CN114815890A - 基于无人机的动态目标追踪系统设计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及基于无人机的动态目标追踪系统设计，解决了现有技术中缺少一种系统性的、远程操控便捷、动态目标追踪准确的无人机动态目标追踪系统的问题。基于无人机的动态目标追踪系统设计，包括：云管理平台，用于远程监测无人机获取的图像信息、动态目标追踪信息以及无人机设备的运行信息。本发明通过远程云管理平台和无人机自身进行双控制的效果，实现无人机飞行和动态目标的三维时空定位，便于灵活的把控动态目标的轨迹，便于更好的管理无人机在追踪过程中性能的稳定，同时更便于远程云管理平台远程操控，实现了一种使用操作便捷，运行稳定，定位准确的无人机动态目标追踪。

Description

基于无人机的动态目标追踪系统设计

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及基于无人机的动态目标追踪系统设计。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线远程遥控设备和无人机自备的程序控制无人机操作的过程。在无人机的很多应用中,都会包含对动态目标的定位与跟踪任务,定位与跟踪精度的高低,直接决定着任务的成败。

现有我国对于无人机动态目标追踪的研究也有很多：(1)单架无人机测角测距目标定位方法的研究。利用无人机光电平台测量系统测得目标的相对方位角、俯仰角及距离,通过齐次坐标转换法推导出目标定位及目标引导的计算公式,解算出目标在大地坐标系下的位置信息(经度L,纬度B,高度H),进而在电子地图上标注出来,以便于对目标进行分析与监视。(2)对无人机目标定位过程进行误差分析,并提出一种高精度目标定位的总体方案。首先建立目标定位的误差模型,使用Matlab语言编写无人机目标定位仿真程序,基于蒙特卡罗思想,对目标定位过程进行了大量的仿真分析,找出对目标定位精度影响较为明显的因素,在此基础上,提出提高目标定位精度的相应措施,进而提出了基于无人机组合导航技术的高精度目标定位方案。(3)针对提出的定位方案,深入研究了无人机的SINS/GPS组合导航技术。使用Matlab/Simulink仿真工具分别对SINS和GPS导航系统进行仿真,验证其系统性能,分析了它们的优势和局限性。把这两个系统通过卡尔曼滤波最优估计算法组合起来,取长补短,通过仿真实验证明,组合导航定位精度明显高于各系统独立工作的精度。(4)对无人机目标跟踪中的目标状态融合估计算法进行研究,提出了一种基于CS模型的交互式多模型粒子滤波算法。由于交互式多模型粒子滤波算法只有在选择了合适的目标运动模型、模型参数及模型个数时才能得到很好的跟踪效果；而CS模型自适应滤波算法,虽然具有跟踪精度高、能比较真实地反映目标机动性的优势,但是无法自动调节。因此,将这两种算法相结合,在交互式多模型粒子滤波算法的基础上,计算模型的校正概率,自适应地调整CS模型中的最大正、负加速度,充分发挥两种算法的优势,提高了跟踪精度。通过仿真验证了本文提出新算法的有效性。

因而现提出一种基于无人机的动态目标追踪系统设计，以提供一种系统性的、远程操控便捷、动态目标追踪准确的追踪系统，来提高无人机动态目标追踪的便捷性、科学性和准确性。

发明内容

本发明的目的是提供基于无人机的动态目标追踪系统设计，解决了现有技术中缺少一种系统性的、远程操控便捷、动态目标追踪准确的无人机动态目标追踪系统的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于无人机的动态目标追踪系统设计，包括：

