CN114217639B - 基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统 - Google Patents
基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114217639B CN114217639B CN202111534263.7A CN202111534263A CN114217639B CN 114217639 B CN114217639 B CN 114217639B CN 202111534263 A CN202111534263 A CN 202111534263A CN 114217639 B CN114217639 B CN 114217639B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unmanned aerial
- aerial vehicle
- course
- target point
- flight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 title claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统，涉及无人机导航技术领域，该方法包括：获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括飞行速度、飞行航向和指定航向；获取所述无人机的位置信息和视觉目标点的位置信息；基于所述飞行航向、所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角；基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度；所述航向角速度用于将无人机以指定航向穿越视觉目标点。本发明能够达到无人机以指定航向穿越视觉目标点的目的。
Description
技术领域
本发明涉及无人机导航技术领域，特别是涉及一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统。
背景技术
近年来，随着传感器技术、微机电技术、无线通信技术以及航空技术的飞速发展，无人机技术日趋成熟。目前，无人机可以通过搭载不同的设备完成许多特殊的任务，具有非常广泛的军用前景和民用前景。无人机能否安全顺利的完成任务，很大程度上取决于无人机的导航控制能力，虽然目前针对无人机导航控制的研究已较为成熟，但在实际应用中还存在许多问题亟需攻克。
目前基于视觉任务的无人机应用越来越多，有时候需要无人机基于视觉目标点来规划航迹，比如以指定航向飞跃视觉目标点，但是没有相关的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统，以达到无人机以指定航向穿越视觉目标点的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法，包括：
获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括飞行速度、飞行航向和指定航向；
获取所述无人机的位置信息和视觉目标点的位置信息；
基于所述飞行航向、所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角；
基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度；所述航向角速度用于将无人机以指定航向穿越视觉目标点。
可选的，所述基于所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角信息，具体包括：
基于所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，确定第一连线；所述第一连线为所述无人机到与所述视觉目标点之间的连线；
确定视线角；所述视线角为所述飞行航向与所述第一连线的夹角。
可选的，所述指定航向的确定过程：
确定无人机飞行航迹要求；
确定所述无人机的指定航向；所述指定航向为所述无人机飞行航迹要求的穿越所述视觉目标点的指向。
可选的，所述基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度，具体包括：
根据公式确定无人机的航向角速度；
其中，V为无人机的飞行速度，Ψ为无人机的飞行航向，Ψ0为穿越视觉目标点所需的指定航向；α为视线角，D为一个常量，ω为无人机的航向角速度。
一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引系统，包括：
飞行参数获取模块，用于获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括飞行速度、飞行航向和指定航向；
位置信息获取模块，用于获取所述无人机的位置信息和视觉目标点的位置信息；
视线角计算模块，用于基于所述飞行航向、所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角；
航向角速度计算模块，用于基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度；所述航向角速度用于将无人机以指定航向穿越视觉目标点。
可选的，所述视线角计算模块，具体包括：
第一连线确定单元，用于基于所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，确定第一连线；所述第一连线为所述无人机到与所述视觉目标点之间的连线；
视线角确定单元，用于确定视线角；所述视线角为所述飞行航向与所述第一连线的夹角。
可选的，在所述飞行参数获取模块中，所述指定航向的确定过程：
确定无人机飞行航迹要求；
确定所述无人机的指定航向；所述指定航向为所述无人机飞行航迹要求的穿越所述视觉目标点的指向。
可选的，所述航向角速度计算模块，具体包括：
航向角速度计算单元，用于根据公式确定无人机的航向角速度；
其中，V为无人机的飞行速度，Ψ为无人机的飞行航向，Ψ0为穿越视觉目标点所需的指定航向；α为视线角，D为一个常量，ω为无人机的航向角速度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明首先根据飞行航向、无人机的位置信息和视觉目标点的位置信息，计算无人机与视觉目标点的视线角信息，然后通过视线角信息即可确定航向角速度，进而实现无人机航迹控制，以达到无人机以指定航向穿越视觉目标点的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法的流程示意图；
图2为本发明无人机飞行航迹控制原理示意图；
图3为本发明基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法的仿真结果图；
图4为本发明基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统，本发明基于无人机与视觉目标点之间的视线角信息来确定无人机的航迹；该航迹为无人机以指定航向穿越视觉目标点的航行轨迹。
本发明包含无人机航向角速度的计算方法：根据无人机飞行速度、无人机飞行航向、以及无人机到视觉目标点之间的视线角信息，计算无人机转弯航向角速度。航向角速度的计算公式为：
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
参见图1，本实施例提供了一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法，可以解决无人机以指定航向飞越视觉目标点的问题，包括：
