地面探测跟踪装置1发送的目标指示信息后，实时解算出目标在大地坐标系下位置(包含：经度、维度和高度等)，而无人机平台4的空间位置及导航可通过差分GPS获取并校准；地面控制站2通过和无人机平台4之间的无线数传链路，控制无人机平台4由地面待机状态快速起飞，并根据无人机平台4所在位置，不断向实时解算出的大地坐标系下目标位置点飞行接近。
第四步，视觉导引：当无人机平台4接近目标(相距20m内)，且目标出现在机载视觉导引模块5的视场范围内时，无人机由制导飞行阶段转到视觉导引。此时，机载视觉导引模块5利用视觉传感器获得的图像信息，在复杂环境下检测出图像中的“低慢小”目标(包括目标的种类和像素点的位置)，然后，通过无人机飞行控制程序实时调整无人机平台4的姿态，将目标控制在机载视觉模块5的视场中心，同时，测距模块连续对目标进行测距，并控制无人机不断逼近目标(10m以内)，实现对目标的准确识别与精确跟踪。
第五步，处置拦截：在无人机视觉导引不断逼近目标的过程中，当目标进入到机载拦截模块6的有效射程且达到触发条件时，自动地将机载拦截模块6内的战斗部快速、准确作用于“低慢小”目标，通过物理/ 化学方式使目标丧失飞行能力，完成处置拦截任务。机载拦截模块6自动触发，而不采用手动触发的方式，以避免增加过程中的数据延时影响作战效果。
第六步，返航降落：无人机在完成处置拦截任务后，仍持续对目标进行跟踪，确认目标拦截效果后，可通过GPS的定位导航或手动遥控，返航降落至地面。
综上所述，本发明公开了一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截系统，包括地面探测跟踪装置、地面控制站、差分GPS基准站、无人机平台；所述地面探测跟踪装置，用于搜索发现空中“低慢小”目标，对发现探测到的“低慢小”目标进行准确跟踪，并实时给出目标指示信息；所述地面控制站，用于实时接收地面探测跟踪装置的目标指示信息；所述差分GPS基准站，采用三维坐标实时对无人机平台的GPS定位信息进行误差修正，再将修正量实时发送给无人机平台的机载移动站；所述无人机平台，用于接收地面控制站的目标指示信息及修正后的GPS定位信息进行遥控自主飞行，同时搭载任务载荷模块执行跟踪与拦截任务；同时公开了构成同一技术构思的方法，本发明解决现有技术手段中存在的操作使用门槛高、拦截处置难度大、设备能力范围局限等问题，有利于“低慢小”目标的及早发现、有效管控。与现有技术相比存在以下几个方面的改进：(1)探测跟踪方面，本发明方案不仅包含光电探测装置，还将雷达、电子侦频等探测定位设备纳入到系统中，具有更远的搜索探测和多目标及早发现目标能力。(2)无人机平台方面，本发明方案不局限使用多旋翼无人机，还采用固定翼无人机、复合翼无人机作为承载平台，此外，由于不采用系留无人机的方式，可以充分发挥无人机灵活性和机动能力，对目标的拦截距离和高度能有大幅提升。(3)在目标跟踪方面，本发明方案提出利用差分GPS信号对无人机平台定位导航，并且在任务执行末段，交班为利用图像视觉的方式跟踪目标，具有更精确的跟踪定位能力。(4)处置拦截方面，不局限于抛网拦截的方式，还搭载网弹、网枪、网兜、橡胶子弹等多种战斗部，提升对不能目标的有效处置拦截能力。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针对“低慢小”目标的无人机跟踪与拦截系统，其特征在于，包括地面探测跟踪装置、地面控制站、差分GPS基准站、无人机平台；
所述地面探测跟踪装置，用于搜索发现空中“低慢小”目标，对发现探测到的“低慢小”目标进行准确跟踪，并实时给出目标指示信息；
所述地面控制站，用于实时接收地面探测跟踪装置的目标指示信息；
所述差分GPS基准站，采用三维坐标实时对无人机平台的GPS定位信息进行误差修正，再将修正量实时发送给无人机平台；
所述无人机平台，用于接收地面控制站的目标指示信息及修正后的GPS定位信息进行遥控自主飞行，同时搭载任务载荷模块执行跟踪与拦截任务。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机平台的任务载荷模块包括机载视觉导引模块和机载拦截模块；
所述机载视觉导引模块，用于识别并跟踪“低慢小”目标，实时获得无人机平台距离“低慢小”目标的相对距离，以便实施处置拦截；
所述机载拦截模块，用于通过战斗部准确作用于“低慢小”目标，将目标进行处置拦截。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面探测跟踪装置为光电探测装置、雷达、可见光或红外探测装置、无线电侦频装置中的一种或多种；
所述地面控制站为工控机、笔记本、移动Pad、手机、遥控器中的一种或多种；
所述差分GPS基准站为位置差分GPS基准站、伪距差分GPS基准站、载波相位差分RTK基准站中的一种或多种；
所述无人机平台为多旋翼无人机、固定翼无人机、复合翼无人机的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述机载视觉导引模块包括视觉传感器和图像处理计算板；其中，所述视觉传感器用于采集图像信息进行测距，为双目相机、RGB-D深度相机、激光测距机和单目相机中的一种或多种；
所述图像处理计算板对采集的图像信息进行计算处理，识别图像中目标的类别并确定像素点的位置，具体的识别跟踪过程如下：
所述视觉传感器将采集到的图像信息传递给所述图像处理计算板；
所述图像处理计算板识别出目标的类别，并确定目标的中心位置坐标(xi，yi)，并与图像中心坐标(xc，yc)进行比较，同时，计算获得视觉传感器与目标的相对距离Li；
根据像素偏差△x＝xc-xi、△y＝yc-yi、以及相对距离△L＝Lc-Li，运用PID控制得到包括横向位置、高度位置、以及飞行速度在内的控制量；
