CN212276274U

CN212276274U - 基于ads-b的目标无人机自动跟踪系统

Info

Publication number: CN212276274U
Application number: CN202021447968.6U
Authority: CN
Inventors: 王尔申; 佟刚; 徐嵩; 王传云; 黄煜峰; 曲萍萍; 王宝广; 陈昌龙; 庞涛; 张树宁; 宋远上; 李洪高; 李友华; 孙文秀
Original assignee: Shenyang Aerospace University
Current assignee: Shenyang Aerospace University
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2030-07-21

Abstract

本实用新型提供一种基于ADS‑B的目标无人机自动跟踪系统，涉及无人机及目标跟踪技术领域。该系统包括ADS‑B系统、跟踪拍摄装置和监测设备；跟踪拍摄装置包括可伸缩支架、三轴云台、内置北斗模块的可变焦摄像机；ADS‑B系统包括机载设备和地面接收机；机载设备安装在目标无人机上以获取无人机导航信息，地面接收机获取无人机的位置信息，并将获取的无人机的位置信息发送到监测设备；监测设备通过有线或无线方式分别与可变焦摄像机和三轴云台连接；三轴云台安装在可伸缩支架的伸出端，可变焦摄像机安装在三轴云台上。本实用新型的目标无人机拍摄跟踪系统能够准确跟踪目标无人机，且具有操作简单，成本低，精度高等特点。

Description

基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统

技术领域

本实用新型涉及无人机及目标跟踪技术领域，尤其涉及一种基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统。

背景技术

随着无人机的普及和广泛应用，无人机技术也越来越重要，为了对无人机产品性能进行评估和飞行安全监测，进行实验飞行并获取视频信息进行分析是非常简洁有效的方法，这就需要对实验飞行的无人机目标进行自动拍摄跟踪。

ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B的主要信息是飞机的4维位置信息(经度、纬度、高度和时间)和其它可能附加信息(冲突告警信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等信息)以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包括一些别的附加信息，如航向、空速、风速、风向和飞机外界温度等。这些信息可以由以下航空电子设备得到：(1)全球卫星导航系统(GNSS)；(2)惯性导航系统(INS)；(3)惯性参考系统(IRS)；(4)飞行管理器；(5)其它机载传感器。ADS-B的信息传输通道以ADS-B报文形式，通过空-空、空-地数据链广播式传播。ADS-B的信息处理与显示主要包括位置信息和其它附加信息的提取、处理及有效算法，并且形成清晰、直观的背景地图和航迹、飞行态势、参数窗口以及报文窗口等，最后以类雷达方式实时地提供给用户。ADS-B位置更新率理论为2Hz，可以满足远距离航路目标大范围的监视，但对于近距低空无人机的来讲，仅通过ADS-B展现的数据点迹、航迹、速度、航向、高度等信息，很难直观地显示无人机的飞行姿态，如俯仰等信息，不能全面地展示无人机的飞行状态。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统，实现对目标无人机的自动拍摄跟踪。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统，包括ADS-B系统、跟踪拍摄装置和监测设备；所述跟踪拍摄装置包括可伸缩支架、三轴云台、内置北斗模块的可变焦摄像机；所述ADS-B系统包括机载设备和地面接收机；所述机载设备安装在目标无人机上以获取无人机导航信息，所述地面接收机获取无人机的位置信息，并将获取的无人机的位置信息发送到监测设备；所述监测设备通过有线或无线方式分别与可变焦摄像机和三轴云台连接；所述三轴云台安装在可伸缩支架的伸出端，可变焦摄像机安装在三轴云台上。

优选地，所述三轴云台包括基座、铰接在基座上的旋转座和铰接在旋转座上的俯仰架；所述基座内设置有处理器；所述俯仰架上铰接有固定架，固定架上安装所述可变焦摄像机；所述旋转座靠近基座的一端设有偏航电机，所述偏航电机驱动旋转座水平旋转，所述旋转座靠近俯仰架的一端设有俯仰电机，俯仰电机驱动俯仰架作俯仰运动。

优选地，所述可伸缩支架包括可伸缩杆和固定结构件；所述固定结构件上设置有安装孔。

优选地，所述监测设备包括存储器和处理器。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型提供的一种基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统，通过ADS-B系统和北斗模块能够准确获得无人机及摄像机的位置信息，进而能够确定摄像机需要调整的斜距、方位角、仰角，从而能够实时获取无人机的飞行状态以及姿态；通过三轴云台能够精确的调整摄像机的拍摄角度，进而实现对无人机进行精准的跟踪拍摄。本实用新型的目标无人机拍摄跟踪系统具有操作简单，成本低，精度高等特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的跟踪拍摄装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的摄像机需要调整的斜距、方位角和仰角的示意图。

