CN114018244A - 一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，属于无人机技术领域。本发明包括以下步骤：获取目标定位时刻无人机参数、光电平台参数和测距信息；计算目标的经度、纬度和高度；生成圆形或矩形跟踪航路，无人机自动按跟踪航路飞行；在跟踪航路飞行过程中，判断是否需要重新对目标进行定位；根据新的定位信息生成航路并上传比对，无人机按照新的跟踪航路飞行，实现无人机动态跟踪目标。本发明依托无人机和光电平台，根据无人机遥测信息和光电平台激光测距值，计算目标经度、纬度、高度，根据目标位置信息自动生成跟踪目标的航路。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是指一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法。
背景技术
无人机对发现的目标进行持续性跟踪是无人机应用的重要研究课题。例如，对移动车辆、人员的持续跟踪，对石油管道泄漏区域的持续观察，对林区火情蔓延趋势的持续观测等应用，都需要无人机为载荷平台提供稳定的观测角度。这对无人机的飞行航路提出了很高的要求。
光电平台选用目前国内成熟三光（可见光、红外、激光）光电吊舱。光电吊舱的功能主要包括可见光/红外视频采集、激光照射、目标识别等。
目前，对静态目标一般采用盘旋式跟踪侦查，对匀速目标采用格栅式跟踪侦查。而对于非匀速、非方向性运动的目标没有好的跟踪方式。如果无人机不跟随目标运动，目标脱离光电平台的观测范围后无人机将失去对目标的侦查。因此，如何为无人机规划精准、高效的跟踪航路，使无人机持续观察目标，具有重要研究意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，
该方法可通过光电平台采集的目标数据信息，生成持续跟踪目标的航路。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，包括以下步骤：
（1）获取目标定位时刻无人机参数、光电平台参数和测距信息；
（2）通过步骤（1）获取的参数计算目标的经度、纬度和高度；
（3）根据目标定位信息和目标的外形特征自动生成圆形或矩形跟踪航路，并完成航路上传和比对，无人机自动按跟踪航路飞行；
（4）无人机在跟踪航路飞行过程中，根据无人机实时位置信息、目标位置信息和光电平台的方位、俯仰信息判断是否需要重新对目标进行定位，并根据新的定位信息生成跟踪航路并上传比对，无人机按照新的跟踪航路飞行，实现无人机对目标的动态跟踪。
进一步的，步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）根据链路接口协议，创建对应接口，接收无人机信息、光电平台信息；
（1.2）根据协议对无人机信息和光电平台信息进行解析，获取到同时刻和目标定位相关的参数，参数包括焦距值、平台方位角、平台俯仰角、无人机航向角、无人机俯仰角、无人机横滚角、无人机经度、无人机纬度、无人机高度、影像X坐标、影像Y坐标。
进一步的，步骤（2）具体包括以下步骤：
（2.1）获取到数据后对数据进行处理，将无人机经度、纬度转弧度后由大地坐标系转直角坐标系，根据参数角度关系，在直角坐标系中计算出图像中心点对应的坐标；
（2.2）已知测距值为图像中心点与无人机的实际距离，根据目标点所在像素点坐标，经过坐标转换，进行偏移处理，求出目标点对应的坐标；
（2.3）将目标点坐标转换为大地坐标系下目标点的经度、纬度、高度。
进一步的，步骤（3）具体包括以下步骤：
（3.1）根据目标类型和外形大小判断跟踪航路形状，计算跟踪航路最佳的飞行高度；
（3.2）对于矩形跟踪航路，根据目标点经度、纬度、高度，计算跟踪航路最佳的矩形长度、矩形宽度，以目标点的经度、纬度和当前无人机飞行航向为基准，通过坐标转换，计算出矩形的第一个点的经度、纬度，并根据矩形第一个点计算另外三点的经度、纬度；
