一种能够锁定目标区域瞭望基于自主导航的无人飞艇系统技术方案

本发明专利技术公开了一种能够锁定目标区域瞭望基于自主导航的无人飞艇系统，该系统通过GPS自主导航至目标区域上空，通过远程控制飞艇以及飞艇的自控、图像采集、地面监控终端对图像的识别及分析，最终触发高分贝喊话单元，实现低空超高清图像抓拍并回传地面监控终端的功能从而实现对目标区域的监管。同时，本发明专利技术采用飞艇、云台、光学变焦和数字稳像的多级联动控制方法，将目标区域锁定在监控画面中央，实现对目标区域的不间断监控功能，消除空气对流、发动机抖动等因素对监控画面稳定性的影响。故本发明专利技术具有实用性强，使用方便，系统运行可靠稳定，耗能低，监管力度强的特点，尤其适用于对重点目标区域的巡航及监管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人飞艇
，具体涉及一种能够锁定目标区域瞭望基于自主导航的无人飞艇系统。
技术介绍
飞艇作为一种重新兴起的飞行器，由于其具有可直升性、无动力悬停、长时间滞空，且具有大载荷运输、低噪音、低耗能等特点，受到世人的再次关注，世界上越来越多的国家投入到飞艇的研究工作中，其中美、英、俄、德、荷等国的研究和生产应用水平处于世界领先地位。飞艇的应用最早可以追溯到18世纪末期，当时主要用于观察战场和战区军队的配备和运动情况。在第一次世界大战期间，系留气球用于大炮炮弹弹着点的观测;在第二次世界大战时，除了战场观测和炮弹弹着点的校正观测外，还用于城市的防空，拦截低空突防的轰炸机，起到保卫城市、舰船和军事目标的作用。至今，国外部分国家的飞艇技术在军事上的应用水平已处于领先地位。而对于无人飞艇飞行控制系统的研究则随着无人飞艇的兴起逐渐升温。不少文献将无人飞艇叫做“Robotic Airship”，直译就是“机器人飞艇”，可见他们将不少机器人方面的研究运用到了无人飞艇的研究上。国内对无人飞艇飞行控制系统的研究在理论上比较深入，且集中在大型的无人飞艇以及高空平流层飞艇上。当前我国无人飞艇的应用也越来越广泛，航空护林、跟踪控制、输电线路放线、超高空高压输电线路空中巡视以及搜救飞艇等，都少不了无人飞艇的影子。目前，对于飞艇结构和功能的研究己经取得了一定的成果，使得飞艇的带载能力越来越大，飞行高度和速度提高，续航时间变长。但是在飞艇的控制技术上仍多为有人驾驶或者人工操纵，真正脱离人工干预的无人飞艇研究尚处在实验室阶段。无人飞艇的控制技术还不成熟，它的性能与人们预期的仍有一定的差距。尽管如此，由于无人飞艇巨大的应用前景，对无人飞艇的研究工作倍受关注。
技术实现思路
针对现有技术所存在的技术局限，本专利技术提供了一种能够锁定目标区域瞭望基于自主导航的无人飞艇系统，其具有实用性强，使用方便，系统运行可靠稳定，耗能低等特点，且适用于对目标区域的巡航及监管。—种能够锁定目标区域瞭望基于自主导航的无人飞艇系统，包括:飞艇和地面监控终端；所述的飞艇包括图像采集单元、自动驾驶单元、动力系统单元、空中无线通讯单元、遥控接收单元、高分贝喊话单元和电源单元;其中:所述的图像采集单元用于在空中采集地面目标区域的图像；所述的自动驾驶单元用于负责飞艇的定位以及自主导航；所述的动力系统单元根据自动驾驶单元提供的自动航行指令或所述的手动航行指令，控制飞艇的进退、升降和转涵；所述的空中无线通讯单元用于将自动驾驶单元提供的自动导航信息以及图像采集单元采集得到的图像无线传输给地面监控终端；所述的遥控接收单元用于接收地面监控终端提供的手动航行指令；所述的高分贝喊话单元通过空中无线通讯单元接收来自地面监控终端的喊话触发指令，进而向地面目标区域发出定向喊话；所述的电源单元用于为飞艇中的其他功能单元提供电能；所述的地面监控终端包括遥控发射单元、图像处理分析单元和地面无线通讯单元;其中:所述的遥控发射单元用于向飞艇发射手动航行指令；所述的图像处理分析单元用于对飞艇采集到的图像进行处理分析，进而对地面目标区域进行事态判断；所述的地面无线通讯单元用于接收飞艇提供的自动导航信息和图像，并根据图像处理分析单元的判断结果向飞艇发出喊话触发指令。进一步地，所述的自动驾驶单元包括GPS模块、罗盘、陀螺仪、电流传感器以及飞控板;所述的GPS模块、罗盘、陀螺仪和电流传感器分别用来获取得到飞艇的位置信息、角度信息、姿态信息和速度信息，所述的飞控板根据这些信息以及预定的飞行航迹进行判断比对，从而输出自动航行指令。