一种移动目标的无人机追踪及起降系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种移动目标的无人机追踪及起降系统和方法。在移动目标表面的不同位置安装无线测距传感器，移动目标上的各无线测距传感器组成一个固定在移动目标表面的局部定位网络，在无人机上安装无线测距传感器，并与移动目标上的各无线测距传感器进行通信和测距，无人机在局部定位网络中活动，并通过测距值计算出无人机在局部定位系统中的位置，在移动目标表面划分出供无人机起降的区域，根据无人机与移动目标的相对位置实现无人机在移动目标上的起降。本发明专利技术实现了高效、精准的无人机定位跟踪和自主起降。

【技术实现步骤摘要】
一种移动目标的无人机追踪及起降系统和方法
本专利技术属于目标追踪定位
，特别涉及一种移动目标的无人机追踪及起降系统和方法。
技术介绍
目前，无人机技术的发展突飞猛进，基于无人机的应用领域也越来越广泛。由于无人机可以在高空自主飞行，利用无人机对目标的追踪定位也成为研究和应用的热点。随着消费级无人机的推广，人们利用无人机从高空记录和拍拍摄影像成为一大热点，如大疆的消费机无人机。随着消费机无人机的发展，基于车载的无人机成为一大亮点，即无人机可以在车辆上自主起降，可以追踪车辆，并可以根据车辆里人的指令完成一定飞行拍摄任务，这种无人机甚至可以船载舰载。一些快递车辆甚至可以配备无人机实现无人机邮递。因此，要实现无人机在移动目标上的自主起降，并实现对移动目标的追踪是一大技术难点。目前，无人机对目标的追踪通常使用的是搭载相机，采用图像追踪技术。但采用图像的方式，需要较大的计算量，并受到图像处理技术的限制，还会受到光线的影响。因此研究一种直接、高效、计算量小的目标追踪和无人机定位融合方法是解决这一问题的关键。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供一种移动目标的无人机追踪及起降系统和方法，实现直接、高效、精准的无人机追踪和自主起降。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种移动目标的无人机追踪及起降系统，包括移动目标和无人机，移动目标表面的不同位置分布了无线测距传感器，无人机上也安装了无线测距传感器，并与移动目标上的无线测距传感器进行通信和测距，移动目标上设有供无人机起降的区域。基于上述技术方案的优选方案，在无人机和移动目标上搭载了惯性传感器和/或卫星导航系统。基于上述技术方案的优选方案，在无人机上安装了相机。基于上述技术方案的优选方案，所述无线测距传感器采用UWB传感器。一种移动目标的无人机追踪及起降方法，在移动目标表面的不同位置安装无线测距传感器，移动目标上的各无线测距传感器组成一个固定在移动目标表面的局部定位网络，在无人机上安装无线测距传感器，并与移动目标上的各无线测距传感器进行通信和测距，无人机在局部定位网络中活动，并通过测距值计算出无人机在局部定位系统中的位置，即相对于移动目标的位置和方位；在移动目标表面划分出供无人机起降的区域，根据无人机与移动目标的相对位置实现无人机在移动目标上的起降。基于上述技术方案的优选方案，移动目标上个无线测距传感器的分布需要满足无人机飞行方位内至少能测得与四个无线测距传感器的距离信息的要求，且移动目标上任意两个无线测距传感器的距离值大于设定的阈值。基于上述技术方案的优选方案，在无人机上搭载相机，实现无人机的拍摄任务；无人机在移动目标上起降时，根据相机拍摄的图像信息与局部定位网络的定位信息进行融合，实现更为精准的降落控制。基于上述技术方案的优选方案，在无人机和移动目标上搭载惯性器件和/或卫星定位系统，将惯性信息或卫星定位信息与局部定位网络的定位信息进行融合，实现更为精准的定位跟踪和降落。采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术通过在移动目标表面布置无线传感器建立基于无线传感器网络的局部定位系统，实现对无人机的追踪导航与定位，进而控制无人机完成一定的任务。此外，移动目标表面设有一块可供无人机起降的区域，通过移动目标的移动局部定位系统控制无人机在移动目标表面的自主起降。附图说明图1是本专利技术的系统示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，包括移动目标101，无人机102。