CN111142566A - 一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法 - Google Patents

一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法 Download PDF

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CN111142566A
CN111142566A CN201911070934.1A CN201911070934A CN111142566A CN 111142566 A CN111142566 A CN 111142566A CN 201911070934 A CN201911070934 A CN 201911070934A CN 111142566 A CN111142566 A CN 111142566A
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杨昆
廖新涛
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CETC 54 Research Institute
Xian Lingkong Electronic Technology Co Ltd
PLA Dalian Naval Academy
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CETC 54 Research Institute
Xian Lingkong Electronic Technology Co Ltd
PLA Dalian Naval Academy
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/12—Target-seeking control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

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Abstract

本发明公开了一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立基于角度信息的目标运动分析算法数学模型；步骤2、确定目标的运动轨迹；步骤3、求取目标的运动参数Vmx、Vmy、Vmz；步骤4、求取实时距离D。本发明将软件控制策略与硬件控制策略结合在一起，实现了控制功能；不但对陆上目标的定位跟踪，还可以对海上目标进行定位跟踪。

Description

一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法
技术领域
本发明属于目标跟踪方法技术领域，具体涉及一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法。
背景技术
舰载无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)系统作为无人飞行器与舰艇平台及其装备相结合的新事物，已成为一支功能日趋全面的作战力量，越来越受到各国军方的重视。相比于有人舰载机，舰载无人机具有轻便、灵活、更机动的特点，它的出现为海上作战提供了一种灵活、高效、低风险的战场感知和战斗应用平台。通过舰载无人机，可实现对目标协同定位与跟踪，提高水面舰艇的远程感知能力。利用光电系统的目标运动分析处理系统，对舰载无人机光电系统测量的目标高低角、方位角，以及无人机自身平台的航向、速度、高度、机载GPS提供的经纬度等信息进行合理解算，实现对陆、海上目标的定位与跟踪。基于角度信息的目标运动分析(BTMA)是指在不使用向外辐射能量的设备情况下，仅利用获取的目标角度信息对目标的运动状态参数(初始距离、速度、航向等)进行解算的过程
发明内容
本发明的目的是提供一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，不但对陆上目标的定位跟踪，还可以对海上目标进行定位跟踪。
本发明所采用的技术方案是，一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立基于角度信息的目标运动分析算法数学模型；
步骤2、确定目标的运动轨迹；
步骤3、求取目标的运动参数Vmx、Vmy、Vmz；
步骤4、求取实时距离D。
本发明的特点还在于：
步骤1具体过程如下：
在目标定位中，将无人机实时坐标作为坐标系原点，X轴指向东，Y轴指向北，Z轴垂直XY平面向上指。
步骤2具体过程如下：
记D1为目标初始距离；记Km为目标航向；记
Figure BDA0002260936360000021
为目标俯冲角；记Vm为目标运动速度；目标作匀速直线运动；
记无人机的航向为Kw，速度为Vw，俯冲角为
Figure BDA0002260936360000022
记β1，β2，…βk分别对应为t1，t2，…tk时刻无人机测得的目标方位角；记ε1，ε2，…εk分别对应为t1，t2，…tk时刻无人机测得的目标俯仰角；
由(D1，Km，
Figure BDA0002260936360000023
Vm)确定目标的运动轨迹。
步骤3具体过程如下：
经过k次观测，采用最小二乘法构件如下极小化目标函数：
Figure BDA0002260936360000024
为求得目标运动参数Vmx、Vmy、Vmz和D1，分别对其求偏导，最终求得目标方位、俯仰测量的精确值。
步骤4具体过程如下
利用上面推导得出的递推公式，便可唯一确定目标相对运动参数；根据求得的Xk，可实现对目标航向km，俯冲角εm，速度Vm的运动参数的估计；同时根据初始距离，可求出对目标X，Y，Z方向实时距离Dx，Dy，Dz，从而求出实时距离D。
本发明的有益效果是：
本发明基于通过舰载无人机对陆、海上目标定位跟踪，建立目标运动模型，并根据目标运动特性，构建等式，利用最小二乘法，对目标角度信息解算，求得目标初始距离、航向及速度，以便对其进行定位跟踪，并通过仿真验证，对计算信息进行误差分析；本发明将软件控制策略与硬件控制策略结合在一起，实现了控制功能；不但对陆上目标的定位跟踪，还可以对海上目标进行定位跟踪。
附图说明
图1是本发明一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法中目标运动几何态势图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立基于角度信息的目标运动分析算法数学模型；
步骤1具体过程如下：
在目标定位中，将无人机实时坐标作为坐标系原点，X轴指向东，Y轴指向北，Z轴垂直XY平面向上指。
步骤2、确定目标的运动轨迹；
步骤2具体过程如下：
记D1为目标初始距离；记Km为目标航向；记
Figure BDA0002260936360000041
为目标俯冲角；记Vm为目标运动速度；目标作匀速直线运动；
记无人机的航向为Kw，速度为Vw，俯冲角为
Figure BDA0002260936360000042
记β1，β2，…βk分别对应为t1，t2，…tk时刻无人机测得的目标方位角；记ε1，ε2，…εk分别对应为t1，t2，…tk时刻无人机测得的目标俯仰角；
由(D1，Km，
Figure BDA0002260936360000043
Vm)确定目标的运动轨迹。
步骤3、求取目标的运动参数Vmx、Vmy、Vmz；
步骤3具体过程如下：
经过k次观测，采用最小二乘法构件如下极小化目标函数：
Figure BDA0002260936360000044
为求得目标运动参数Vmx、Vmy、Vmz和D1，分别对其求偏导，最终求得目标方位、俯仰测量的精确值。
步骤4、求取实时距离D；
步骤4具体过程如下
利用上面推导得出的递推公式，便可唯一确定目标相对运动参数；根据求得的Xk，可实现对目标航向km，俯冲角εm，速度Vm的运动参数的估计；同时根据初始距离，可求出对目标X，Y，Z方向实时距离Dx，Dy，Dz，从而求出实时距离D。
本发明舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，基于通过舰载无人机对陆、海上目标定位跟踪，建立目标运动模型，并根据目标运动特性，构建等式，利用最小二乘法，对目标角度信息解算，求得目标初始距离、航向及速度，以便对其进行定位跟踪，并通过仿真验证，对计算信息进行误差分析；本发明将软件控制策略与硬件控制策略结合在一起，实现了控制功能；不但对陆上目标的定位跟踪，还可以对海上目标进行定位跟踪。

