基于时空线索的无人机对地目标匹配方法、装置和设备制造方法及图纸

本申请涉及目标匹配技术领域一种基于时空线索的无人机对地目标匹配方法、装置和设备。该方法包括根据目标A在t0到t1时刻的实际轨迹构建目标A运动模型，并估算目标A在t2时刻的预测位置；根据目标A在t1时刻实际位置和t2时刻预测位置，以及目标B在t2时刻实际位置，计算预测平均速度、实际平均速度以及目标运动方位偏差，并构建实际平均速度相关函数和目标运动方位偏差相关函数；根据实际平均速度相关函数与目标运动方位偏差相关函数，确定目标A与B的时空相似性；当时空相似性大于预设阈值时，则目标A与目标B相匹配。本方法利用目标的平均速度和方位变化直接计算不同时刻目标的时空相似性，从而完成目标匹配，方法简便有效。方法简便有效。方法简便有效。

【技术实现步骤摘要】
基于时空线索的无人机对地目标匹配方法、装置和设备


[0001]本申请涉及目标匹配
，特别是涉及一种基于时空线索的无人机对地目标匹配方法、装置和设备。

技术介绍

[0002]无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)以其零人员伤亡风险、响应迅速、部署灵活、成本相对较低等独特优势，在军事领域备受青睐。多无人机协同接力跟踪是为了适应未来智能化战争的新型察打模式。单架UAV的作战能力有限，无法满足同时对多个目标进行监视的任务需求，当某UAV发现目标群中存在多个目标，必须由其他无人机进行接力跟踪。此外，单架UAV的续航能力有限。在执行任务的过程中出现动力不足、突发故障或被敌方击落的情况会导致任务失败。此时必须由其他无人机进行接力跟踪任务。
[0003]为了实现多无人机协同接力跟踪，首要解决的问题是如何确认不同观测平台发现的目标是否相同，即目标匹配问题。从公开发表的文献看，大多数文献基于目标图像来实现目标匹配。这些文献把目标匹配问题当作两张图像之间的相似性求解问题。都只是利用了目标的图像，而忽略目标本身蕴含的运动信息。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于时空线索的无人机对地目标匹配方法、装置和设备。该方法通过目标的时间和空间信息来预测目标的平均速度相关性和方位偏差相关性，从而计算目标的时空相似性，实现目标匹配。
[0005]一种基于时空线索的无人机对地目标匹配方法，所述方法包括：
[0006]获取第一无人机观测到的目标A从t0时刻到t1时刻的实际轨迹，以及第二无人机观测到的t2时刻目标B的实际位置。
[0007]根据目标A从t0时刻到t1时刻的实际轨迹，构建目标A的运动模型。
[0008]根据目标A的运动模型预测t2时刻目标A的预测位置。
[0009]根据目标A在t1时刻的实际位置和t2时刻的预测位置，以及目标B在t2时刻的实际位置，得到预测平均速度、实际平均速度以及目标运动方位偏差；所述预测平均速度是目标A从t1时刻的实际位置到t2时刻的预测位置之间的平均速度；所述实际平均速度是从t1时刻目标A的实际位置到t2时刻目标B的实际位置之间的平均速度；所述目标运动方位偏差是t1到t2时刻之间目标A的水平方位角与从目标A到目标B的水平方位角之差。
[0010]根据所述预测平均速度和所述实际平均速度，得到实际平均速度相关函数。
[0011]根据所述目标运动方位偏差，得到目标运动方位偏差相关函数。
[0012]根据所述实际平均速度相关函数与所述目标运动方位偏差相关函数，确定目标A与目标B的时空相似性。
[0013]当所述时空相似性大于预设阈值时，则目标A与目标B相匹配。
[0014]在其中一个实施例中，根据目标A在t1时刻的实际位置和t2时刻的预测位置，以及
目标B在t2时刻的实际位置，得到预测平均速度、实际平均速度以及目标运动方位偏差，包括：
[0015]根据空间两点之间的距离计算公式，计算目标A在t1时刻的实际位置和t2时刻的预测位置两点之间的预测距离，以及目标A在t1时刻的实际位置和目标B在t2时刻的实际位置两点之间的实际距离。
[0016]根据所述预测距离和t1时刻与t2时刻之间的时间间隔，得到预测平均速度。
[0017]根据所述实际距离和t1时刻与t2时刻之间的时间间隔，得到实际平均速度。
[0018]根据两点连线的斜率与该连线和水平轴的夹角的关系，计算目标A在t1时刻的实际位置到t2时刻的预测位置的预测水平方位角，以及目标A在t1时刻的实际位置和目标B在t2时刻的实际位置的实际水平方位角。
[0019]根据所述预测水平方位角和所述实际水平方位角，得到目标运动方位偏差。
[0020]在其中一个实施例中，根据所述预测平均速度和所述实际平均速度，得到实际平均速度相关函数，步骤中所述实际平均速度相关函数的表达式为：
[0021][0022]其中为实际平均速度，μ1为预测平均速度，σ1为给定方差，v
lim
为已知的目标最大运动速度，T＝t2
‑
t1为时间间隔。
[0023]在其中一个实施例中，根据所述目标运动方位偏差，得到目标运动方位偏差相关函数，步骤中所述目标运动方位偏差相关函数的表达式为：
[0024][0025]在其中一个实施例中，根据所述实际平均速度相关函数与所述目标运动方位偏差相关函数，确定目标A与目标B的时空相似性，包括：
[0026]将所述实际平均速度相关函数与所述目标运动方位偏差相关函数相乘，得到目标A与目标B的时空相似性。
[0027]在其中一个实施例中，根据目标A从t0时刻到t1时刻的实际轨迹，构建目标A的运动模型，步骤中所述目标A的运动模型为：
[0028]X(k+T)＝φ(k+T,k)X(k)
