基于GPS信息对无人机进行跟踪的方法和系统与流程

本发明涉及飞行器跟踪技术领域，尤其涉及一种基于GPS信息对无人机进行跟踪的方法和系统。

背景技术：

在对中小型无人机的跟踪上，现有技术大部分都是使用罗盘加磁力计场强的方式来进行跟踪，它的缺点是对地面雷达天线波瓣的宽度要求较高，指向不准，跟踪效果较差。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于GPS信息对无人机进行跟踪的方法和系统，以解决现有技术使用罗盘加磁力计场强的方式对无人机进行跟踪对地面雷达天线波瓣的宽度要求高，指向不准，跟踪效果差的问题。本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种基于GPS信息对无人机进行跟踪的方法，包括如下步骤：

步骤A：实时检测无人机的三维坐标；

步骤B：根据实时检测到的所述无人机的三维坐标和地面雷达的三维坐标计算所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角；

步骤C：根据计算得出的所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角实时控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动。

进一步地，控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动时，根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角的大小控制所述地面雷达的方向角上的实时转动速度和俯仰角上的实时转动速度；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角较大时，所述地面雷达的方向角上的实时转动速度也较大，反之，则所述地面雷达的方向角上的实时转动速度也较小；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时俯仰角较大时，所述地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较大，反之，则所述地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较小。

进一步地，控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动时，根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角的大小计算所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率，并根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率控制所述地面雷达的方向角上的实时转动速度和俯仰角上的实时转动速度；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化速率较大时，所述地面雷达的方向角上的实时转动速度也较大，反之，则所述地面雷达的方向角上的实时转动速度也较小；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时俯仰角变化速率较大时，所述地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较大，反之，则所述地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较小。

进一步地，控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动时，根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率计算所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化加速度和实时俯仰角变化加速度，并根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化加速度和实时俯仰角变化加速度控制所述地面雷达的方向角上的实时转动加速度和俯仰角上的实时转动加速度；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化加速度较大时，所述地面雷达的方向角上的实时转动加速度也较大，反之，则所述地面雷达的方向角上的实时转动加速度也较小；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时俯仰角变化加速度较大时，所述地面雷达的俯仰角上的实时转动加速度也较大，反之，则所述地面雷达的俯仰角上的实时转动加速度也较小。

一种基于GPS信息对无人机进行跟踪的系统，包括：

安装在无人机上的GPS模块，用于实时检测无人机的三维坐标；

安装在无人机上的第一无线通信模块，与所述GPS模块连接，用于实时发射所述无人机的三维坐标；

安装在地面雷达上的第二无线通信模块，用于实时从所述第一无线通信模块接收所述无人机的三维坐标；

安装在地面雷达上的计算模块，与所述第二无线通信模块连接，用于根据实时接收到的所述无人机的三维坐标和地面雷达的三维坐标计算所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角；

控制模块，与所述计算模块连接，用于根据所述计算模块计算得出的所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角实时控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动。

进一步地，所述控制模块控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动时，根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角的大小控制所述地面雷达的方向角上的实时转动速度和俯仰角上的实时转动速度；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角较大时，所述地面雷达的方向角上的实时转动速度也较大，反之，则所述地面雷达的方向角上的实时转动速度也较小；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时俯仰角较大时，所述地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较大，反之，则所述地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较小。

进一步地，所述控制模块控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动时，根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角的大小计算所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率，并根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率控制所述地面雷达的方向角上的实时转动速度和俯仰角上的实时转动速度；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化速率较大时，所述地面雷达的方向角上的实时转动速度也较大，反之，则所述地面雷达的方向角上的实时转动速度也较小；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时俯仰角变化速率较大时，所述地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较大，反之，则所述地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较小。

进一步地，所述控制模块控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动时，根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率计算所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化加速度和实时俯仰角变化加速度，并根据所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化加速度和实时俯仰角变化加速度控制所述地面雷达的方向角上的实时转动加速度和俯仰角上的实时转动加速度；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角变化加速度较大时，所述地面雷达的方向角上的实时转动加速度也较大，反之，则所述地面雷达的方向角上的实时转动加速度也较小；

当所述无人机相对于所述地面雷达的实时俯仰角变化加速度较大时，所述地面雷达的俯仰角上的实时转动加速度也较大，反之，则所述地面雷达的俯仰角上的实时转动加速度也较小。

与现有技术相比，本发明提供的基于GPS信息对无人机进行跟踪的方法和系统，实时检测无人机的三维坐标，并根据实时检测到的无人机的三维坐标和地面雷达的三维坐标计算无人机相对于地面雷达的实时方向角和实时俯仰角，最后根据计算得出的无人机相对于地面雷达的实时方向角和实时俯仰角实时控制地面雷达朝指向无人机的方向转动，以实现对无人机的跟踪，对地面雷达的波瓣宽度要求低，可准确指向无人机，提高跟踪效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于GPS信息对无人机进行跟踪的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的基于GPS信息对无人机进行跟踪的系统的组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

结合图1、图2所示，本发明实施例首先提供了一种基于GPS信息对无人机进行跟踪的方法，包括如下步骤：

步骤A：实时检测无人机的三维坐标；

步骤B：根据实时检测到的无人机的三维坐标和地面雷达的三维坐标计算无人机相对于地面雷达的实时方向角和实时俯仰角；

步骤C：根据计算得出的无人机相对于地面雷达的实时方向角和实时俯仰角实时控制地面雷达朝指向无人机的方向转动。

具体地可在无人机上安装GPS模块1，无人机通过GPS模块1实时检测无人机的三维坐标，并将检测到的三维坐标实时发送到地面雷达中的计算模块4。地面雷达中也记录了该地面雷达的三维坐标，具体是可以通过设置在地面雷达中的另一GPS模块检测该地面雷达的三维坐标的。计算模块4结合两个三维坐标执行步骤2，再将结果传输到地面雷达中的控制模块5，由控制模块5根据执行步骤C，以控制地面雷达的转动，实现对无人机的跟踪。无人机和地面雷达都安装有无线通信模块，无人机上的第一无线通信模块2将GPS模块1检测到的无人机的三维坐标发送到地面雷达上的第二无线通信模块3，再通过地面雷达上的第二无线通信模块3发送给计算模块4进行计算。

