[发明专利]一种旋翼无人机地面目标定位方法

说明书

本发明公开了一种旋翼无人机地面目标定位方法，将经过目标检测算法输出的图像位置信息与无人机的姿态角、高度等信息结合起来，通过坐标转换关系计算出导航坐标系下目标与无人机之间的相对位置信息，然后结合无人机GPS经纬度信息，计算出目标的绝对位置信息；最终设计无人机的控制律，实现系统平台的目标定位，并将定位结果发送到地面站上。本方法定位精度较高、实时性好，且具有较好的鲁棒性和可行性。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机目标定位方法。

背景技术

由于视觉技术的发展，旋翼无人机的二次开发也迎来了新的高度。视觉传感器常采用小型摄像头，其具有质量小、体积小、功耗低等优点，适合应用于相对其它无人机负载能力较低的四旋翼无人机。因此，无人机目标检测技术已成为其发展的新亮点。目标对象检测的研究是计算机视觉(Computer Vision)领域的重要成员。目标检测是检测图像序列中目标对象的位置，即使在目标发生非刚体变化，光线变化，快速移动和运动模糊以及背景干扰的情况下仍能保持一定精度。它的广泛应用遍及军事、民用的各个领域，如侦察，精确制导和战况评估等领域。近几年无人机和计算机视觉都有很大的发展，这使得基于无人机的目标定位系统的实现成为可能；而在军事、工业、安防等领域的应用需求也使得无人机目标识别定位系统的实现变得迫切。

现有技术中的研究利用图像处理算法对目标图像特征进行处理，从而对目标进行检测和跟踪，但其研究对象大都是图像序列，很少将其应用于无人机系统平台上。而应用到无人机系统平台上的实现并没有将无人机传感器的信息与图像处理的结果充分结合起来，计算目标的绝对位置信息。此外，目前视觉采集和处理有两种方式：一种是将摄像头采集的图像信息通过无线图传传回地面处理设备进行处理，将处理之后的结果再通过无线数传发送给飞控，这种方式适用于图像复杂、计算量较大的情况，其缺点是图像和数据的传输存在延迟，并且容易受到干扰，导致信息传递出错；另一种则是选用质量轻、尺寸小的机载处理设备直接进行图像处理，避免了图像回传过程中的干扰，实时性高，但其处理性能不如电脑，不适宜做复杂的数据处理。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种旋翼无人机地面目标定位方法，将经过目标检测算法输出的图像位置信息与无人机的姿态角、高度等信息结合起来，通过坐标转换关系计算出导航坐标系下目标与无人机之间的相对位置信息，然后结合无人机GPS经纬度信息，计算出目标的绝对位置信息；最终设计无人机的控制律，实现系统平台的目标定位，并将定位结果发送到地面站上。本方法定位精度较高、实时性好，且具有较好的鲁棒性和可行性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：计算目标在导航坐标系下的位置；

定义目标位置为P₄＝[x_cn,y_cn,z_cn]；其中[x_cn,y_cn]为目标在导航坐标系下的位置坐标，z_cn为目标所在地面的海拔高度；

目标位置P₄由以下关系式表示：

P₄＝P₁+P₂+P₃ (1)

式中，向量P₁＝[x_an y_an z_an]^T表示无人机在导航坐标系下位置的三维坐标；

向量P₂＝[x₂ y₂ z₂]^T为无人机质心到摄像机光心的距离，且：