图中，1：可伸缩支架；2、三轴云台；3、可变焦摄像机；1-1：可伸缩杆；1-2、固定结构件；1-3、安装孔；2-1、基座；2-2、旋转座；2-3俯仰架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实施例中，基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统，如图1所示包括ADS-B系统、跟踪拍摄装置和监测设备；跟踪拍摄装置如图2所示包括可伸缩支架、三轴云台、内置北斗模块的可变焦摄像机；ADS-B系统包括机载设备和地面接收机；机载设备安装在目标无人机上以获取无人机导航信息，地面接收机获取无人机位置信息并将获取的无人机的位置信息发送到监测设备；监测设备通过有线或无线方式分别与可变焦摄像机3和三轴云台2连接；监测设备采用包括存储器和处理器的计算机，接收并存储无人机及摄像机的位置信息，并根据这些信息计算摄像机需要调整的斜距、方位角、仰角。三轴云台2安装在可伸缩支架1的伸出端，可变焦摄像机3安装在三轴云台2上。三轴云台包括基座2-1、铰接在基座2-1上的旋转座2-2和铰接在旋转座上的俯仰架2-3；所述基座2-1内设置有处理器；所述俯仰架2-3上铰接有固定架，固定架上安装所述可变焦摄像机3；所述旋转座靠近基座的一端设有偏航电机，所述偏航电机驱动旋转座水平旋转，所述旋转座靠近俯仰架的一端设有俯仰电机，俯仰电机驱动俯仰架作俯仰运动。可伸缩支架包括可伸缩杆1-1和固定结构件1-2；固定结构件1-2上设置有安装孔1一3，可通过螺栓将可伸缩支架安装在地面等水平面上。

本实用新型的基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统的工作过程为：目标无人机首先通过ADS-B系统机载设备将自身导航信息数据广播，再由ADS-B系统地面接收机进行接收，地面接收机再将无人机位置数据发送到监测设备；同时，监测设备还通过有线或无线方式与可变焦摄像机连接，通过可变焦摄像机内置的北斗模块获取摄像机的位置数据；然后监测设备通过坐标转换对无人机和可变焦摄像机的位置数据进行处理，计算可变焦摄像机需要调整的斜距、方位角、仰角，再发送到跟踪拍摄装置的三轴云台，云台基座内设置的处理器根据可变焦摄像机需要调整的斜距、方位角、仰角采用串级PID、并环PID等控制方式对偏航电机和俯仰电机旋转角度进行控制，进而实现对可变焦摄像机的拍摄角度进行调整，以获取清晰的无人机运动图像；可变焦摄像机再把拍摄到的无人机运动图像发送到监测设备进行存储和显示。

本实施例中，监测设备通过坐标转换对无人机和可变焦摄像机的位置数据进行处理，计算可变焦摄像机需要调整的斜距、方位角和仰角的具体方法为：

(1)、获取无人机及可变焦摄像机的位置信息并进行坐标转换；

由ADS-B设备获取无人机在WGS-84坐标系中位置坐标(x′₀，y′₀，z′₀)，其中，x′₀，y′₀，z′₀分别为无人机所在位置的经度、纬度和高度；

由北斗模块获取摄像机在WGS-84坐标系中位置坐标(x₀，y₀，z₀)，其中，x₀，y₀，z₀分别为摄像机所在位置的经度、纬度和高度；

将可变焦摄像机位置坐标由WGS-84坐标系转换到地心直角坐标系，如下公式所示：

其中，x′，y′，z′分别为可变焦摄像机在地心直角坐标系中的位置信息，N＝α/(1-e²sin²y₀)^1/2为摄像机所在位置的卯酉圈半径，a为地球长半径；e为第一偏心率。

将无人机位置坐标由WGS-84坐标系转换到地心直角坐标系，如下公式所示：

其中，x_e，y_e，z_e分别为无人机在地心直角坐标系中的位置信息，N′＝a/(1-e²sin²y′₀)^1/2，为无人机所在位置的卯酉圈半径。

(2)、将无人机的地心直角坐标转换到摄像机坐标系；

无人机的地心直角坐标在摄像机坐标系中坐标如下公式所示：

其中，R_T为旋转矩阵，如下公式所示：

摄像机坐标系就是以可变焦摄像机为在原点，x轴向右，z轴向前(摄像机方向)，y轴向上(摄像机方向)。

(3)、将无人机在摄像坐标系中的坐标转换到极坐标系统，求出可变焦摄像机需要调整的斜距、方位角和仰角；

已知无人机在摄像机坐标系中坐标为(x₁，y₁，z₁)，依据以下公式(5)：

求出无人机在极坐标系统中的位置(ρ、θ、ε)，其中，ρ为斜距，θ为方位角，ε为仰角。

则可变焦摄像机需要调整的的斜距、方位角、仰角分别为ρ、θ、ε，如图3所示，其中，d＝ρ为斜距，pitch＝ε为仰角，θ＝yaw为方位角。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统，其特征在于：包括ADS-B系统、跟踪拍摄装置和监测设备；所述跟踪拍摄装置包括可伸缩支架、三轴云台、内置北斗模块的可变焦摄像机；所述ADS-B系统包括机载设备和地面接收机；所述机载设备安装在目标无人机上以获取无人机导航信息，所述地面接收机获取无人机的位置信息，并将获取的无人机的位置信息发送到监测设备；所述监测设备通过有线或无线方式分别与可变焦摄像机和三轴云台连接；所述三轴云台安装在可伸缩支架的伸出端，可变焦摄像机安装在三轴云台上。

2.根据权利要求1所述的基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统，其特征在于：所述三轴云台包括基座、铰接在基座上的旋转座和铰接在旋转座上的俯仰架；所述基座内设置有处理器；所述俯仰架上铰接有固定架，固定架上安装所述可变焦摄像机；所述旋转座靠近基座的一端设有偏航电机，所述偏航电机驱动旋转座水平旋转，所述旋转座靠近俯仰架的一端设有俯仰电机，俯仰电机驱动俯仰架作俯仰运动。

3.根据权利要求1所述的基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统，其特征在于：所述可伸缩支架包括可伸缩支杆和固定结构件；所述固定结构件上设置有安装孔。

4.根据权利要求1所述的基于ADS-B的目标无人机自动跟踪系统，其特征在于：所述监测设备包括存储器和处理器。