步骤101：获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括飞行速度、飞行航向和指定航向。
一个示例为：无人机的飞行速度为V，飞行航向以北向为基准，顺时针0～360°，记为Ψ；指定航向，即无人机飞行航迹要求的穿越视觉目标点的指向，记为Ψ0。
步骤102：获取所述无人机的位置信息和视觉目标点的位置信息。
一个示例为：由无人机搭载的机载传感器实时获取无人机当前位置A和视觉目标点的当前位置B。
步骤103：基于所述飞行航向、所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角。
步骤104：基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度；所述航向角速度用于将无人机以指定航向穿越视觉目标点；所述航向角速度为无人机调整航向所需的转弯航向角速度。
作为一种优选的实施方式，本实施例所述的步骤103具体包括：
基于所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，确定第一连线；所述第一连线为所述无人机到与所述视觉目标点之间的连线。
确定视线角；所述视线角为所述飞行航向与所述第一连线的夹角。
作为一种优选的实施方式，本实施例所述的步骤101中的所述指定航向的确定过程：
确定无人机飞行航迹要求。
确定所述无人机的指定航向；所述指定航向为所述无人机飞行航迹要求的穿越所述视觉目标点的指向。
无人机飞行航迹控制原理如图2所示。图2中，V为无人机的飞行速度，Ψ为无人机的飞行航向；B为无人机穿越的视觉目标点，Ψ0为穿越视觉目标点所需的指定航向；α为无人机的飞行航向与第一连线(所述第一连线为无人机到视觉目标点之间的连线)的夹角，记为视线角；β为第一连线与指定航向之间的夹角。利用本实施例提供的技术方案可以使无人机的飞行航迹大致如图3中的飞行航迹所示，以固定航向穿越视觉目标点。
根据图中几何关系可知，视线角α与夹角β之间存在如下关系：
α+Ψ＝β+Ψ0；
要使无人机按照要求航迹穿越视觉目标点，需要在无人机飞行过程中不断的改变航向角速度来调整飞行航向，本实施例给出的无人机航向角速度的计算公式为：
式中，D为一个常量，根据无人机自身性能进行选取，应考虑无人机飞行速度大小并且一般应大于无人机倾斜转弯的最小转弯半径。
根据视线角α与夹角β的关系，可得β＝α+Ψ-Ψ0，将其代入航向角速度计算公式即可得到航向角速度的最终表达式为：
故可以根据公式确定无人机的航向角速度；其中，V为无人机的飞行速度，Ψ为无人机的飞行航向，Ψ0为穿越视觉目标点所需的指定航向；α为视线角，D为一个常量，ω为无人机的航向角速度。
为验证本实施例提出的技术方案，进行如下的仿真试验。
设置仿真参数如下：无人机飞行速度V＝15m/s，取常数D＝30，无人机初始位置A的坐标为(0，100)，目标点B的坐标为(300，300)，初始航向角Ψ＝150°，固定航向或者指定航向Ψ0＝90°，即为X轴正方向，仿真结果如图3所示。
从图3所示结果可以看出，无人机利用本实施例提供的技术方案可以在飞行过程中不断调整航向，使飞行航向与指定航向相一致，最终实现按照要求航迹飞越视觉目标点的目的。因此，该仿真实验验证了本实施例提供的技术方案的有效性。
实施例二
本实施例提供了一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引系统，如图4所示，包括：
飞行参数获取模块401，用于获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括飞行速度、飞行航向和指定航向。
位置信息获取模块402，用于获取所述无人机的位置信息和视觉目标点的位置信息。
视线角计算模块403，用于基于所述飞行航向、所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角。
航向角速度计算模块404，用于基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度；所述航向角速度用于将无人机以指定航向穿越视觉目标点。
所述视线角计算模块403，具体包括：
第一连线确定单元，用于基于所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，确定第一连线；所述第一连线为所述无人机到与所述视觉目标点之间的连线。
视线角确定单元，用于确定视线角；所述视线角为所述飞行航向与所述第一连线的夹角。
在所述飞行参数获取模块401中，所述指定航向的确定过程：
确定无人机飞行航迹要求；确定所述无人机的指定航向；所述指定航向为所述无人机飞行航迹要求的穿越所述视觉目标点的指向。
所述航向角速度计算模块404，具体包括：
航向角速度计算单元，用于根据公式确定无人机的航向角速度。
其中，V为无人机的飞行速度，Ψ为无人机的飞行航向，Ψ0为穿越视觉目标点所需的指定航向；α为视线角，D为一个常量，ω为无人机的航向角速度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个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 (4)
1.一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法，其特征在于，包括：
获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括飞行速度、飞行航向和指定航向；
获取所述无人机的位置信息和视觉目标点的位置信息；其中，无人机搭载的机载传感器实时获取无人机当前位置和视觉目标点的当前位置；
基于所述飞行航向、所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角；
基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度；所述航向角速度用于将无人机以指定航向穿越视觉目标点；
基于所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角信息，具体包括：
基于所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，确定第一连线；所述第一连线为所述无人机到与所述视觉目标点之间的连线；
确定视线角；所述视线角为所述飞行航向与所述第一连线的夹角；
基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度，具体包括：
根据公式确定无人机的航向角速度；
其中，V为无人机的飞行速度，Ψ为无人机的飞行航向，Ψ0为穿越视觉目标点所需的指定航向，α为视线角，ω为无人机的航向角速度，D为一个常量，根据无人机自身性能进行选取，应考虑无人机飞行速度大小并且一般应大于无人机倾斜转弯的最小转弯半径。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法，其特征在于，所述指定航向的确定过程：
确定无人机飞行航迹要求；
确定所述无人机的指定航向；所述指定航向为所述无人机飞行航迹要求的穿越所述视觉目标点的指向。
3.一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引系统，其特征在于，包括：
飞行参数获取模块，用于获取无人机的飞行参数；所述飞行参数包括飞行速度、飞行航向和指定航向；
位置信息获取模块，用于获取所述无人机的位置信息和视觉目标点的位置信息；其中，无人机搭载的机载传感器实时获取无人机当前位置和视觉目标点的当前位置；
视线角计算模块，用于基于所述飞行航向、所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，计算视线角；