云管理平台，用于远程监测无人机获取的图像信息、动态目标追踪信息以及无人机设备的运行信息，以远程辅助控制动态目标追踪；

监控图像管理装置，用于获取无人机飞行时周围的图像信息，捕捉动态目标图像信息，并将图像信息进行分类，以分别用于形成避障影像、动态目标影像和预飞行轨迹影像；

智能飞行控制装置，用于无人机的自动动态目标追踪，根据动态目标的距离，和无人机的当前性能，自动设定飞行模式；

综合性能分析装置，用于分析无人机的当前供能信息、当前驱动信息、当前里程信息和当前远程输送信息，以及剩余可飞行信息；

报警追踪装置，用于远程提醒动态目标成功捕捉和动态目标追踪状态，以及无人机运行状态的提醒；

时空定位装置，用于在三维空间地图上定位无人机的实时位置，以及根据无人机获取的动态目标信息得到的动态目标的实时位置；

数据管理装置，用于对无人机运行过程中所有的信息进行储存，远程输送至云管理平台后释放内存，并继续储存信息。

优选的，所述云管理平台包括信息收发模块、信息展示模块、辅助控制模块和信息存储模块；

信息收发模块用于将接收的信息进行分类后，输送至信息展示模块；还用于将辅助控制模块的操作指令远程发送给无人机的智能飞行控制装置；

信息展示模块以分别用于展示无人机的避障影像、动态目标影像、预飞行轨迹影像、综合性能分析图和无人机三维时空定位图；

辅助控制模块用于辅助无人机完成自动飞行模式的设定，辅助无人机确定动态目标，以及辅助无人机更改预飞行轨迹的设定；

信息存储模块用于接收并分类存储无人机发送的综合信息，存储并分类云管理平台实时接收的综合信息，以及信息对比校对单元；所述信息校对单元用于后期故障的查修。

优选的，所述监控图像管理装置包括多个方位的摄像头，避障影像有多个摄像头实时的采像形成，动态目标影像是在三维空间下建立的动态目标追踪模型，预飞行轨迹影像是三维空间下建立的无人机即将行驶的轨迹路线。

优选的，所述综合性能分析装置包括无人机供能模块、供能模块的分析单元、无人机驱动模块和驱动模块的分析单元，以及综合分析模块；

供能模块的分析单元用于分析供能模块的耗能、剩余耗能和单位时间内的耗能百分比；

驱动模块的分析单元用于分析驱动模块的散热信息、驱动动力信息、驱动模块的保养维护信息；

综合分析模块用于收集功能模块和驱动模块的分析信息，以建构评估模型，用于预测当前操控手段是否可行。

优选的，所述智能飞行控制装置包括距离检测模块、飞行控制模块，以及结合综合性能分析装置、时空定位装置和距离检测模块构建的飞行模式，飞行模式包括飞行速度、飞行轨迹和飞行安全的多维控制。

优选的，所述报警追踪装置包括结合监控图像管理装置构建的动态目标追踪模型，动态目标锁定后报警追踪装置提示云管理平台进行追踪，由云管理平台确认后开启自动追踪模式；追踪模式进行过程中，可通过云管理平台更改无人机预飞行轨迹，以控制无人机自动返航。

优选的，所述时空定位装置包括结合三维实景建模、三维地图、地理信息和动态信息融合分析形成的三维时空模型。

优选的，所述数据管理装置包括用于统计收集无人机运行状态中所有信息。

本发明具备以下有益效果：

1.通过设置由云管理平台、监控图像管理装置、智能飞行控制装置、综合性能分析装置、报警追踪装置、时空定位装置和数据管理装置组成的无人机动态目标追踪系统，以通过远程云管理平台和无人机自身进行双控制的效果，实现无人机飞行和动态目标的三维时空定位，便于灵活的把控动态目标的轨迹，便于更好的管理无人机在追踪过程中性能的稳定，同时更便于远程云管理平台远程操控，实现了一种使用操作便捷，运行稳定，定位准确的无人机动态目标追踪。

2.通过避障影像、动态目标影像和预飞行轨迹影像三种影像的呈现，提高了动态目标和无人机飞行轨迹更直观的表达，更便于云管理平台查验和对动态目标的跟踪监测。

3.通过综合性能分析装置和智能飞行控制装置的设置，使得可以结合无人机实时的状态，对动态目标实行灵活稳定的追踪计划，既保证了无人机的安全可靠运行，又保证了动态目标和无人机牢牢的锁定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为无人机的动态目标追踪系统结构示意图。

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，此处所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。

