[发明专利]一种基于双目视觉的无人机非合作目标追踪系统

权利要求书

1.一种面向非合作目标的无人机追踪系统，其特征在于：所述系统基于四旋翼无人机平台，搭建由多层嵌入式硬件模块和软件算法构成的无人机追踪系统；所述系统还包括：

视觉检测模块，用于检测目标和障碍的单元；

飞控模块，用于对无人机位置、姿态控制单元；

航迹规划模块，用于接收视觉检测模块和飞控模块输出的数据信息，并将接收的数据进行协调处理后为无人机规划出最佳航迹路线；

地面控制模块，包括对无人机动作指令发送和无人机位置、姿态的监控；

所述无人机追踪系统还包括检测进程单元和规划进程单元；其中：

所述地面控制模块通过局域网将控制指令发送到航迹规划模块，航迹规划模块接收指令后，利用串口通信控制视觉检测模块，开始对目标进行检测与定位、对环境中的障碍进行检测；

所述航迹规划模块通过串口通信从飞控模块获取无人机的当前位置，经过航迹规划后，将计算所得航点与偏航角通过串口传递给飞控模块对无人机进行位置控制和姿态控制，实现无人机的目标追踪与避障功能；其中：

所述检测进程单元通过如下步骤实现对所述视觉检测模块输出的目标、障碍数据处理：

S101、利用TensorRT对Tiny-YOLOv3算法进行优化，用于实时目标检测，对检测到的目标利用SGBM算法获得视差图，进行深度计算，并结合检测结果解算目标在机体坐标系下的位置；

S102、经过旋转矩阵的坐标变换，获得ENU坐标系下目标位置；其中：

对无人机追踪环境中的障碍，利用SGBM算法获取视差图后将障碍信息处理成稠密点云，并对稠密点云进行稀疏化处理；

所述规划进程单元进行航迹规划步骤：

判断当前无人机位置与期望目标点之间的距离，如果距离小于设定值，则使无人机保持在当前位置，否则采用改进RRT算法进行航迹规划，并对航迹规划路线中冗余航点进行裁剪；其中：

S201、从飞控模块获取无人机位置与偏航角，从视觉检测模块获取目标位置和障碍信息，判断无人机当前位置与目标之间是否存在障碍，如果存在障碍，则规划进程单元输出避障航迹规划路线，并将新航点与偏航角发送给飞控模块；否则进入下一步；

S202、通过飞控模块获取无人机位置信息判断无人机是否到达目标位置；如果达到进入下一步，否则调整无人机位置、偏航角；

S203、判断目标当前位置与航迹规划时目标所在位置的距离是否超过距离限值；如果没有，则无人机到达目标位置；否则返回步骤S201；其中：

所述改进RRT算法，主要是优化随机点的选取，具体改进为：

在选择随机点时，如果以目标点作为随机点进行扩展，航迹不经过障碍，则将目标点设为随机点；若航迹经过障碍，则设置概率p，并在0～1之间生成随机数，当概率p大于该随机数时，在接近目标点方向的备选点中随机选择一个点作为随机点，当概率p小于该随机数时，选择远离目标点方向的备选点作为随机点,其中：所述改进算法的随机树生长阶段流程如下：

Step1:将规划任务的起始点q_init设为随机树的根节点，并令其为节点q_new，节点序号设为0，然后将该节点存入航迹列表path；

Step2:以q_new为起点，目标点q_goal为终点构建向量，并由q_new开始在向量上截取一个步长l，得到新的节点q_new；

Step3:如果q_new∈O_free，则令节点q_new序号为i(i＝1,2……)，执行Step 5，否则执行Step4；

Step4:如果q_new∈O_obs，则放弃节点q_new，然后设置概率p′＝0.8，在0～1之间生成随机数p′_r，当p′_r≤p′时，在当前点的上下左右或者前向(接近目标点方向)的备选点中随机选择一个点作为随机点，当p′_r＞p′时，选择当前点后向(远离目标点方向)的备选点作为随机点，并以该随机点为终点构建向量，求取新的节点q_new，直到获得满足q_new∈O_free的新节点，令新节点序号为i，执行Step 5；

Step5:判断已存入航迹列表path的节点中距离新节点q_new最近的节点q_near，并记录其节点序号为ε，将节点次序(ε,i)存入edge，将节点q_new存入航迹列表path；

Step6:如果节点q_new与目标点q_goal之间的距离小于设定值，则认为已经到达目标点，随机树生长过程结束，否则返回Step 2。