将所述控制量输入无人机飞行控制程序，调整无人机的位置与目标距离，并实时更新所述视觉传感器采集的图像信息；
所述机载拦截模块的战斗部为网弹、网枪、网兜、橡胶子弹中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述目标指示信息包括三维坐标下的方位角、俯仰角以及距离信息；
所述地面控制站根据接到的目标指示信息实时解算出目标在大地坐标系下位置，包括经度、维度和高度。
6.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，无人机平台的空间位置通过差分GPS基准站获取并校准，无人机平台的飞行控制程序根据获取校准后的空间位置自主完成导航信息；
地面控制站通过和无人机平台之间的无线数传链路，控制无人机平台由地面待机状态快速起飞；所述无人机平台根据差分GPS基准站获取并校准的空间位置及导航信息，不断向实时解算出的大地坐标系下目标位置点飞行接近。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述机载视觉导引模块利用视觉传感器获得的图像信息，检测出图像中的“低慢小”目标，包括目标的类别和像素点的位置；检测方式基于深度学习的目标检测算法，将图片输入到训练好的检测网络模型中，通过像素级运算预测出图片中目标的类别并确定位置；其中，目标位置通过图片中的矩形框确定，矩形框包括中心点坐标(xi,yi)，以及矩形框宽度w，高度h四个量。
8.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述无人机平台通过飞行控制程序将目标控制在机载视觉模块的视场中心，测距模块连续对目标进行测距，并控制无人机不断逼近目标。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在无人机不断逼近目标的过程中，当目标进入到机载拦截模块的有效射程且达到触发条件时，自动地将机载拦截模块内的战斗部作用于“低慢小”目标，完成处置拦截任务；所述有效射程根据采用的拦截模块的射程能力来设置；所述触发条件包括：目标与无人机的距离在拦截模块的有效射程内，以拦截模块瞄准点为中心，目标在r为半径的圆内，其中r为战斗部的作用半径。
10.一种基于权利要求1-9任一所述系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，无人机平台在地面处于待机状态，地面探测跟踪装置持续加电工作，对目标空域进行搜索探测；
S2，当地面探测跟踪装置发现空中“低慢小”目标后，经地面控制站控制地面探测跟踪装置对目标锁定并跟踪，并将目标的实时指示信息传递给地面控制站；
S3，地面控制站接到地面探测跟踪装置的目标指示信息后，实时解算出目标在大地坐标系下位置，而无人机平台的空间位置通过差分GPS获取并校准，地面控制站通过和无人机平台之间的无线数传链路，控制无人机平台由地面待机状态快速起飞，根据无人机平台所在位置及自主生成的导航信息，不断向实时解算出的大地坐标系下目标位置点飞行接近；
S4，当无人机平台接近目标，且目标出现在机载视觉导引模块的视场范围内，利用视觉传感器获得的图像信息，在复杂环境下检测出图像中的“低慢小”目标，并通过无人机飞行控制程序实时调整无人机平台的姿态将目标控制在机载视觉模块的视场中心，对目标进行测距并控制无人机不断逼近目标；
S5，无人机在视觉导引下不断逼近目标的过程中，当目标进入到机载拦截模块的有效射程且达到触发条件时，自动将机载拦截模块内的战斗部作用于“低慢小”目标，完成处置拦截任务；
S6，无人机在完成处置拦截任务后，持续对目标进行跟踪，确认目标拦截效果后，通过GPS的定位导航或手动遥控返航降落至地面。
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Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110968113A (zh) * 2019-12-16 2020-04-07 西安因诺航空科技有限公司 一种无人机自主跟踪起降系统及跟踪定位方法
CN110989673A (zh) * 2019-12-16 2020-04-10 西安因诺航空科技有限公司 一种旋翼无人机动平台自主跟踪起降系统及控制方法
CN111709385A (zh) * 2020-06-22 2020-09-25 电子科技大学 一种低小慢飞行器目标探测系统及其身份识别方法
CN111932588A (zh) * 2020-08-07 2020-11-13 浙江大学 一种基于深度学习的机载无人机多目标跟踪系统的跟踪方法
CN112068111A (zh) * 2020-08-13 2020-12-11 中国人民解放军海军工程大学 一种基于多传感器信息融合的无人机目标侦测方法
CN112394382A (zh) * 2020-10-14 2021-02-23 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种抗长时遮挡的低慢小目标跟踪装置及方法
CN112418071A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 浙江科技学院 一种基于聚类分析的飞行物目标对受保护低空无人机的威胁度识别方法
CN112650298A (zh) * 2020-12-30 2021-04-13 广东工业大学 一种无人机追踪降落方法及系统