实施例一

参照图1，基于无人机的动态目标追踪系统设计，包括：

云管理平台，用于远程监测无人机获取的图像信息、动态目标追踪信息以及无人机设备的运行信息，以远程辅助控制动态目标追踪；

监控图像管理装置，用于获取无人机飞行时周围的图像信息，捕捉动态目标图像信息，并将图像信息进行分类，以分别用于形成避障影像、动态目标影像和预飞行轨迹影像；

智能飞行控制装置，用于无人机的自动动态目标追踪，根据动态目标的距离，和无人机的当前性能，自动设定飞行模式；

综合性能分析装置，用于分析无人机的当前供能信息、当前驱动信息、当前里程信息和当前远程输送信息，以及剩余可飞行信息；

报警追踪装置，用于远程提醒动态目标成功捕捉和动态目标追踪状态，以及无人机运行状态的提醒；

时空定位装置，用于在三维空间地图上定位无人机的实时位置，以及根据无人机获取的动态目标信息得到的动态目标的实时位置；

数据管理装置，用于对无人机运行过程中所有的信息进行储存，远程输送至云管理平台后释放内存，并继续储存信息；

本实施例中：通过设置由云管理平台、监控图像管理装置、智能飞行控制装置、综合性能分析装置、报警追踪装置、时空定位装置和数据管理装置组成的无人机动态目标追踪系统，以通过远程云管理平台和无人机自身进行双控制的效果，实现无人机飞行和动态目标的三维时空定位，便于灵活的把控动态目标的轨迹，便于更好的管理无人机在追踪过程中性能的稳定，同时更便于远程云管理平台远程操控，实现了一种使用操作便捷，运行稳定，定位准确的无人机动态目标追踪。

实施例二

参照图1，基于无人机的动态目标追踪系统设计，包括：

云管理平台，用于远程监测无人机获取的图像信息、动态目标追踪信息以及无人机设备的运行信息，以远程辅助控制动态目标追踪；云管理平台包括信息收发模块、信息展示模块、辅助控制模块和信息存储模块；信息收发模块用于将接收的信息进行分类后，输送至信息展示模块；还用于将辅助控制模块的操作指令远程发送给无人机的智能飞行控制装置；信息展示模块以分别用于展示无人机的避障影像、动态目标影像、预飞行轨迹影像、综合性能分析图和无人机三维时空定位图；辅助控制模块用于辅助无人机完成自动飞行模式的设定，辅助无人机确定动态目标，以及辅助无人机更改预飞行轨迹的设定；信息存储模块用于接收并分类存储无人机发送的综合信息，存储并分类云管理平台实时接收的综合信息，以及信息对比校对单元；信息校对单元用于后期故障的查修；

监控图像管理装置，用于获取无人机飞行时周围的图像信息，捕捉动态目标图像信息，并将图像信息进行分类，以分别用于形成避障影像、动态目标影像和预飞行轨迹影像；监控图像管理装置包括多个方位的摄像头，避障影像有多个摄像头实时的采像形成，动态目标影像是在三维空间下建立的动态目标追踪模型，预飞行轨迹影像是三维空间下建立的无人机即将行驶的轨迹路线；

智能飞行控制装置，用于无人机的自动动态目标追踪，根据动态目标的距离，和无人机的当前性能，自动设定飞行模式；智能飞行控制装置包括距离检测模块、飞行控制模块，以及结合综合性能分析装置、时空定位装置和距离检测模块构建的飞行模式，飞行模式包括飞行速度、飞行轨迹和飞行安全的多维控制；

综合性能分析装置，用于分析无人机的当前供能信息、当前驱动信息、当前里程信息和当前远程输送信息，以及剩余可飞行信息；综合性能分析装置包括无人机供能模块、供能模块的分析单元、无人机驱动模块和驱动模块的分析单元，以及综合分析模块；供能模块的分析单元用于分析供能模块的耗能、剩余耗能和单位时间内的耗能百分比；驱动模块的分析单元用于分析驱动模块的散热信息、驱动动力信息、驱动模块的保养维护信息；综合分析模块用于收集功能模块和驱动模块的分析信息，以建构评估模型，用于预测当前操控手段是否可行；

报警追踪装置，用于远程提醒动态目标成功捕捉和动态目标追踪状态，以及无人机运行状态的提醒；报警追踪装置包括结合监控图像管理装置构建的动态目标追踪模型，动态目标锁定后报警追踪装置提示云管理平台进行追踪，由云管理平台确认后开启自动追踪模式；追踪模式进行过程中，可通过云管理平台更改无人机预飞行轨迹，以控制无人机自动返航；

时空定位装置，用于在三维空间地图上定位无人机的实时位置，以及根据无人机获取的动态目标信息得到的动态目标的实时位置；时空定位装置包括结合三维实景建模、三维地图、地理信息和动态信息融合分析形成的三维时空模型；

