[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有效

专利信息
申请号: 202110814595.4 申请日: 2021-07-19
公开(公告)号: CN113467500B 公开(公告)日: 2022-10-11
发明(设计)人: 胡超芳;吴浩;任志恒;宋思涵;米涵芃 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: G05D1/08 分类号: G05D1/08;G05D1/10
代理公司: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 韩帅
地址: 300072*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 双目 视觉 无人机 合作 目标 追踪 系统
【说明书】:

发明公开一种基于双目视觉的非合作目标无人机追踪系统,所述系统由视觉检测、飞行控制、航迹规划、地面控制等软硬件模块和算法构成,其中视觉检测模块,用于检测目标和障碍的单元;飞控模块,用于对无人机位置、姿态控制的单元;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,为无人机规划出最佳航迹;地面控制模块,用于对无人机动作指令发送和无人机位置、姿态的监控;系统软件包括检测进程单元和规划进程单元;本发明为无人机规划出可以实现避障的目标追踪路径,同时考虑追踪过程中无人机的偏航角,适用于未知环境下无人机对非合作目标的精准追踪。

技术领域

本发明属于无人机规划与控制领域系统,涉及一种基于双目视觉的无人机非合作目标追踪系统。

背景技术

四旋翼无人机由于具有控制简单,起降方便,低成本、高机动性等优点,被广泛应用于军事、商用、民用领域,其中未知环境下面向非合作目标的无人机追踪已经成为无人机领域的热点问题。非合作目标与无人机系统之间没有通信,无人机系统无法直接获取其位置,环境中的障碍也会对无人机的飞行安全造成威胁,因此对于未知环境下的非合作目标追踪问题,目标定位与障碍检测是首要问题。

针对环境中的非合作目标,基于视觉的目标定位方法是目前主流方案,其定位主要依赖于目标检测与目标深度信息计算,而对于环境中的障碍信息,可以利用点云来进行处理,从而获得可以用于无人机规划的环境障碍信息。

当获取到目标位置与障碍信息后,需要对无人机追踪航迹进行规划,保证无人机可以实时跟随目标,躲避追踪路径上的障碍,同时要求无人机能够调整偏航角,使目标始终处于机载相机视野范围之内。当目标被障碍物遮挡后,需要对目标位置进行预测,通过预测位置对无人机进行引导。因此,对追踪过程中的检测、规划、预测的研究是非常必要的。

通常的目标检测及其改进方法更注重于检测精度的提升,即使有针对检测速度的提升,也较少可以应用于实际的系统中,更多地停留在理论阶段。对于航迹规划的优化目前主要停留在对航迹光滑程度的改进,以及对动力学等约束的考虑阶段,然而实际应用中,无人机难以对十分光滑的航迹进行跟踪,并且由于不同的优化方案需要与其它复杂算法相结合,规划时间较长,难以在实际系统中实现实时规划。同时,对于目标被遮挡情况下的目标预测,目前研究相对较少。

发明内容

考虑到以上问题,本发明针对未知环境下面向非合作目标的追踪问题,基于四旋翼无人机平台,搭建由多层嵌入式软硬件模块和相应算法构成的无人机追踪系统。首先利用基于Tiny-YOLOv3和SGBM的目标检测与定位方法,获取目标位置信息;然后通过点云和八叉树算法实现障碍检测,采用卡尔曼滤波完成遮挡情况下的目标位置预测;并由改进RRT算法进行追踪航迹的规划,再利用Bresenham算法对冗余航点裁剪,最终实现具有避障功能的目标追踪无人机系统。

为了解决现有技术中存在问题,本发明采用如下技术方案予以实施:

一种面向非合作目标的无人机追踪系统,所述系统基于四旋翼无人机平台,并集成双目相机、机载计算机、底层飞控等硬件,所实现的功能包括

视觉检测模块,利用双目相机,对目标和障碍进行检测的单元;

飞控模块,利用底层飞控对无人机位置、姿态进行控制的单元;

航迹规划模块,基于机载计算机,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,为无人机规划出最佳航迹;

地面控制模块,利用地面站完成对无人机动作指令发送,同时监控无人机位置和姿态;

上述各模块之间通信方式为:

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,开始对目标和环境中的障碍进行检测与定位。

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