进一步地，所述的动力系统单元包括涵道执行机构和尾翼执行机构，其中涵道执行机构包括两个控制螺旋桨的电机和一个控制涵道转动的电机，尾翼执行机构包括两个控制升降的舵机、两个控制转向的舵机和一个控制转涵的电机(该电机安装在尾翼螺旋桨上)。进一步地，所述的飞控板加载有自主导航软件。进一步地，所述的图像采集单元安装在云台上，所述的云台受控于自动驾驶单元中的飞控板。地面监控终端的图像处理分析单元通过收集飞艇采集到的图像，并采用全局运动统计和运动矢量噪声滤波的方法对图像进行分析识别；如果目标偏移了图像采集单元的采集范围，图像处理分析单元便根据分析结果计算出云台所要偏移的幅度和角度，并通过地面无线通讯单元将偏移的幅度和角度传送至飞艇自动驾驶单元中的飞控板，飞控板发出云台偏移的控制指令，实现对云台的控制。进一步地，所述的图像处理分析单元通过图像分析获得地面目标区域的人流密度和人流聚集方向，从而完成对地面目标区域进行事态判断；当地面目标区域人流密度超过预先设置的安全阈值(0.75平方米/人)或人流向中心方向聚集速度超过预先设置的安全阈值(1.25米/秒)时，图像处理分析单元通过地面无线通讯单元向飞艇发出喊话触发指令，飞艇的高分贝喊话单元通过空中无线通讯单元接收到喊话触发指令后，通过艇载录音文件或文字-语音转换功能自动向地面目标区域发出喊话，播放相关录音或文字，指导或制止目标区域相关人流行为，以实现对地面目标区域的监管。优选地，所述的飞控板采用飞艇、云台、光学变焦与数字稳像的多级联动控制方法;能够消除空气对流、发动机抖动等因素对监控画面稳定性的影响，从而使地面目标区域牢牢锁定在监控画面中央。当飞艇受到干扰时，飞控板接收相应传感器传来的信号，经过处理后向涵道执行机构和尾翼执行机构发出指令，从而改变飞艇的飞行姿态以至于达到最佳拍摄角度;若涵道执行机构和尾翼执行机构做出调整后还无法将地面目标区域锁定在监控画面中央，则飞控板自动触发控制云台，使得监控盲区缩小。优选地，所述的图像采集单元采用光学变焦方式来采集图像；当地面目标区域与图像采集单元距离不在最佳拍摄范围内时，通过调整图像采集单元的焦距来放大或缩小图像的大小;这样既不会牺牲图像的清晰度，也不会降低图像的质量。优选地，所述的图像采集单元采用数字稳像技术对图像进行预处理，确保监控目标区域图像清晰度；图像采集单元采用数字图像处理技术直接对视频图像序列进行处理，利用投影法和光流法获得帧间偏移，再经过运动决定做出相应的运动补偿，实现消除模糊与偏移的效果，即达到稳像的作用。本专利技术采用飞艇、云台、光学变焦和数字稳像的多级联动控制方法，使得飞艇绕地方目标区域巡航时，地面目标区域保持在监控画面中央并处于合适清晰度当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够锁定目标区域瞭望基于自主导航的无人飞艇系统，包括飞艇和地面监控终端；其特征在于：所述的飞艇包括图像采集单元、自动驾驶单元、动力系统单元、空中无线通讯单元、遥控接收单元、高分贝喊话单元和电源单元；其中：所述的图像采集单元用于在空中采集地面目标区域的图像；所述的自动驾驶单元用于负责飞艇的定位以及自主导航；所述的动力系统单元根据自动驾驶单元提供的自动航行指令或所述的手动航行指令，控制飞艇的进退、升降和转涵；所述的空中无线通讯单元用于将自动驾驶单元提供的自动导航信息以及图像采集单元采集得到的图像无线传输给地面监控终端；所述的遥控接收单元用于接收地面监控终端提供的手动航行指令；所述的高分贝喊话单元通过空中无线通讯单元接收来自地面监控终端的喊话触发指令，进而向地面目标区域发出定向喊话；所述的电源单元用于为飞艇中的其他功能单元提供电能；所述的地面监控终端包括遥控发射单元、图像处理分析单元和地面无线通讯单元；其中：所述的遥控发射单元用于向飞艇发射手动航行指令；所述的图像处理分析单元用于对飞艇采集到的图像进行处理分析，进而对地面目标区域进行事态判断；所述的地面无线通讯单元用于接收飞艇提供的自动导航信息和图像，并根据图像处理分析单元的判断结果向飞艇发出喊话触发指令。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马汉杰，冯杰，
申请(专利权)人：杭州码全信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33