目标跟踪方法、装置和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无人驾驶飞行器技术领域，尤其涉及一种目标跟踪方法、装置和系统。
【背景技术】
[0002]无人飞行器(也称为无人机、无人驾驶飞行器等)是一种以无线电遥控或者在自主、半自主程序控制下的不载人的飞行器。由于其成本较低，无人员伤亡风险，机动性好等优势，其在各类航空拍摄、地质测量、线路巡检、应急救援等领域应用广泛。其中，无人机凭借其独特的机动优势，大量应用于航空拍摄中。随着智能化技术发展，人们对无人飞行器的智能功能提出了更高的要求，如要求无人机对被摄目标自动跟踪等。
[0003]一般说来，飞行器对目标的跟踪是通过视觉传感器或者基于GPS标准定位实现的。例如专利申请CN105100728A、专利CN103149939B的方案，均使用视觉传感器作为目标跟踪传感器。专利申请CN104965522A的方案是基于GPS标准定位实现的。
[0004]但是，现有的视频识别系统构成复杂，在视线短时被遮挡或者目标高速运动的情况下算法会丢失目标，有一定的局限性。采用视觉传感器作为目标跟踪传感器，其跟踪算法冗长，不利于无人机机载系统集成。基于GPS定位的目标跟踪系统定位和跟踪精度不高，难以实现被摄目标在拍摄设备中的影响稳定锁定。
【发明内容】
[0005]技术问题
[0006]有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，提供一种新的目标跟踪方法、装置与系统，能够提高无人机在拍摄过程中的定位和跟踪精度。
[0007]解决方案
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供一种目标跟踪方法，包括:
[0009]根据被摄目标和飞行器的位置信息建立参考坐标系，得到在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述飞行器的第一位置矢量；
[0010]根据所述飞行器的当前姿态信息，计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线位置到云台位置的方向矢量；
[0011 ]根据所述第一位置矢量和所述方向矢量，计算在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述云台位置的第二位置矢量，并将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的目标姿态信息；
[0012]根据所述飞行器的当前姿态信息和目标姿态信息，得到目标控制量，所述目标控制量用于指示对云台运动控制的调整量。
[0013]对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据被摄目标和飞行器的位置信息建立参考坐标系，得到在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述飞行器的第一位置矢量，包括:
[0014]从所述被摄目标的GNSS信标获取所述被摄目标在地理坐标系下的位置信息；
[0015]从所述飞行器的GNSS接收机及天线获取所述飞行器在地理坐标系下的位置信息；
[0016]根据所述被摄目标和所述飞行器在所述地理坐标系下的位置信息建立所述参考坐标系，得到所述第一位置矢量。
[0017]对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据所述被摄目标和所述飞行器在所述地理坐标系下的位置信息建立所述参考坐标系，得到所述第一位置矢量，包括:
[0018]根据所述被摄目标在所述地理坐标系下的位置信息？*(10如，1&。，116“)，和所述飞行器所述地理坐标系下的位置信息?11(101111，1&匕，11&11)，采用下式1和式2建立所述参考坐标系，得到所述第一位置矢量^ (χι,γι,ζι),
[0019]Xi= (lonu-lont)*cos(latt)*lonO 式1，
[0020]yi= (latu-latt)*latO 式2，
[0021]zi = heiu_heit 式3，
[0022]其中，lon0= 2*Ji*a/360，IatO = (2*Ji*c+4*(a-c) )/360，31 为圆周率，a为地球长轴半径，c为地球短轴半径，1n表示经度、Iat表示维度、hei表示高度，t表示所述被摄目标，u表示所述飞行器，cos ()表示余弦函数，X1、y1、Z1表示所述参考坐标系下的坐标值。
[0023]对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据所述飞行器的当前姿态信息，计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线位置到云台位置的方向矢量，包括:
[0024]从姿态传感器获得所述飞行器的当前姿态信息；
[0025]根据所述飞行器的当前姿态信息，计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线相位中心到云台运动中心的方向矢量。
[0026]对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据所述飞行器的当前姿态信息，计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线相位中心到云台运动中心的方向矢量，包括:
[0027]根据所述飞行器的当前姿态信息六1:1:；[11(?；^(31111，1?01111，￥3￥11)，，采用下式3至式5，计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线相位中心到云台运动中心的方向矢量dA’(dx，，dy，，dz，)，
[0028]dx，=dx(cos(Rollu)cos(Yawu)-sin(Pitchu)sin(Rollu)sin(Yawu))-dy(cos(Pitchu)sin(Yawu))+dz(sin(Rollu)cos(Yawu)+sin(Pitchu)cos(Rollu)sin(Yawu))式3，
[0029]dy，=dx(cos(Rollu)sin(Yawu)-sin(Pitchu)sin(Rollu)cos(Yawu) )-dy(cos(Pitchu)cos(Yawu))+dz(sin(Rollu)sin(Yawu)+sin(Pitchu)cos(Rollu)cos(Yawu))式4，
[0030]dz，=dx(-cos(Pitchu)sin(RoIIu))~dy(sin(Pitchu)+dz(cos(Pitchu)cos(Rollu))式5，
[0031]其中，Pitchu表示飞行器u的当前俯仰角，Rollu表示飞行器u的当前翻滚角，Yawu表示飞行器u的当前偏航角，SinO表示正弦函数；
[0032]dA(dx，dy，dz)表示天线相位中心到云台运动中心的方向矢量在所述飞行器的机体坐标系下坐标值。
[0033]对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据所述第一位置矢量和所述方向矢量，计算在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述云台位置的第二位置矢量，并将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的目标姿态信息，包括:
[0034]根据所述第一位置矢量△1(11，71，116；[11-116；[1；)和所述方向矢量(^’(dx’，dy’，dz’)，计算从所述被摄目标到云台运动中心的第二位置矢量A2 = (X2，y2，Z2) = (Ai+dA，)；
[0035]采用下式6，将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的在机体坐标系下的目标姿态信息Attic^Pitchc^Rollc^Yawc):
[0036]Attic(Pitchc,Rollc,Yawc) = (arcs in (X2/ IA21 )，arcs in (y〗/ IA21)，arcsin(Z2/ | A2))式6，
[0037]其中，arcsinO为反正弦函数。
[0038]对于上述方法，在一种可能的实现方式中，根据所述飞行器的当前姿态信息和目标姿态信息，得到目标控制量，包括:
[0039]根据所述飞行器的当前姿态信息Attiu(Pitchu，Rollu，Yawu)和目标姿态信息，采用下式7得到三轴云台的目标控制量Output，
[0040]Output = (Pitchc-Pitchu, Ro I Ic-Ro I lu, Yawc-Yawu)式 7。
[0041 ]本发明还提供一种目标跟踪装置，包括:
[0042]第一位置矢量模块，用于根据被摄目标和飞行器的位置信息建立参考坐标系，得到在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述飞行器的第一位置矢量；
[0043]方向矢量模块，用于根据所述飞行器的当前姿态信息，计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线位置到云台位置的方向矢量；
[0044]第二位置矢量模块，用于根据所述第一位置矢量和所述方向矢量，在所述参考坐标系下计算从所述被摄目标到所述云台位置的第二位置矢量，并将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的目标姿态信息；
[0045]控制量模块，用于根据所述飞行器的当前姿态信息和目标姿态信息，得到目标控制量，所述目标控制量用于指示对云台运动控制的调整量。
[0046]对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述第一位置矢量模块还用于从所述被摄目标的GNSS信标获取所述被摄目标在地理坐标系下的位置信息;从所述飞行器的GNSS接收机及天线获取所述飞行器在地理坐标系下的位置信息;根据所述被摄目标和所述飞行器在所述地理坐标系下的位置信息建立所述参考坐标系，得到所述第一位置矢量。
[0047]对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述第一位置矢量模块还用于根据所述被摄目标在所述地理坐标系下的位置信息？*(1011*，1&。，1^“)，和所述飞行器所述地理坐标系下的位置信息Pu(1nu，Iatu,heiu)，采用下式I和式2建立所述参考坐标系，得到所述第一位置矢量Ai(xi，yi，heiu-heit)，
[0048]Xi= (lonu-lont)*cos(latt)*lonO 式1，
[0049]yi= (latu-latt)*latO 式2，
[0050]zi = heiu_heit 式3，
[0051 ]其中，lon0 = 2*Ji*a/360，Ia