[发明专利]一种基于吊舱姿态反馈的目标跟踪控制方法

说明书

本发明提供一种基于吊舱姿态反馈的目标跟踪控制方法。在已知目标检测成像结果的前提下，考虑到吊舱的2个姿态角(俯仰角和偏航角)的输出是已知的，同时吊舱和无人机是捷联的，因此可以利用吊舱的姿态信息来生成所需的角度输入，进而产生吊舱速度控制指令，从而使得目标保持在视场中心。通过该方法能够快速准确的控制吊舱的旋转，使得目标在视场中心。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，特别是涉及一种无人机机载吊 舱在线控制跟踪目标的方法。

背景技术

无人机在执行目标跟踪任务的过程中，一般要求能够锁定目标， 也就是说尽可能的使得目标在视场中心。要实现这个任务，仅仅依靠 相机是无法实现的，因此需要带有旋转功能的吊舱来实现。

由于低成本且小型化，无人机的机载载荷重量和体积有限，因此 一般小型无人机携带的吊舱都为二自由度的吊舱(三自由度吊舱相对 重，体积相对大)，而实现吊舱的目标跟踪控制是一个难点。

关于吊舱的目标跟踪控制方法，目前常规的方法主要是基于纯图 像像素的吊舱跟踪控制，这种控制方法的参数调试与无人机和目标的 运动紧密相关，不同场合可能需要多次调试不同的控制参数。因此从 通用性的角度出发，需要一种能够适用于大多数吊舱目标跟踪的控制 方法。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于吊舱姿 态反馈的目标跟踪控制方法，通过该方法能够快速准确的控制吊舱的 旋转，使得目标在视场中心。

具体地，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于吊舱姿态反馈的目标跟踪控制方法，该方法 是在已知目标检测成像结果的前提下，通过本发明提供的上述控制方 法，能够快速准确的控制吊舱的旋转，使得目标在视场中心，具体实 施步骤如下：

(1)确定吊舱坐标系到摄像机坐标系的旋转的顺序为先偏航后 俯仰最后再滚转。考虑到吊舱没有滚转角的自由度，而且如果要保证 目标在视场中心，滚转角只会影响目标在中心的朝向(将目标看出区 域)，旋转滚转角并不会使得目标偏离中心，因此将滚转角的旋转定 义在最后。

(2)定义坐标系和转换关系

关于吊舱坐标系、摄像机坐标系：

摄像机坐标系o_cx_cy_cz_c原点为相机的光心，o_cx_c和o_cy_c轴与图 像的u,v轴平行，o_cz_c轴为相机光轴，焦距为f，o_cx_c和o_cy_c方向的 有效焦距分别为f_x和f_y；吊舱坐标系o_px_py_pz_p的原点为吊舱安装轴 的中心点，o_px_p和o_py_p轴分别为吊舱的右侧和正前方，o_pz_p满足 右手法则。

如图1所示，为摄像机坐标系到吊舱坐标系的方向余弦矩阵， 为t_j时刻吊舱坐标系到t_i时刻吊舱坐标系的方向余弦矩阵(其中 i,j＝0,...k,i≠j)，对应的欧拉角为分别表示偏航角，俯 仰角和滚转角。为t_j时刻摄像机坐标系到t_i时刻摄像机坐标系的 方向余弦矩阵(其中i,j＝0,...k,i≠j)，对应的欧拉角为

(3)计算目标偏离视场中心的大小(Δu,Δv)