移动目标为陆地上的机动车、水中的舰船、空中的飞机，甚至可以是太空中的飞行器等，具有一定尺寸结构，本实施例以机动车为例。无人机为多旋翼型无人机，如四旋翼、六旋翼等无人机系统，本实施例以四旋翼无人机为例。在移动目标表面贴无线测距传感器103，无线测距传感器分布在移动目标的表面，且分布在目标的上下、左右、前后不同位置。移动目标表面的无线传感器组成一个传感器网络，通过测量各传感器相对于目标坐标中心的位置，从而建立起一个固定在移动目标表面的局部定位系统。无线测距传感器采用诸如基于超带宽(UWB)技术的无线通信和测距技术，从而使得整个移动局部定位系统覆盖以移动目标为中心，半径为100米左右的范围，这个范围就是无人机可以活动的范围。在此范围内，无人机通过搭载无线测距传感器105实现与移动目标表面无线测距传感器的通信和测距，通过测距值采用最小二乘法或者其他优化算法计算出无人机在局部定位系统中的位置，即相对于移动目标的位置和方位。移动目标上无线传感器的布置，以需要少无人机飞行方位内能至测得与四个传感器的距离信息。理论上，移动目标上的传感器越多，在三维的三个方向上分布的越分散，则对无人机的定位越准确，从而无人机的对移动目标的追踪、无人机的导航等就越精确。如果为了实现对移动目标的全方位追踪，则需要在移动目标的各个侧面方向上安装无线传感器，以便无人机可以在各个追踪方位获得至少四个测距信息以实现定位。假如只在移动目标特定方位实现无人机的追踪，则只需要在移动目标的特定方位上布置无线传感器，如为了实现对汽车的左侧前方的追踪，则可以在汽车的左侧面、前脸、顶面安装无线传感器。当实现了以移动目标为基准的无人机定位，则可以利用位置信息对无人机进行导航定位，实现无人机对移动目标的追踪，通过搭载的相机106完成一定的拍摄任务。移动目标101上具有一块可供无人机起降的区域104。无人机通过测得与移动目标的相对位置，从而控制无人机在移动目标上的起降。无人机在非任务模式下，固定安放在移动目标上的起降位置，实现对无人机的能量补充或其他载荷的补给。考虑到无线传感器网络局部定位系统的定位精度，当降落时可以融合图像信息，实现更加稳定可靠的降落。此外，移动目标和无人机还可以融合惯性测量信息(IMU)和全球卫星导航信息(GNSS)，实现更准确和可靠的追踪定位。移动目标上的控制中心是实现无人机对移动目标追踪和自主起降的中枢，实现数据的计算和融合，实现对无人机的命令发送，实现各种人机交互任务，如设置无人机的追踪距离和方位，发送命令实现对移动目标的录像等特定任务，再如实现对无人机的人工接管等。在移动目标的驾驶室内，可以实现更高级别的人机交互，向无人机发送指令，完成特定飞行任务，可以穿戴增强现实(AR)的装备。实施例仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动目标的无人机追踪及起降系统，其特征在于：包括移动目标和无人机，移动目标表面的不同位置分布了无线测距传感器，无人机上也安装了无线测距传感器，并与移动目标上的无线测距传感器进行通信和测距，移动目标上设有供无人机起降的区域。

【技术特征摘要】
1.一种移动目标的无人机追踪及起降系统，其特征在于：包括移动目标和无人机，移动目标表面的不同位置分布了无线测距传感器，无人机上也安装了无线测距传感器，并与移动目标上的无线测距传感器进行通信和测距，移动目标上设有供无人机起降的区域。2.根据权利要求1所述移动目标的无人机追踪及起降系统，其特征在于：在无人机和移动目标上搭载了惯性传感器和/或卫星导航系统。3.根据权利要求1所述移动目标的无人机追踪及起降系统，其特征在于：在无人机上安装了相机。4.根据权利要求1所述移动目标的无人机追踪及起降系统，其特征在于：所述无线测距传感器采用UWB传感器。5.一种移动目标的无人机追踪及起降方法，其特征在于：在移动目标表面的不同位置安装无线测距传感器，移动目标上的各无线测距传感器组成一个固定在移动目标表面的局部定位网络，在无人机上安装无线测距传感器，并与移动目标上的各无线测距传感器进行通信和测距，无人机在局部定位网络中活动，并通过测...

【专利技术属性】
技术研发人员：田祥瑞，余士超，周翟和，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32