（3.3）对于圆形跟踪航路，根据目标点经度、纬度、高度，计算跟踪航路最佳半径，以目标点的经度、纬度和当前无人机飞行航向为基准，通过坐标转换，计算出圆形航路的第一个点的经度、纬度，再通过第一个点的经度、纬度，通过角度旋转180°求出第二点的经度、纬度。
进一步的，步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）实时监测无人机位置参数和光电平台方位、俯仰参数，接近监视范围边界时重新进行激光照射；
（4.2）根据最新的定位信息重新计算新的跟踪航路；
（4.3）将跟踪航路上传并完成回报比对，无人机按新航路继续监视目标。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明可通过光电平台的数据支撑，精确计算目标的位置信息。
2、本发明可通过精确的目标的位置信息，计算出易于观察目标的圆形航路或矩形航路。
3、本发明可根据计算监视范围更新跟踪航路，实现对目标的持续监视。
附图说明
图1是本发明实施例中目标跟踪航路生成方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，包括以下步骤：
（1）获取无人机和光电平台参数信息：
从地面数据终端获取无人机和光电平台地理信息和姿态信息；
具体地，包括以下步骤：
（1.1）创建端口；
本系统选用UDP组播接口形式，分别创建飞控遥测接收端口和光电平台遥测接收端口。
（1.2）创建线程；
创建多线程实时接收该端口数据，并放入缓存区。
（1.3）数据处理；
将缓存区数据根据协议进行拼帧处理，找到帧头，根据协议进行数据解析，获得定位所需数据，数据包括焦距值、平台方位角、平台俯仰角、无人机航向角、无人机俯仰角、无人机横滚角、无人机经度、无人机纬度、无人机高度、影像X坐标、影像Y坐标。
（2）计算目标地理信息：
根据获取到的参数进行定位，计算出目标点的经度、纬度、高度。
具体地，包括以下步骤：
（2.1）坐标系转换；
获取到数据后对数据进行处理，将无人机经度、纬度转弧度后由大地坐标系转直角坐标系，根据参数角度关系，在直角坐标系中计算出图像中心点对应的坐标。
（2.2）计算目标点地理信息；
已知测距值为图像中心点对应的地表与无人机的实际距离，根据目标点所在像素点坐标，经过坐标转换，进行偏移处理，求出目标点对应的坐标。
（2.3）转换为大地坐标系；
将目标点坐标转换为大地坐标系目标点的经度、纬度、高度。
（3）生成跟踪航路：
在获取到目标点的经度、纬度、高度后，根据目标识别特征，自动选择生成圆形或者矩形跟踪航路。
具体地，包括以下步骤
（3.1）根据目标特征，选择航路形状；
根据目标在图像画面中所占像素的大小范围和形状选择圆形或者矩形航路来观察目标。
（3.2）矩形跟踪航路；
以目标点作为矩形中心点进行计算，根据目标所占像素大小计算出目标实际长边距离和短边距离，规划的矩形航路按照目标的长边距离和短边距离进行扩放，得到矩形航路的长边距离和短边距离。根据目标点的经度、纬度、高度、目标长边方位、航路长边距离、航路短边距离、计算出矩形航路的四个顶角的经度、纬度、高度。
（3.3）圆形跟踪航路。
以目标点作为圆形航路中心点进行计算，根据目标所占像素点大小计算目标实际半径，规划的圆形航路按照此半径进行扩放，得到圆形航路的半径长度。以目标点为圆心，目标大小扩放后的长度为半径作圆，与飞机当前航向相切的点为圆形航路的航点1，方位转180度圆上的点为航点2，计算得出航点1和航点2的经度、纬度、高度。
（3.4）上传并比对航路信息。
发送矩形或圆形航路信息并和回报进行比对，全部比对成功后无人机按跟踪航路进行飞行。
（4）监测无人机位置信息和光电平台姿态信息：
实时对无人机位置信息和光电平台姿态信息进行综合评估，计算目标是否在观测范围之内，并留有一定的裕度。当监测到目标脱离观测范围时重新进行激光测距，重新生成跟踪航路，无人机按照新航路飞行，实现实时跟踪目标。
具体地，包括以下步骤
