一种无人机对地面运动目标的测速方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种无人机对地面运动目标的测速方法，利用航空光电侦察平台能够 稳定跟踪目标的特性，结合无人机自身的飞行参数，实现对地面运动目标进行测速。
【背景技术】：
[0002] 无人机具有体积小、机动灵活的优点，并可以携带多种传感器，能提供多种形式的 目标图像和位置信息，常用于完成各种侦察任务。随着科学技术的发展，仅对地面目标定位 已不能满足信息全面化、动态化的需求，利用机载航空光电侦察平台实现空中对地面目标 进行测速已显得十分必要。目前，在国内外公开发表的文献中未见类似报道。传统的无人 机对地面目标测速是采用机载雷达，雷达测速主要利用了多普勒效应：当目标向雷达天线 靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将 低于发射机率，如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度。与雷达测速 相比，利用航空光电侦察平台能够稳定跟踪目标的特性，结合无人机自身的飞行参数，对运 动目标进行测速，这是一种新型的测速方式，具有使用局限性小、便于安装部署的特点。
【发明内容】
：
[0003] 本发明提出一种无人机对地面运动目标的测速方法，分别计算出运动目标在东 向、北向、天向的速度和加速度，从而实现对地面运动目标进行测速。
[0004] 本发明采用如下技术方案：一种无人机对地面运动目标的测速方法，其包括如下 步骤：
[0005] 步骤1 :航空光电侦察平台在一个相对较大的范围内进行目标搜索，当给定了搜 寻区域的位置后，驱动可见光摄像机转动，使目标进入跟踪视场内，用步进和凝视相结合的 方式对该视场进行搜寻；
[0006] 步骤2 :当获取感兴趣的运动目标图像后，图像跟踪器开始工作，隔离载机姿态变 化和低频振动的干扰，保持目标始终位于摄像机视场中心，实现对目标的稳定跟踪，同时， 以叫的地理坐标系作为参考坐标系，按照步骤2. 1和步骤2. 2求取m i在大地直角坐标系下 的坐标tg以及炜度B a、经度La和高度H a;
[0007] 步骤2. 1 :求取mi在大地直角坐标系下的坐标t g，摄像机坐标系下的目标坐标为tc =[0 0 r]T，r为激光测距值，为已知量；pg= [xp yp zp]T为载机在大地直角坐标系中的坐 标，载机的炜度、经度、高程（BP，L P，HP)由导航系统输出，根据大地坐标系到大地直角坐标系 转换关系，P# (B p，Lp，Hp)求得；
[0008] 目标在大地直角坐标系下的坐标为：
[0009]
【主权项】
1. 一种无人机对地面运动目标的测速方法，其特征在于：包括如下步骤 步骤1:航空光电侦察平台在一个相对较大的范围内进行目标搜索，当给定了搜寻区 域的位置后，驱动可见光摄像机转动，使目标进入跟踪视场内，用步进和凝视相结合的方式 对该视场进行搜寻； 步骤2 :当获取感兴趣的运动目标图像后，图像跟踪器开始工作，隔离载机姿态变化和 低频振动的干扰，保持目标始终位于摄像机视场中心，实现对目标的稳定跟踪，同时，以Hl1 的地理坐标系作为参考坐标系，按照步骤2. 1和步骤2. 2求取HI1在大地直角坐标系下的坐 标tg以及炜度B a、经度La和高度H a; 步骤2. 1 :求取Hl1在大地直角坐标系下的坐标t g，摄像机坐标系下的目标坐标为t。= [0 O r]T，r为激光测距值，为已知量；pg= [xp yp zp]T为载机在大地直角坐标系中的坐标， 载机的炜度、经度、高程（BP，L P，Hp)由导航系统输出，根据大地坐标系到大地直角坐标系转 换关系，Pg由（B p，Lp，Hp)求得； 目标在大地直角坐标系下的坐标为：
其中，巾为载机航向角，y为载机俯仰角，9为载机横滚角、a为光电侦察平台的方 位角、0为光电侦察平台的高低角； 步骤2. 2 :根据Hi1在大地直角坐标系下的坐标t g，利用大地直角坐标系到大地坐标系转 换关系，计算Hi1的炜度B a、经度La和高程H a; 步骤3 :保持航空光电侦察平台稳定跟踪运动目标，每隔等长时间段按照步骤3. 1和步 骤3. 2求取运动目标各个时刻在参考坐标系下的坐标； 步骤3. 1 :求取Hii在大地直角坐标系下的坐标（4,<)，方法同步骤2. 1 ; 步骤3. 2 :求取(4,4)在参考坐标系下的坐标（xm，ym，zm); 步骤4 :将计算出的多组目标在参考坐标系下的坐标数据代入目标运动轨迹的参数方 程中，利用最小二乘法拟合参数方程中的未知参数，将参数方程分别对时间t求1次和2次 导数，求取目标的速度和加速度。
2. 如权利要求1所述的无人机对地面运动目标的测速方法，其特征在于：步骤4中目 标运动轨迹可由以下参数方程表示如下：
其中B1, a2~an，Id1, lv"bn，C1, ycn为待定参数，（x^y^zj为目标在参考坐标系中 的坐标； 根据某时刻的载机姿态角、位置、光电侦察平台的方位角、高低角以及激光测距值这9 个参数，H^nvmi在参考坐标系中的坐标（X ^ Y1112, zj、（Xni3, Y1113, zj、…（Xnii, ynii，z J可由 以上步骤计算求取，将这些坐标值代入目标运动轨迹的参数方程，得到关于叫，a2~an，bp b 2-bn，Cl，Cf cn的线性方程组，对于每个时刻，都有3个方程，取足够多的时刻，即可对待 定参数进行最小二乘求解，当获取目标运动轨迹的参数方程后，分别对时间t求1次和2次 导数，求取目标的速度和加速度近似值，如下式所示：
3. 如权利要求1所述的无人机对地面运动目标的测速方法，其特征在于：所述航空光 电侦察平台的目标搜索方式包括按点搜索、按路径搜索以及按区域搜索。
【专利摘要】本发明无人机对地面运动目标的测速方法步骤如下：航空光电侦察平台在一个相对较大的范围内进行目标搜索，给定搜寻区域的位置后，驱动可见光摄像机转动，使目标进入跟踪视场内，用步进和凝视相结合方式对该视场进行搜寻；获取感兴趣的运动目标图像后，图像跟踪器开始工作，隔离载机姿态变化和低频振动的干扰，保持目标始终位于摄像机视场中心，实现对目标稳定跟踪；保持航空光电侦察平台稳定跟踪运动目标，每隔等长时间段求取运动目标各个时刻在参考坐标系下的坐标；将计算出多组目标在参考坐标系下的坐标数据代入目标运动轨迹的参数方程中，利用最小二乘法拟合参数方程中未知参数，将参数方程分别对时间t求1次和2次导数，求取目标速度和加速度。
【IPC分类】G05D1-12, G05B13-04
【公开号】CN104820434
【申请号】CN201510129916
【发明人】黄大庆, 徐诚, 韩伟, 王东振
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月24日