航向角速度计算模块，用于基于所述飞行参数和所述视线角，确定无人机的航向角速度；所述航向角速度用于将无人机以指定航向穿越视觉目标点；
所述视线角计算模块，具体包括：
第一连线确定单元，用于基于所述无人机的位置信息和所述视觉目标点的位置信息，确定第一连线；所述第一连线为所述无人机到与所述视觉目标点之间的连线；
视线角确定单元，用于确定视线角；所述视线角为所述飞行航向与所述第一连线的夹角；
所述航向角速度计算模块，具体包括：
航向角速度计算单元，用于根据公式确定无人机的航向角速度；
其中，V为无人机的飞行速度，Ψ为无人机的飞行航向，Ψ0为穿越视觉目标点所需的指定航向；α为视线角，ω为无人机的航向角速度，D为一个常量，根据无人机自身性能进行选取，应考虑无人机飞行速度大小并且一般应大于无人机倾斜转弯的最小转弯半径。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引系统，其特征在于，在所述飞行参数获取模块中，所述指定航向的确定过程：
确定无人机飞行航迹要求；
确定所述无人机的指定航向；所述指定航向为所述无人机飞行航迹要求的穿越所述视觉目标点的指向。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111534263.7A CN114217639B (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111534263.7A CN114217639B (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114217639A CN114217639A (zh) | 2022-03-22 |
| CN114217639B true CN114217639B (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=80702594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111534263.7A Active CN114217639B (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114217639B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113359856A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-07 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种无人机指定航向目标点导引方法及系统 |
| CN113467500A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-01 | 天津大学 | 一种基于双目视觉的无人机非合作目标追踪系统 |
-
2021
- 2021-12-15 CN CN202111534263.7A patent/CN114217639B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113359856A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-07 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种无人机指定航向目标点导引方法及系统 |
| CN113467500A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-01 | 天津大学 | 一种基于双目视觉的无人机非合作目标追踪系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114217639A (zh) | 2022-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106020236B (zh) | 一种自适应引导长度的无人机航迹跟踪方法 | |
| US20130325222A1 (en) | Automatic recovery method for an unmanned aerial vehicle | |
| AU2012369136B2 (en) | Wind calculation system using constant bank angle turn | |
| CN108490961B (zh) | 一种多auv动态圆弧编队控制方法 | |
| CN105352495A (zh) | 加速度与光流传感器数据融合无人机水平速度控制方法 | |
| CN109358645B (zh) | 一种小型舰载无人机自适应绳钩回收制导航路及制导方法 | |
| CN104536457B (zh) | 基于小型无人机导航的滑模控制方法 | |
| JP2015512818A5 (zh) | ||
| CN108281789B (zh) | 定向天线的盲区跟踪方法、其装置及移动跟踪系统 | |
| CN112198886B (zh) | 一种跟踪机动目标的无人机控制方法 | |
| Cai et al. | Path planning for UAV tracking target based on improved A-star algorithm | |
| CN109407666A (zh) | 一种无人车辆的控制方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN110764523B (zh) | 基于抗饱和平滑变换的比例积分前置导引攻击目标的方法 | |
| CN105547295A (zh) | 基于陀螺测速的机载光电观瞄系统用地面目标无源测速方法 | |
| CN105892487A (zh) | 一种无人机8字形航迹控制方法 | |
| CN105865455A (zh) | 一种利用gps与加速度计计算飞行器姿态角的方法 | |
| Bruggemann et al. | Control of aircraft for inspection of linear infrastructure | |
| US10096251B2 (en) | Systems and methods for establishing a flight pattern adjacent to a target for a vehicle to follow | |
| CN105628045A (zh) | 一种无人机跟拍路径规划与跟踪方法 | |
| CN113359856B (zh) | 一种无人机指定航向目标点导引方法及系统 | |
| CN106672265A (zh) | 一种基于光流信息的小天体定点着陆制导控制方法 | |
| Hoy et al. | Collision-free navigation of an autonomous unmanned helicopter in unknown urban environments: sliding mode and MPC approaches | |
| CN114217639B (zh) | 基于无人机指定航向穿越视觉目标点的导引方法及系统 | |
| RU2649287C2 (ru) | Способ планирования траектории движения летательного аппарата | |
| CN105717930A (zh) | 控制无人机的方法、装置及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |