[发明专利]一种应用于固定翼无人机目标跟踪的两轴云台和控制方法

权利要求书

1.一种应用于固定翼无人机目标跟踪的两轴云台，其特征在于，所述应用于固定翼无人机目标跟踪的两轴云台包括第一转轴、第二转轴和相机安装座，所述第一转轴的轴向与第二转轴的轴向垂直；

所述第一转轴设有贯穿的避让孔，所述避让孔的贯穿方向同时垂直于第一转轴的轴向与第二转轴的轴向，所述避让孔贯穿第一转轴后第一转轴具有两个相对设置且与第二转轴的轴向垂直的内壁，所述第二转轴安装在所述避让孔内且两端分别与第一转轴的两个内壁连接，所述相机安装座固定在所述第二转轴上。

2.如权利要求1所述的应用于固定翼无人机目标跟踪的两轴云台，其特征在于，令第一转轴上垂直于第一转轴的轴向的两个端面为第一端面和第二端面；

所述避让孔沿第一转轴的轴向的一侧延伸至贯穿第一端面，另一侧延伸至临近第二端面，所述第二端面上安装有用于固接固定翼无人机的固定件。

3.如权利要求1所述的应用于固定翼无人机目标跟踪的两轴云台，其特征在于，所述第一转轴旋转的角度作为两轴云台的方向角，方向角的取值范围为[-360°,360°]，取相机的光轴与固定翼无人机的机体坐标系x轴同向平行时为0°；

所述第二转轴旋转的角度作为两轴云台的俯仰角，俯仰角的取值范围为[-60°,240°]，取相机的光轴与固定翼无人机的机体坐标系x轴同向平行时为0°。

4.一种应用于固定翼无人机目标跟踪的控制方法，所述固定翼无人机上固接有两轴云台，所述两轴云台上安装有相机，其特征在于，所述应用于固定翼无人机目标跟踪的控制方法，包括：

基于相机获取目标在图像坐标系上的像素坐标；

将目标的像素坐标转换为目标在相机坐标系上的图像坐标；

基于目标在相机坐标系上的图像坐标计算特征点的变化速率；

根据特征点的变化速率得到两轴云台的控制量以及固定翼无人机的控制量。

5.如权利要求4所述的应用于固定翼无人机目标跟踪的控制方法，其特征在于，所述将目标的像素坐标转换为目标在相机坐标系上的图像坐标，包括：

取目标在图像坐标系上的像素坐标(u₁,v₁)，其中u₁为目标在图像坐标系上的横坐标，v₁为目标在图像坐标系上的纵坐标；

计算目标的图像坐标如下：

式中，(u₂,v₂)为目标的图像坐标，u₂为目标在相机坐标系上的横坐标，v₂为目标在相机坐标系上的纵坐标，f为相机焦距，L₂为中间参数，分别表示旋转矩阵，上标1-2表示矩阵的第1-2行，上标3表示矩阵的第3行，表示机体坐标系在俯仰角为-90度时再绕其x轴逆时针旋转的角度，记旋转后的坐标系为F_c1，F_c1的偏航角为0度时绕其z轴旋转的角度记为θ_p1，同时记此时坐标系为F_c2，令无人机的滚转角为0度时再绕F_c2的x轴逆时针旋转的角度记为φ₁，记此时的坐标系为F_c3，令无人机的俯仰角为0度时F_c3坐标系到此时相机坐标系的旋转角度为记为θ₁，相机光轴与机身垂直方向的夹角记为α。

6.如权利要求4所述的应用于固定翼无人机目标跟踪的控制方法，其特征在于，所述基于目标在相机坐标系上的图像坐标计算特征点的变化速率，包括：

取目标在相机坐标系上的图像坐标(u₂,v₂)，u₂为目标在相机坐标系上的横坐标，v₂为目标在相机坐标系上的纵坐标；

计算变化速率如下：

式中，为目标在相机坐标系上的横坐标的变化速率，为目标在相机坐标系上的纵坐标的变化速率，λ为目标收敛到图像中心的误差收敛系数。