数据管理装置，用于对无人机运行过程中所有的信息进行储存，远程输送至云管理平台后释放内存，并继续储存信息；数据管理装置包括用于统计收集无人机运行状态中所有信息；

本实施例中：通过避障影像、动态目标影像和预飞行轨迹影像三种影像的呈现，提高了动态目标和无人机飞行轨迹更直观的表达，更便于云管理平台查验和对动态目标的跟踪监测；通过综合性能分析装置和智能飞行控制装置的设置，使得可以结合无人机实时的状态，对动态目标实行灵活稳定的追踪计划，既保证了无人机的安全可靠运行，又保证了动态目标和无人机牢牢的锁定。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.基于无人机的动态目标追踪系统设计，其特征在于，包括：

云管理平台，用于远程监测无人机获取的图像信息、动态目标追踪信息以及无人机设备的运行信息，以远程辅助控制动态目标追踪；

监控图像管理装置，用于获取无人机飞行时周围的图像信息，捕捉动态目标图像信息，并将图像信息进行分类，以分别用于形成避障影像、动态目标影像和预飞行轨迹影像；

智能飞行控制装置，用于无人机的自动动态目标追踪，根据动态目标的距离，和无人机的当前性能，自动设定飞行模式；

综合性能分析装置，用于分析无人机的当前供能信息、当前驱动信息、当前里程信息和当前远程输送信息，以及剩余可飞行信息；

报警追踪装置，用于远程提醒动态目标成功捕捉和动态目标追踪状态，以及无人机运行状态的提醒；

时空定位装置，用于在三维空间地图上定位无人机的实时位置，以及根据无人机获取的动态目标信息得到的动态目标的实时位置；

数据管理装置，用于对无人机运行过程中所有的信息进行储存，远程输送至云管理平台后释放内存，并继续储存信息。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的动态目标追踪系统设计，其特征在于，所述云管理平台包括信息收发模块、信息展示模块、辅助控制模块和信息存储模块；

信息收发模块用于将接收的信息进行分类后，输送至信息展示模块；还用于将辅助控制模块的操作指令远程发送给无人机的智能飞行控制装置；

信息展示模块以分别用于展示无人机的避障影像、动态目标影像、预飞行轨迹影像、综合性能分析图和无人机三维时空定位图；

辅助控制模块用于辅助无人机完成自动飞行模式的设定，辅助无人机确定动态目标，以及辅助无人机更改预飞行轨迹的设定；

信息存储模块用于接收并分类存储无人机发送的综合信息，存储并分类云管理平台实时接收的综合信息，以及信息对比校对单元；所述信息校对单元用于后期故障的查修。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的动态目标追踪系统设计，其特征在于，所述监控图像管理装置包括多个方位的摄像头，避障影像有多个摄像头实时的采像形成，动态目标影像是在三维空间下建立的动态目标追踪模型，预飞行轨迹影像是三维空间下建立的无人机即将行驶的轨迹路线。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的动态目标追踪系统设计，其特征在于，所述综合性能分析装置包括无人机供能模块、供能模块的分析单元、无人机驱动模块和驱动模块的分析单元，以及综合分析模块；

供能模块的分析单元用于分析供能模块的耗能、剩余耗能和单位时间内的耗能百分比；

驱动模块的分析单元用于分析驱动模块的散热信息、驱动动力信息、驱动模块的保养维护信息；

综合分析模块用于收集功能模块和驱动模块的分析信息，以建构评估模型，用于预测当前操控手段是否可行。

5.根据权利要求1所述的基于无人机的动态目标追踪系统设计，其特征在于，所述智能飞行控制装置包括距离检测模块、飞行控制模块，以及结合综合性能分析装置、时空定位装置和距离检测模块构建的飞行模式，飞行模式包括飞行速度、飞行轨迹和飞行安全的多维控制。

6.根据权利要求1所述的基于无人机的动态目标追踪系统设计，其特征在于，所述报警追踪装置包括结合监控图像管理装置构建的动态目标追踪模型，动态目标锁定后报警追踪装置提示云管理平台进行追踪，由云管理平台确认后开启自动追踪模式；追踪模式进行过程中，可通过云管理平台更改无人机预飞行轨迹，以控制无人机自动返航。

7.根据权利要求1所述的基于无人机的动态目标追踪系统设计，其特征在于，所述时空定位装置包括结合三维实景建模、三维地图、地理信息和动态信息融合分析形成的三维时空模型。

8.根据权利要求1所述的基于无人机的动态目标追踪系统设计，其特征在于，所述数据管理装置包括用于统计收集无人机运行状态中所有信息。

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