CN112672281A (zh) * 2020-12-24 2021-04-16 中航贵州飞机有限责任公司 一种利用无线电链路装订光电侦察设备安装误差的方法
CN112799051A (zh) * 2020-12-24 2021-05-14 济南和普威视光电技术有限公司 一种低慢小目标的自动捕获跟踪方法及系统
CN112947593A (zh) * 2020-08-25 2021-06-11 北京蓝警科技有限公司 一种利用无人机拦截目标的方法和系统
CN113138381A (zh) * 2020-12-24 2021-07-20 北京理工大学 一种基于雷达和光电探测系统的反低慢小无人机方法
CN113138604A (zh) * 2020-10-16 2021-07-20 北京理工大学 一种反低小慢目标的无人机拦截方法
WO2021254276A1 (zh) * 2020-06-15 2021-12-23 北京理工大学 利用地面激光指示器的飞行器激光制导控制系统及方法
CN113848979A (zh) * 2021-10-12 2021-12-28 苏州大学 基于前馈补偿pid控制的无人机复杂动态目标追踪方法
CN113985906A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 上海航天测控通信研究所 一种基于无人机平台的车载机动式标校系统及方法
CN114326775A (zh) * 2020-09-29 2022-04-12 北京机械设备研究所 基于物联网的无人机系统
CN114987777A (zh) * 2022-01-05 2022-09-02 复旦大学 一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统及方法
CN115027666A (zh) * 2022-06-01 2022-09-09 中国人民解放军国防科技大学 一种分布式无人机载光纤激光系统
CN115129073A (zh) * 2022-05-24 2022-09-30 北京机械设备研究所 一种巡飞式低慢小目标网式拦截系统及控制方法
CN115390582A (zh) * 2022-07-15 2022-11-25 江西理工大学 一种基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法及系统
CN117970394A (zh) * 2024-01-04 2024-05-03 北京北斗国星数据管理有限公司 一种基于跟随式北斗rnss的自适应路线修正方法及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102495634A (zh) * 2011-12-07 2012-06-13 中国南方航空工业(集团)有限公司 无人机的控制方法和装置及无人机的操作装置
CN106444829A (zh) * 2016-09-22 2017-02-22 北京机械设备研究所 一种针对“低慢小”目标的制导无人机抛网拦截方法
CN108100277A (zh) * 2017-12-14 2018-06-01 北京华力创通科技股份有限公司 无人机防御系统和方法
CN109099779A (zh) * 2018-08-31 2018-12-28 江苏域盾成鹫科技装备制造有限公司 一种无人机侦测与智能拦截系统
CN109269352A (zh) * 2018-09-20 2019-01-25 北京机械设备研究所 一种基于地面探测的无人机跟踪目标方法及系统
CN109407697A (zh) * 2018-09-20 2019-03-01 北京机械设备研究所 一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统及方法
CN109613934A (zh) * 2019-01-09 2019-04-12 天津大学 一种无人机捕捉黑飞无人机的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102495634A (zh) * 2011-12-07 2012-06-13 中国南方航空工业(集团)有限公司 无人机的控制方法和装置及无人机的操作装置
CN106444829A (zh) * 2016-09-22 2017-02-22 北京机械设备研究所 一种针对“低慢小”目标的制导无人机抛网拦截方法
CN108100277A (zh) * 2017-12-14 2018-06-01 北京华力创通科技股份有限公司 无人机防御系统和方法
CN109099779A (zh) * 2018-08-31 2018-12-28 江苏域盾成鹫科技装备制造有限公司 一种无人机侦测与智能拦截系统
CN109269352A (zh) * 2018-09-20 2019-01-25 北京机械设备研究所 一种基于地面探测的无人机跟踪目标方法及系统
CN109407697A (zh) * 2018-09-20 2019-03-01 北京机械设备研究所 一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统及方法
CN109613934A (zh) * 2019-01-09 2019-04-12 天津大学 一种无人机捕捉黑飞无人机的方法

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110989673A (zh) * 2019-12-16 2020-04-10 西安因诺航空科技有限公司 一种旋翼无人机动平台自主跟踪起降系统及控制方法
