利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2016102251094
申请人: 北京博瑞云飞科技发展有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-19
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种目标跟踪方法,其特征在于,包括:

根据被摄目标和飞行器的位置信息建立参考坐标系,得到在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述飞行器的第一位置矢量;

根据所述飞行器的当前姿态信息,计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线位置到云台位置的方向矢量;

根据所述第一位置矢量和所述方向矢量,计算在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述云台位置的第二位置矢量,并将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的目标姿态信息;

根据所述飞行器的当前姿态信息和目标姿态信息,得到目标控制量,所述目标控制量用于指示对云台运动控制的调整量。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据被摄目标和飞行器的位置信息建立参考坐标系,得到在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述飞行器的第一位置矢量,包括:从所述被摄目标的GNSS信标获取所述被摄目标在地理坐标系下的位置信息;

从所述飞行器的GNSS接收机及天线获取所述飞行器在地理坐标系下的位置信息;

根据所述被摄目标和所述飞行器在所述地理坐标系下的位置信息建立所述参考坐标系,得到所述第一位置矢量。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述被摄目标和所述飞行器在所述地理坐标系下的位置信息建立所述参考坐标系,得到所述第一位置矢量,包括:根据所述被摄目标在所述地理坐标系下的位置信息Pt(lont,latt,heit),和所述飞行器所述地理坐标系下的位置信息Pu(lonu,latu,heiu),采用下式1和式2建立所述参考坐标系,得到所述第一位置矢量A1(x1,y1,z1),x1=(lonu-lont)*cos(latt)*lon0  式1,

y1=(latu-latt)*lat0  式2,

z1=heiu-heit  式3,

其中,lon0=2*π*a/360,lat0=(2*π*c+4*(a-c))/360,π为圆周率,a为地球长轴半径,c为地球短轴半径,lon表示经度、lat表示维度、hei表示高度,t表示所述被摄目标,u表示所述飞行器,cos()表示余弦函数,x1、y1、z1表示所述参考坐标系下的坐标值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,根据所述飞行器的当前姿态信息,计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线位置到云台位置的方向矢量,包括:从姿态传感器获得所述飞行器的当前姿态信息;

根据所述飞行器的当前姿态信息,计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线相位中心到云台运动中心的方向矢量。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,根据所述飞行器的当前姿态信息,计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线相位中心到云台运动中心的方向矢量,包括:根据所述飞行器的当前姿态信息Attiu(Pitchu,Rollu,Yawu),,采用下式3至式5,计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线相位中心到云台运动中心的方向矢量dA’(dx’,dy’,dz’),dx’=dx(cos(Rollu)cos(Yawu)-sin(Pitchu)sin(Rollu)sin(Yawu))-dy(cos(Pitchu)sin(Yawu))+dz(sin(Rollu)cos(Yawu)+sin(Pitchu)cos(Rollu)sin(Yawu))  式3,dy’=dx(cos(Rollu)sin(Yawu)-sin(Pitchu)sin(Rollu)cos(Yawu))-dy(cos(Pitchu)cos(Yawu))+dz(sin(Rollu)sin(Yawu)+sin(Pitchu)cos(Rollu)cos(Yawu))  式4,dz’=dx(-cos(Pitchu)sin(Rollu))-dy(sin(Pitchu)+dz(cos(Pitchu)cos(Rollu))  式5,其中,Pitchu表示飞行器u的当前俯仰角,Rollu表示飞行器u的当前翻滚角,Yawu表示飞行器u的当前偏航角,sin()表示正弦函数;

dA(dx,dy,dz)表示天线相位中心到云台运动中心的方向矢量在所述飞行器的机体坐标系下坐标值。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,根据所述第一位置矢量和所述方向矢量,计算在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述云台位置的第二位置矢量,并将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的目标姿态信息,包括:根据所述第一位置矢量A1(x1,y1,heiu-heit)和所述方向矢量dA’(dx’,dy’,dz’),计算从所述被摄目标到云台运动中心的第二位置矢量A2=(x2,y2,z2)=(A1+dA’);

采用下式6,将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的在机体坐标系下的目标姿态信息Attic(Pitchc,Rollc,Yawc):Attic(Pitchc,Rollc,Yawc)=(arcsin(x2/|A2|),arcsin(y2/|A2|),arcsin(z2/|A2|))  式6,其中,arcsin()为反正弦函数。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,根据所述飞行器的当前姿态信息和目标姿态信息,得到目标控制量,包括:根据所述飞行器的当前姿态信息Attiu(Pitchu,Rollu,Yawu)和目标姿态信息,采用下式

7得到三轴云台的目标控制量Output,

Output=(Pitchc-Pitchu,Rollc-Rollu,Yawc-Yawu)  式7。

8.一种目标跟踪装置,其特征在于,包括:

第一位置矢量模块,用于根据被摄目标和飞行器的位置信息建立参考坐标系,得到在所述参考坐标系下从所述被摄目标到所述飞行器的第一位置矢量;

方向矢量模块,用于根据所述飞行器的当前姿态信息,计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线位置到云台位置的方向矢量;

第二位置矢量模块,用于根据所述第一位置矢量和所述方向矢量,在所述参考坐标系下计算从所述被摄目标到所述云台位置的第二位置矢量,并将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的目标姿态信息;

