一种基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法技术

本发明专利技术涉及无人机组群图像处理技术领域，尤其是涉及一种基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法。该方法在无人机群失去通信联络的条件下，每架无人机仍然保留先前的分组信息、任务信息以及组内各无人机初始位姿；每架无人机利用球面复眼成像信息，从众多的相似目标中，将本组内的领航机和跟随机检测出来，并对组内各友机目标进行持续跟踪，同时得到各友机的位置和姿态估计结果。本发明专利技术能极大提高多无人机组群系统在军事领域复杂电磁对抗环境中的防干扰、防拒止的能力，成为无线射频组网通信方式的有效补充，是应对强电磁对抗的有效组群方式。

A mutual inductance understanding method of multi UAV self group based on spherical imaging

【技术实现步骤摘要】
一种基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法
本专利技术涉及无人机组群图像处理
，尤其是涉及一种基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法。
技术介绍
随着反无人机集群技术的发展，战场复杂强电磁对抗环境会对依赖无线射频通信的无人机集群造成极大威胁，甚至致命影响。因此，研究在失去无射频通信联络后的新型多无人机组群机制，成为亟需研究的课题，以使无人机群在组网通信信息被干扰切断后，仍能实施组群任务。为应对无人机集群作战中的强电磁干扰环境，目前主要有三种技术途径：(1)提高无线射频通信系统的抗干扰能力，但在极强的电磁屏蔽环境下，仅依靠无线通信系统的抗干扰能力显得力不从心；(2)提高组群算法的鲁棒性，考虑无线射频通信出现时间延迟或异常情况，采用时变拓扑条件下的鲁棒协同控制方法，但仍无法解决通信被完全切断后的协同问题；(3)采用无线射频通信以外的组群方式，一些方法探索了采用化学物质探测、自由空间光通信等新方式获取组群信息，但化学物质探测和自由空间光通信的应用场景极为有限。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法，其特征在于，包括：在无人机群失去通信联络的条件下，每架无人机仍然保留先前的分组信息、任务信息以及组内各无人机初始位姿；每架无人机利用球面复眼成像信息，从众多的相似目标中，将本组内的领航机和跟随机检测出来，并对组内各友机目标进行持续跟踪，同时得到各友机的位置和姿态估计结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法，其特征在于，包括：在无人机群失去通信联络的条件下，每架无人机仍然保留先前的分组信息、任务信息以及组内各无人机初始位姿；每架无人机利用球面复眼成像信息，从众多的相似目标中，将本组内的领航机和跟随机检测出来，并对组内各友机目标进行持续跟踪，同时得到各友机的位置和姿态估计结果。


2.根据权利要求1所述的基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法，其特征在于，所述每架无人机利用球面复眼成像信息，从众多的相似目标中，将本组内的领航机和跟随机检测出来，并对组内各友机目标进行持续跟踪，同时得到各友机的位置和姿态估计结果包括采用如下方法：
S1、球面复眼成像友机目标检测、跟踪与位姿估计；
S2、面向群体行为互感自洽的深度学习理解与预测。


3.根据权利要求1所述的基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法，其特征在于，所述球面复眼成像友机目标检测、跟踪与位姿估计包括如下方法：
通过研究一种面向搭载球面复眼相机无人机组群任务的球面卷积神经网络以促使多种球面投影计算机视觉任务的完成，以球面成像的卷积神经元转换网络为依托，与若干透视投影成像领域的优势网络结合，形成相应的球面成像图像增强、目标检测、目标跟踪、位姿估计卷积神经网络；
其中，球面成像的卷积神经元转换网络用于将普通透视投影成像的卷积神经元转换为球面投影成像的卷积神经元，在计算卷积计算时，通过卷积神经元的替换，实现卷积神经元转换：



式中，K为卷积神经元，I为特征图；
其中，球面成像图像增强拟与深度图像先验方法结合，从噪声球面图像开始，训练一个生成网络，目标是拟合一个低质量的球面图像，将该生成网络中间结果输出，即可得到增强后的球面图像；球面成像目标检测拟与YOLOV3结合，目的是在球面成像中实时检测多架无人机，初始时能结合组内无人机初始位姿进行检测位置估计；球面成像目标跟踪与Real-timeMDNet结合，目的是在球面成像中实时持续跟踪多架无人机；球面成像位姿估计与ConvolutionalPoseMachine结合，同时联合复眼定位和无人机动力学方程，精确估计球面成像中各无人机的位姿。


4.根据权利要求3所述的基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法，其特征在于，在位姿估计时，采用无人机动力学方程将为位姿估计提供约束条件和数据支撑，假设不考虑地球曲率和自转以及无人机的弹性变形和质量变化，根据飞行力学中欧美体制规范，在机体坐标系下建立无人机飞行动力学方程如下：






无人机运动学方程组为：






式中，[u，v，w]T为无人机速度分量；为机体姿态角；[p，q，r]T为角速度；[xg，yg，h]T为飞机在地面坐标系下的坐标；[Fx，Fy，Fz]T为气动合力分量；[Mx，My，Mz]T为气动合力矩分量；m为无人机质量；g为重力加速度。


5.根据权利要求3所述的基于球面成像的多无人机自组群互感理解方法，其特征在于，所述球面复眼成像友机目标检测、跟踪与位姿估计还包括球面成像的训练数据集构建方法：
采用真实数据与虚拟数据结合的混合形式，并研究半监督训练方法，以支持真实数据与虚拟数据的混合训练，包括采用三种数据训练球面卷积...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成伟，李杰，刘畅，王子泉，杨宇，李娟，熊婧，唐水源，王守猛，
申请(专利权)人：北京理工大学，北京大翔航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11