Claims (5)

1.一种舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立基于角度信息的目标运动分析算法数学模型；
步骤2、确定目标的运动轨迹；
步骤3、求取目标的运动参数Vmx、Vmy、Vmz；
步骤4、求取实时距离D。
2.如权利要求1所述的舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤1具体过程如下：
在目标定位中，将无人机实时坐标作为坐标系原点，X轴指向东，Y轴指向北，Z轴垂直XY平面向上指。
3.如权利要求2所述的舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤2具体过程如下：
记D1为目标初始距离；记Km为目标航向；记
Figure FDA0002260936350000011
为目标俯冲角；记Vm为目标运动速度；目标作匀速直线运动；
记无人机的航向为Kw，速度为Vw，俯冲角为
Figure FDA0002260936350000012
记β1，β2，…βk分别对应为t1，t2，…tk时刻无人机测得的目标方位角；记ε1，ε2，…εk分别对应为t1，t2，…tk时刻无人机测得的目标俯仰角；
由
Figure FDA0002260936350000013
确定目标的运动轨迹。
4.如权利要求3所述的舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤3具体过程如下：
经过k次观测，采用最小二乘法构件如下极小化目标函数：
Figure FDA0002260936350000021
为求得目标运动参数Vmx、Vmy、Vmz和D1，分别对其求偏导，最终求得目标方位、俯仰测量的精确值。
5.如权利要求4所述的舰载无人机起降阶段目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤4具体过程如下
利用上面推导得出的递推公式，便可唯一确定目标相对运动参数；根据求得的Xk，可实现对目标航向km，俯冲角εm，速度Vm的运动参数的估计；同时根据初始距离，可求出对目标X，Y，Z方向实时距离Dx，Dy，Dz，从而求出实时距离D。
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