控制量模块,用于根据所述飞行器的当前姿态信息和目标姿态信息,得到目标控制量,所述目标控制量用于指示对云台运动控制的调整量。

9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述第一位置矢量模块还用于从所述被摄目标的GNSS信标获取所述被摄目标在地理坐标系下的位置信息;从所述飞行器的GNSS接收机及天线获取所述飞行器在地理坐标系下的位置信息;根据所述被摄目标和所述飞行器在所述地理坐标系下的位置信息建立所述参考坐标系,得到所述第一位置矢量。

10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述第一位置矢量模块还用于根据所述被摄目标在所述地理坐标系下的位置信息Pt(lont,latt,heit),和所述飞行器所述地理坐标系下的位置信息Pu(lonu,latu,heiu),采用下式1和式2建立所述参考坐标系,得到所述第一位置矢量A1(x1,y1,heiu-heit),x1=(lonu-lont)*cos(latt)*lon0  式1,

y1=(latu-latt)*lat0  式2,

z1=heiu-heit  式3,

其中,lon0=2*π*a/360,lat0=(2*π*c+4*(a-c))/360,π为圆周率,a为地球长轴半径,c为地球短轴半径,lon表示经度、lat表示维度、hei表示高度,t表示所述被摄目标,u表示所述飞行器,cos()表示余弦函数,x1、y1、z1表示所述参考坐标系下的坐标值。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置,其特征在于,所述方向矢量模块还用于从姿态传感器获得所述飞行器的当前姿态信息;根据所述飞行器的当前姿态信息,计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线相位中心到云台运动中心的方向矢量。

12.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,所述方向矢量模块还用于根据所述飞行器的当前姿态信息Attiu(Pitchu,Rollu,Yawu),,采用下式3至式5,计算在所述参考坐标系下从所述飞行器的天线相位中心到云台运动中心的方向矢量dA’(dx’,dy’,dz’),dx’=dx(cos(Rollu)cos(Yawu)-sin(Pitchu)sin(Rollu)sin(Yawu))-dy(cos(Pitchu)sin(Yawu))+dz(sin(Rollu)cos(Yawu)+sin(Pitchu)cos(Rollu)sin(Yawu))  式3,dy’=dx(cos(Rollu)sin(Yawu)-sin(Pitchu)sin(Rollu)cos(Yawu))-dy(cos(Pitchu)cos(Yawu))+dz(sin(Rollu)sin(Yawu)+sin(Pitchu)cos(Rollu)cos(Yawu))  式4,dz’=dx(-cos(Pitchu)sin(Rollu))-dy(sin(Pitchu)+dz(cos(Pitchu)cos(Rollu))  式5,其中,Pitchu表示飞行器u的当前俯仰角,Rollu表示飞行器u的当前翻滚角,Yawu表示飞行器u的当前偏航角,sin()表示正弦函数;

dA(dx,dy,dz)表示天线相位中心到云台运动中心的方向矢量在所述飞行器的机体坐标系下坐标值。

13.根据权利要求12所述的装置,其特征在于,所述第二位置矢量模块还用于根据所述第一位置矢量A1(x1,y1,heiu-heit)和所述方向矢量dA’(dx’,dy’,dz’),计算从所述被摄目标到云台运动中心的第二位置矢量A2=(x2,y2,z2)=(A1+dA’);采用下式6,将所述第二位置矢量转换为所述飞行器的在机体坐标系下的目标姿态信息Attic(Pitchc,Rollc,Yawc):Attic(Pitchc,Rollc,Yawc)=(arcsin(x2/|A2|),arcsin(y2/|A2|),arcsin(z2/|A2|))  式6,其中,arcsin()为反正弦函数。

14.根据权利要求13所述的装置,其特征在于,所述控制量模块还用于根据所述飞行器的当前姿态信息Attiu(Pitchu,Rollu,Yawu)和目标姿态信息,采用下式7得到三轴云台的目标控制量Output,Output=(Pitchc-Pitchu,Rollc-Rollu,Yawc-Yawu)  式7。

15.一种无人驾驶飞行器的目标跟踪系统,其特征在于,包括设置于所述无人驾驶飞行器的云台控制器和设置于被摄目标的定位装置,其中,所述云台控制器,采用如权利要求8至14中任一项所述的目标跟踪装置。

16.根据权利要求15所述的系统,其特征在于,所述被摄目标的定位装置为GNSS信标,所述GNSS信标用于获取所述被摄目标的位置信息;

所述目标跟踪系统还包括:

机载GNSS接收机及天线,通过接收GNSS信号获得所述无人驾驶飞行器的位置信息;

姿态传感器,用于检测所述无人驾驶飞行器的姿态信息;

云台和拍摄设备,所述云台用于控制安装于所述云台上的拍摄设备的拍摄姿态;

所述云台控制器与所述GNSS接收机及天线、所述GNSS信标和所述姿态传感器相通信,用于从所述GNSS接收机及天线接收所述无人驾驶飞行器的位置信息,从所述GNSS信标接收所述被摄目标的位置信息,从姿态传感器接收所述无人驾驶飞行器的姿态信息;

所述云台控制器还与所述云台连接,用于向所述云台发送目标控制量,以控制所述云台上的所述拍摄设备的拍摄姿态。