具体控制地面雷达时，最好依据以下三种控制原则，以使地面雷达更好地跟踪无人机。

1、控制地面雷达朝指向无人机的方向转动时，根据无人机相对于地面雷达的实时方向角和实时俯仰角的大小控制地面雷达的方向角上的实时转动速度和俯仰角上的实时转动速度；

当无人机相对于地面雷达的实时方向角较大时，地面雷达的方向角上的实时转动速度也较大，反之，则地面雷达的方向角上的实时转动速度也较小；

当无人机相对于地面雷达的实时俯仰角较大时，地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较大，反之，则地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较小。

2、控制地面雷达朝指向无人机的方向转动时，根据无人机相对于地面雷达的实时方向角和实时俯仰角的大小计算无人机相对于地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率，并根据无人机相对于地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率控制地面雷达的方向角上的实时转动速度和俯仰角上的实时转动速度；

当无人机相对于地面雷达的实时方向角变化速率较大时，地面雷达的方向角上的实时转动速度也较大，反之，则地面雷达的方向角上的实时转动速度也较小；

当无人机相对于地面雷达的实时俯仰角变化速率较大时，地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较大，反之，则地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较小。

3、控制地面雷达朝指向无人机的方向转动时，根据无人机相对于地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率计算无人机相对于地面雷达的实时方向角变化加速度和实时俯仰角变化加速度，并根据无人机相对于地面雷达的实时方向角变化加速度和实时俯仰角变化加速度控制地面雷达的方向角上的实时转动加速度和俯仰角上的实时转动加速度；

当无人机相对于地面雷达的实时方向角变化加速度较大时，地面雷达的方向角上的实时转动加速度也较大，反之，则地面雷达的方向角上的实时转动加速度也较小；

当无人机相对于地面雷达的实时俯仰角变化加速度较大时，地面雷达的俯仰角上的实时转动加速度也较大，反之，则地面雷达的俯仰角上的实时转动加速度也较小。

通过上述三种控制原则可迅速调整地面雷达的方向角和俯仰角使其快速指向无人机，又不会导致调整过度以至于还要回调才能实现对无人机的跟踪，提高跟踪效果和效率。

基于如上描述的基于GPS信息对无人机进行跟踪的方法，本发明另一实施例提供了一种基于GPS信息对无人机进行跟踪的系统，包括：

安装在无人机上的GPS模块1，用于实时检测无人机的三维坐标；

安装在无人机上的第一无线通信模块2，与所述GPS模块1连接，用于实时发射所述无人机的三维坐标；

安装在地面雷达上的第二无线通信模块3，用于实时从所述第一无线通信模块2接收所述无人机的三维坐标；

安装在地面雷达上的计算模块4，与所述第二无线通信模块3连接，用于根据实时接收到的所述无人机的三维坐标和地面雷达的三维坐标计算所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角；

控制模块5，与所述计算模块4连接，用于根据所述计算模块4计算得出的所述无人机相对于所述地面雷达的实时方向角和实时俯仰角实时控制所述地面雷达朝指向所述无人机的方向转动。

控制模块5控制地面雷达朝指向无人机的方向转动时，根据无人机相对于地面雷达的实时方向角和实时俯仰角的大小控制地面雷达的方向角上的实时转动速度和俯仰角上的实时转动速度；

当无人机相对于地面雷达的实时方向角较大时，地面雷达的方向角上的实时转动速度也较大，反之，则地面雷达的方向角上的实时转动速度也较小；

当无人机相对于地面雷达的实时俯仰角较大时，地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较大，反之，则地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较小。

控制模块5控制地面雷达朝指向无人机的方向转动时，根据无人机相对于地面雷达的实时方向角和实时俯仰角的大小计算无人机相对于地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率，并根据无人机相对于地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率控制地面雷达的方向角上的实时转动速度和俯仰角上的实时转动速度；

当无人机相对于地面雷达的实时方向角变化速率较大时，地面雷达的方向角上的实时转动速度也较大，反之，则地面雷达的方向角上的实时转动速度也较小；

当无人机相对于地面雷达的实时俯仰角变化速率较大时，地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较大，反之，则地面雷达的俯仰角上的实时转动速度也较小。

控制模块5控制地面雷达朝指向无人机的方向转动时，根据无人机相对于地面雷达的实时方向角变化速率和实时俯仰角变化速率计算无人机相对于地面雷达的实时方向角变化加速度和实时俯仰角变化加速度，并根据无人机相对于地面雷达的实时方向角变化加速度和实时俯仰角变化加速度控制地面雷达的方向角上的实时转动加速度和俯仰角上的实时转动加速度；

当无人机相对于地面雷达的实时方向角变化加速度较大时，地面雷达的方向角上的实时转动加速度也较大，反之，则地面雷达的方向角上的实时转动加速度也较小；

当无人机相对于地面雷达的实时俯仰角变化加速度较大时，地面雷达的俯仰角上的实时转动加速度也较大，反之，则地面雷达的俯仰角上的实时转动加速度也较小。

最后应说明的是：上述各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换。而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。