[0029]其中，X(k+T)为下一时刻目标A的位置，X(k)为当前时刻目标A的位置，φ(k+T,k)为从当前时刻k到k+T时刻的状态转移矩阵，k为当前时刻，T为从当前时刻到下一时刻的时间间隔。
[0030]一种基于时空线索的无人机对地目标匹配装置，所述装置包括：
[0031]目标实际运动轨迹获取模块，用于获取第一无人机观测到的目标A从t0时刻到t1时刻的实际轨迹，以及第二无人机观测到的t2时刻目标B的实际位置。
[0032]t2时刻目标A位置预测模块，用于根据目标A从t0时刻到t1时刻的实际轨迹，构建目标A的运动模型；根据目标A的运动模型预测t2时刻目标A的预测位置。
[0033]平均速度相关性和方位偏差相关性确定模块，用于根据目标A在t1时刻的实际位
置和t2时刻的预测位置，以及目标B在t2时刻的实际位置，得到预测平均速度、实际平均速度以及目标运动方位偏差；根据所述预测平均速度和所述实际平均速度，得到实际平均速度相关函数；根据所述目标运动方位偏差，得到目标运动方位偏差相关函数；所述预测平均速度是目标A从t1时刻的实际位置到t2时刻的预测位置之间的平均速度；所述实际平均速度是从t1时刻目标A的实际位置到t2时刻目标B的实际位置之间的平均速度；所述目标运动方位偏差是t1到t2时刻之间目标A的水平方位角与从目标A到目标B的水平方位角之差。
[0034]目标匹配模块，用于根据所述实际平均速度相关函数与所述目标运动方位偏差相关函数，确定目标A与目标B的时空相似性；当所述时空相似性大于预设阈值时，则目标A与目标B相匹配。
[0035]在其中一个实施例中，平均速度相关性和方位偏差相关性确定模块，还用于根据空间两点之间的距离计算公式，计算目标A在t1时刻的实际位置和t2时刻的预测位置两点之间的预测距离，以及目标A在t1时刻的实际位置和目标B在t2时刻的实际位置两点之间的实际距离；根据所述预测距离和t1时刻与t2时刻之间的时间间隔，得到预测平均速度；根据所述实际距离和t1时刻与t2时刻之间的时间间隔，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空线索的无人机对地目标匹配方法，其特征在于，所述方法包括：获取第一无人机观测到的目标A从t0时刻到t1时刻的实际轨迹，以及第二无人机观测到的t2时刻目标B的实际位置；根据目标A从t0时刻到t1时刻的实际轨迹，构建目标A的运动模型；根据目标A的运动模型预测t2时刻目标A的预测位置；根据目标A在t1时刻的实际位置和t2时刻的预测位置，以及目标B在t2时刻的实际位置，得到预测平均速度、实际平均速度以及目标运动方位偏差；所述预测平均速度是目标A从t1时刻的实际位置到t2时刻的预测位置之间的平均速度；所述实际平均速度是从t1时刻目标A的实际位置到t2时刻目标B的实际位置之间的平均速度；所述目标运动方位偏差是t1到t2时刻之间目标A的水平方位角与从目标A到目标B的水平方位角之差；根据所述预测平均速度和所述实际平均速度，得到实际平均速度相关函数；根据所述目标运动方位偏差，得到目标运动方位偏差相关函数；根据所述实际平均速度相关函数与所述目标运动方位偏差相关函数，确定目标A与目标B的时空相似性；当所述时空相似性大于预设阈值时，则目标A与目标B相匹配。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据目标A在t1时刻的实际位置和t2时刻的预测位置，以及目标B在t2时刻的实际位置，得到预测平均速度、实际平均速度以及目标运动方位偏差，包括：根据空间两点之间的距离计算公式，计算目标A在t1时刻的实际位置和t2时刻的预测位置两点之间的预测距离，以及目标A在t1时刻的实际位置和目标B在t2时刻的实际位置两点之间的实际距离；根据所述预测距离和t1时刻与t2时刻之间的时间间隔，得到预测平均速度；根据所述实际距离和t1时刻与t2时刻之间的时间间隔，得到实际平均速度；根据两点连线的斜率与所述连线与水平轴的夹角的关系，计算目标A在t1时刻的实际位置到t2时刻的预测位置的预测水平方位角，以及目标A在t1时刻的实际位置和目标B在t2时刻的实际位置的实际水平方位角；根据所述预测水平方位角和所述实际水平方位角，得到目标运动方位偏差。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述预测平均速度和所述实际平均速度，得到实际平均速度相关函数，步骤中所述实际平均速度相关函数的表达式为：其中，为实际平均速度，μ1为预测平均速度，σ1为给定方差，v
lim
为已知的目标最大运动速度，T＝t2
‑
t1为时间间隔。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标运动方位偏差，得到目标运动方位偏差相关函数，步骤中所述目标运动方位偏差相关函数的表达式为：
其中，σ1为给定方差，Δθ为角度变化量；μ2为期望的角度变化量；T＝t2
‑
t1为时间间隔。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述实际平均速度相关函数与所述目标运动方位偏差相关函数，确定目标A与目标B的时空相似性，包括：将所述实际平均速度相关函数与所述目标运动方位偏差相关函数相乘，得到目标A与目标B的时空相似性。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鸿武，何咏翔，鲁兴举，刘建斌，耿丽娜，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：