[发明专利]一种基于云台相机的固定翼无人机对快速运动目标的跟踪方法

权利要求书

1.一种基于云台相机的固定翼无人机对快速运动目标的跟踪方法，其特征在于，步骤包括：

步骤S1：将整个过程分为跟踪态调整态过渡态三种状态，并确定它们之间的转换关系，位于所述跟踪态时无人机按照前期设计的控制器进行飞行；

步骤S2：所述调整态时无人机切换盘旋方向，同时云台由一侧旋转到另一侧，继续对目标进行跟踪；所述过渡态则是为了根据无人机当前的状态，选择进入所述跟踪态还是所述调整态，避免无人机远离目标；

处于所述跟踪态状态下，固定翼无人机绕目标进行盘旋跟踪，采用基于图像的视觉伺服控制方法，控制器表示成：

Ψ₁：

其中u_ψ为无人机的偏航角速率，在云台的偏航角速率u_p和俯仰角速率u_t的设计公式中，λ_u和λ_v为正的常数，目的是让当前图像上的目标趋于图像中心。

2.根据权利要求1所述的基于云台相机的固定翼无人机对快速运动目标的跟踪方法，其特征在于，处于所述调整态状态下，当条件Θ₁被满足且无人机仍沿当前盘旋方向飞行时，和分别表示云台偏航角和俯仰角的阈值，云台姿态将很快达到饱和，从而导致目标向图像边缘移动直至消失；让无人机改变盘旋方向，另一方面让云台旋转到无人机的另一侧，将该过程定义为调整态

Θ₁:

3.根据权利要求2所述的基于云台相机的固定翼无人机对快速运动目标的跟踪方法，其特征在于，令无人机以最大的偏航角速度进行调整，同时云台也以最大的偏航角速率和俯仰角速率进行调整；令云台偏转到另一侧的期望偏航角和俯仰角为和则需要确定这两个角度以保证目标能被再次检测；考虑到无人机偏转到另一侧的角度越大，相机扫过的区域也就越大，从而目标也能越快被检测到；若当前云台的偏航角为则为云台的最大偏航角γ_p，经过的时间为：

4.根据权利要求3所述的基于云台相机的固定翼无人机对快速运动目标的跟踪方法，其特征在于，所述的确定依赖和无人机相对目标的位置；O₁表示条件Θ₁刚满足时的无人机位置，O₂表示经过Δt时间后无人机的位置；两个位置时对应的相机光轴分别为O₁B₁和O₂B₂，且∠G₁O₂B₂表示相机视场角的一半。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于云台相机的固定翼无人机对快速运动目标的跟踪方法，其特征在于，处于过渡态状态下，将目标是否被检测到的标志记为N_t，当目标被检测到时N_t＝1，反之N_t＝0；令：

Θ₂:

6.根据权利要求5所述的基于云台相机的固定翼无人机对快速运动目标的跟踪方法，其特征在于，当Θ₂条件满足时，无人机将离开状态；O₁，O₂和O₃表示无人机的位置，O₂H₂和O₃H₃表示无人机轨迹在该点处的法线，O₂C₁和O₃C₂表示相机光轴；当无人机位于O₁时，目标第一次被检测到，此时其位于图像的边缘；若下一状态为则云台需要通过调整姿态使目标趋于图像中心，从而使得云台姿态继续增大；当目标在O₂处到达图像中心附近时，条件Θ₁可能又被满足，导致无人机再次进入状态；O₃处的情况也一样。