（4.1）监测无人机位置信息和光电平台姿态信息；
对实时获取到的无人机位置信息和光电平台姿态信息进行计算，监测其是否在观测范围内。
（4.2）重新激光测距；
当监测到目标即将脱离观测范围时重新进行激光测距，重新计算目标经度、纬度、高度。
（4.3）重新计算跟踪航路；
根据目标经度、纬度、高度，重新计算跟踪航路，完成航路上传和比对，无人机按新航路进行飞行，实现实时跟踪目标。
总之，本发明依托无人机和光电平台，根据无人机遥测信息和光电平台激光测距值，计算目标经度、纬度、高度，根据目标位置信息自动生成跟踪目标的航路。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）获取目标定位时刻无人机参数、光电平台参数和测距信息；
（2）通过步骤（1）获取的参数计算目标的经度、纬度和高度；
（3）根据目标定位信息和目标的外形特征自动生成圆形或矩形跟踪航路，并完成航路上传和比对，无人机自动按跟踪航路飞行；
（4）无人机在跟踪航路飞行过程中，根据无人机实时位置信息、目标位置信息和光电平台的方位、俯仰信息判断是否需要重新对目标进行定位，并根据新的定位信息生成跟踪航路并上传比对，无人机按照新的跟踪航路飞行，实现无人机对目标的动态跟踪。
2.如权利要求1所述的一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，其特征在于，步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）根据链路接口协议，创建对应接口，接收无人机信息、光电平台信息；
（1.2）根据协议对无人机信息和光电平台信息进行解析，获取到同时刻和目标定位相关的参数，参数包括焦距值、平台方位角、平台俯仰角、无人机航向角、无人机俯仰角、无人机横滚角、无人机经度、无人机纬度、无人机高度、影像X坐标、影像Y坐标。
3.如权利要求1所述的一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，其特征在于，步骤（2）具体包括以下步骤：
（2.1）获取到数据后对数据进行处理，将无人机经度、纬度转弧度后由大地坐标系转直角坐标系，根据参数角度关系，在直角坐标系中计算出图像中心点对应的坐标；
（2.2）已知测距值为图像中心点与无人机的实际距离，根据目标点所在像素点坐标，经过坐标转换，进行偏移处理，求出目标点对应的坐标；
（2.3）将目标点坐标转换为大地坐标系下目标点的经度、纬度、高度。
4.如权利要求1所述的一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，其特征在于，步骤（3）具体包括以下步骤：
（3.1）根据目标类型和外形大小判断跟踪航路形状，计算跟踪航路最佳的飞行高度；
（3.2）对于矩形跟踪航路，根据目标点经度、纬度、高度，计算跟踪航路最佳的矩形长度、矩形宽度，以目标点的经度、纬度和当前无人机飞行航向为基准，通过坐标转换，计算出矩形的第一个点的经度、纬度，并根据矩形第一个点计算另外三点的经度、纬度；
（3.3）对于圆形跟踪航路，根据目标点经度、纬度、高度，计算跟踪航路最佳半径，以目标点的经度、纬度和当前无人机飞行航向为基准，通过坐标转换，计算出圆形航路的第一个点的经度、纬度，再通过第一个点的经度、纬度，通过角度旋转180°求出第二点的经度、纬度。
5.如权利要求1所述的一种基于无人机光电平台的目标跟踪航路生成方法，其特征在于，步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）实时监测无人机位置参数和光电平台方位、俯仰参数，接近监视范围边界时重新进行激光照射；
（4.2）根据最新的定位信息重新计算新的跟踪航路；
（4.3）将跟踪航路上传并完成回报比对，无人机按新航路继续监视目标。
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