一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法技术

本发明专利技术涉及一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法，具体包括：构建无人机集群协同侦察系统、无人机集群目标协同定位、无人机集群运动目标协同跟踪；本发明专利技术使用无人机集群协同进行空间交会的方式能够消除测角误差的影响，能提高无人机目标定位精度；具备无人机集群协同侦察指挥控制能力，支持静态目标精确定位和运动目标跟踪；在目标定位时使用空间距离后方交会定点消除测角误差引起的目标定位误差，并支持运动目标的跟踪能力，提供情报支撑，以及高精度目标位置信息，显著提高无人机集群的侦察目标定位精度，提升使用效能。提升使用效能。提升使用效能。

【技术实现步骤摘要】
一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法


[0001]本专利技术属于目标侦察
，具体涉及一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法，特别是一种基于无人机集群协同侦察的运动目标精确跟踪方法。

技术介绍

[0002]运动目标跟踪是无人机侦察领域的重要使命之一，有着巨大的情报保障价值和作战指挥价值。随着现代战争中精确打击武器的大规模应用，对目标的定位精度有了更高的要求。
[0003]传统的角度
‑
距离目标定位方法(REA)，即根据无人机瞬时自身位置坐标和姿态，以及该时刻目标与无人机的距离信息，计算目标点。这种方法定位误差主要源自测角误差、测距误差和无人机定位误差，无人机自身位置的测量误差和激光测距的误差占比较小，而角度误差对目标定位精度影响较大，且定位误差随着距离线性增长，定位精度鲁棒性差，无法满足精确打击对目标的高精度定位需求；此外还有空间交会的目标定位方法，这种方法可以消除姿态角测量误差对目标定位的影响，但是需要无人机飞特定航线，操作难度大，时效性差，无法对移动目标进行精确定位；针对运动目标，无人机通常通过图像特征锁定目标，实现持续跟踪，但受环境影响较大，容易丢失目标。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法，要解决的技术问题是：一、由于姿态角测量精度不足，导致角度
‑
距离目标定位方法误差较大；二、单无人机空间交会的方法操作难度大，且容易丢失目标，无法对运动目标精确定位。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
[0006]步骤一、构建无人机集群协同侦察系统，系统包括三架以上搭载光电吊舱的无人机和地面站；
[0007]步骤二、无人机集群目标协同定位，定位时使用三架以上无人机同时测定目标斜距，并记录无人机的坐标和海拔信息，使用空间距离后方交会测定目标位置；针对运动目标，利用光电吊舱的目标锁定功能，持续测量无人机至目标的距离，并实时计算运动目标轨迹；
[0008]步骤三、无人机集群运动目标协同跟踪，当集群某架无人机丢失目标时，其它无人机将目标位置和图像特征共享至该无人机，该无人机根据目标位置和自身位置自动调整吊舱航向角和俯仰角，使目标重新落在吊舱视野范围内，再根据目标的图像特征自动锁定目标。
[0009]有益效果：本专利技术利用多旋翼无人机集群应用的优势，提出了多旋翼无人机集群协同目标侦察方法。方案使用无人机集群协同进行空间交会的方式能够消除测角误差的影响，能提高无人机目标定位精度；具备无人机集群协同侦察指挥控制能力，支持静态目标精
确定位和运动目标跟踪；在目标定位时使用空间距离后方交会定点消除测角误差引起的目标定位误差，并支持运动目标的跟踪能力，提供情报支撑，高精度目标位置信息，显著提高无人机集群的侦察目标定位精度，提升集群使用效能。
附图说明
[0010]图1为本专利技术技术路线图
[0011]图2为空间距离后方交会示意图
[0012]图3为无人机集群运动目标协同跟踪示意图。
具体实施方式
[0013]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0014]本专利技术针对单无人机目标定位精度差、运动目标易丢失等不足，提出了一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法，具体包括以下步骤；
[0015]1)构建无人机集群协同侦察系统
[0016]无人机集群协同侦察系统包括三架以上搭载光电测距载荷的无人机，地面站、数据链。地面站具备无人机视频监控、规划任务、规划航路、飞行操控、载荷操控等功能；无人机具备目标粗定位、机间通信等功能；光电吊舱具备目标锁定、激光测距等功能。
[0017]2)无人机集群目标协同定位，具体方法如下：
[0018]多无人机目标测距定位
[0019]三架以上无人机同时向目标测距，并记录架无人机的三维坐标、目标斜距等信息，通过空间距离后方交会的方式计算目标的位置。为提高定位精度，要求无人机位置和目标位置大致呈正三角形，三角形三边保持一定的长度，通常通过GDOP值(几何定位精度因子)评估无人机几何分布是否合理。
[0020]空间距离后方交会方式如下：
[0021]多机目标协同定位利用三个以上无人机同步测定目标至无人机的距离，利用空间后方交会算法计算目标的位置。
[0022]a2＝(X
p
‑
X1)2+(Y
p
‑
Y1)2+(H
p
‑
H1)2；
[0023]b2＝(X
p
‑
X2)2+(Y
p
‑
Y2)2+(H
p
‑
H2)2；
[0024]c2＝(X
p
‑
X3)2+(Y
p
‑
Y3)2+(H
p
‑
H3)2；
[0025]其中：(Xp，Yp，Hp)是目标P的坐标，(X1，Y1，H1)、(X2，Y2，H2)、(X3，Y3，H3)是无人机1、2、3坐标。a、b、c是分别是无人机1、2、3到目标的距离。联立三式，可得目标P的三维坐标的两个解，根据目标与地球相交的约束条件，可确定目标P的唯一解。在目标位置解算过程中，只需要无人机的坐标和距离测量值，消除了角度测量带来的误差。当无人机集群的无人机数量大于三架时，可利用最小二乘法对计算结果进行平差，得到更加精确的坐标。
[0026]单架无人机的吊舱锁定目标后，利用目标在图像上的特征可自动跟踪目标，对目标持续测距，然后利用无人机集群协同目标定位方法，对无人机集群的各无人机的测量结果进行计算，得到运动的实时精确坐标。
[0027]3)无人机集群运动目标协同跟踪：
[0028]目标在运动过程中，目标在图像上的特征会发生改变，会造成无人机目标丢失。无人机集群协同跟踪目标时，各无人机从多角度跟踪，当某架无人机丢失目标后，其他无人机可将目标的实时位置共享至该无人机，该无人机根据目标位置和自身位置自动调整吊舱航向角和俯仰角，使目标重新落在吊舱视野范围内，再根据目标的图像特征自动锁定目标，继续对运动目标进行跟踪。协同跟踪流程如图3所示。
[0029]以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、构建无人机集群协同侦察系统，系统包括三架以上搭载光电吊舱的无人机和地面站；步骤二、无人机集群目标协同定位，定位时使用三架以上无人机同时测定目标斜距，并记录无人机的坐标和海拔信息，使用空间距离后方交会测定目标位置；针对运动目标，利用光电吊舱的目标锁定功能，持续测量无人机至目标的距离，并实时计算运动目标轨迹；步骤三、无人机集群运动目标协同跟踪，当集群某架无人机丢失目标时，其它无人机将目标位置和图像特征共享至该无人机，该无人机根据目标位置和自身位置自动调整吊舱航向角和俯仰角，使目标重新落在吊舱视野范围内，再根据目标的图像特征自动锁定目标。2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法，其特征在于，步骤一中，地面站具备无人机视频监控、规划任务、规划航路、飞行操控、载荷操控功能；无人机具备目标粗定位、机间通信功能；光电吊舱具备目标锁定、激光测距功能。3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机集群协同运动目标侦察方法，其特征在于，步骤二中，无人机位置和目标位置呈正三角形，三角形三边保持一定的长度，通过几何定位精度因子评估无人机几何分布是否合理。4.根据权利要求1所述的一种多旋翼...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚军，曾庆国，高腾飞，于怿男，韦勇宇，张威，王小龙，王新宇，席凯，程秀芹，
申请(专利权)人：北方自动控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：