CN110989673B (zh) * 2019-12-16 2023-05-05 西安因诺航空科技有限公司 一种旋翼无人机动平台自主跟踪起降系统及控制方法
CN110968113A (zh) * 2019-12-16 2020-04-07 西安因诺航空科技有限公司 一种无人机自主跟踪起降系统及跟踪定位方法
WO2021254276A1 (zh) * 2020-06-15 2021-12-23 北京理工大学 利用地面激光指示器的飞行器激光制导控制系统及方法
CN111709385A (zh) * 2020-06-22 2020-09-25 电子科技大学 一种低小慢飞行器目标探测系统及其身份识别方法
CN111932588A (zh) * 2020-08-07 2020-11-13 浙江大学 一种基于深度学习的机载无人机多目标跟踪系统的跟踪方法
CN111932588B (zh) * 2020-08-07 2024-01-30 浙江大学 一种基于深度学习的机载无人机多目标跟踪系统的跟踪方法
CN112068111A (zh) * 2020-08-13 2020-12-11 中国人民解放军海军工程大学 一种基于多传感器信息融合的无人机目标侦测方法
CN112947593A (zh) * 2020-08-25 2021-06-11 北京蓝警科技有限公司 一种利用无人机拦截目标的方法和系统
CN114326775B (zh) * 2020-09-29 2024-05-28 北京机械设备研究所 基于物联网的无人机系统
CN114326775A (zh) * 2020-09-29 2022-04-12 北京机械设备研究所 基于物联网的无人机系统
CN112394382B (zh) * 2020-10-14 2023-12-08 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种抗长时遮挡的低慢小目标跟踪装置及方法
CN112394382A (zh) * 2020-10-14 2021-02-23 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种抗长时遮挡的低慢小目标跟踪装置及方法
CN113138604A (zh) * 2020-10-16 2021-07-20 北京理工大学 一种反低小慢目标的无人机拦截方法
CN112418071B (zh) * 2020-11-20 2021-08-24 浙江科技学院 一种基于聚类分析的飞行物目标对受保护低空无人机的威胁度识别方法
CN112418071A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 浙江科技学院 一种基于聚类分析的飞行物目标对受保护低空无人机的威胁度识别方法
CN112799051A (zh) * 2020-12-24 2021-05-14 济南和普威视光电技术有限公司 一种低慢小目标的自动捕获跟踪方法及系统
CN113138381A (zh) * 2020-12-24 2021-07-20 北京理工大学 一种基于雷达和光电探测系统的反低慢小无人机方法
CN112672281A (zh) * 2020-12-24 2021-04-16 中航贵州飞机有限责任公司 一种利用无线电链路装订光电侦察设备安装误差的方法
CN112799051B (zh) * 2020-12-24 2022-12-09 济南和普威视光电技术有限公司 一种低慢小目标的自动捕获跟踪方法及系统
CN112650298A (zh) * 2020-12-30 2021-04-13 广东工业大学 一种无人机追踪降落方法及系统
CN113848979B (zh) * 2021-10-12 2023-01-17 苏州大学 基于前馈补偿pid控制的无人机复杂动态目标追踪方法
CN113848979A (zh) * 2021-10-12 2021-12-28 苏州大学 基于前馈补偿pid控制的无人机复杂动态目标追踪方法
CN113985906A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 上海航天测控通信研究所 一种基于无人机平台的车载机动式标校系统及方法
CN114987777A (zh) * 2022-01-05 2022-09-02 复旦大学 一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统及方法
CN114987777B (zh) * 2022-01-05 2024-09-20 复旦大学 一种基于多旋翼无人机的低慢小目标侦察反制系统及方法
CN115129073A (zh) * 2022-05-24 2022-09-30 北京机械设备研究所 一种巡飞式低慢小目标网式拦截系统及控制方法
CN115027666A (zh) * 2022-06-01 2022-09-09 中国人民解放军国防科技大学 一种分布式无人机载光纤激光系统
CN115027666B (zh) * 2022-06-01 2024-09-13 中国人民解放军国防科技大学 一种分布式无人机载光纤激光系统
CN115390582A (zh) * 2022-07-15 2022-11-25 江西理工大学 一种基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法及系统
CN117970394A (zh) * 2024-01-04 2024-05-03 北京北斗国星数据管理有限公司 一种基于跟随式北斗rnss的自适应路线修正方法及系统

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