[发明专利]一种基于无人机群的环绕目标定位方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机群环绕目标的定位方法，通过无人机对目标观测所得的方位角和俯仰角，构建以方位角和俯仰角的正余弦值为参数的线性矩阵方程，利用最小二乘法求解获得目标位置。与过去以测量角度的正切值为参数的侧向交叉定位算法相比，本发明提出的方法有效减小了矩阵方程系数矩阵的条件数，不仅防止了无人机环绕目标定位时可能出现的病态问题，还进一步提高了环绕区域内目标的定位精度。

技术领域

本发明涉及无人机目标定位领域，具体涉及一种基于无人机群的环绕目标定位方法。

背景技术

无人机是近年来发展十分迅速的一项技术，已经在控制精度、带载能力、抗风能力、续航能力上都有了很大的进步。长航时高空无人机可在空中停留几天甚至几个月以获取目标区完整的信息。无人机具有受目标上空云雾的影响较小、可获取高分辨率的图像、较卫星应用灵活、成本低等优点，可以随时选定目标区域，能接近目标区域，提供更加精确的目标位置。

利用无人机进行目标定位在军事和民用方面均有广泛的应用。在民用方面，可以应用于地质勘测、海洋测绘、海上石油作业、飞机失事救援、消防灭火等方面。在军事方面，可以应用于导弹定位、海上军事演练等方面。

目前的目标定位算法多基于雷达或红外，大多需要俯仰角，方位角以及距离信息。在通过纯角度信息进行定位的算法中，侧向交叉定位是一种典型的方法，主要用于二维定位。在观测点分布在目标的同一侧时，侧向交叉定位的定位精度较好。但当观测点环绕目标时，该算法有可能遇到严重的病态问题，其定位精度也有提高空间。对目标进行环绕观测是基于无人机群对目标进行定位的常见形式，需要给出更为合适的定位方法。本次发明主要针对环绕观测环境，基于条件数扰动分析得到传统侧向定位方法出现病态问题的原因，并给出防止病态问题的方法，从而达到了对目标进行环绕定位的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无人机群的环绕目标定位算法，该算法可以实现三维空间的定位，提高基于角度传感器的定位精度，尤其是能够克服算法在特殊角度定位精度较差的缺点。

为了实现上述目的，本发明的技术实现方案如下：

有n(n≥2)架无人机对目标进行定位，每架无人机自带GPS定位系统，可以较为精准的进行自定位，同时携带摄像头对目标进行拍摄，通过对拍摄图片的处理，每个摄像机都可以测得一个方位角和一个俯仰角，所以至少有两架无人机才可以对目标进行三维定位。

进一步的，假设第i架无人机得到的方位角和俯仰角信息为(α_i,β_i)，其中，方位角，俯仰角分别表示为：

进一步的，由于难以将x，y拆分，为了便于求解，将更改为那么俯仰角变为：

进一步的，根据方位角和俯仰角的定义(式(1)和(3))，可得：

-xtanα_i+y＝y_i-x_i tanα_i (4)

ytanβ_i-zsinα_i＝y_i tanβ_i-z_i sinα_i (5)

进一步的，将上述式(4)和式(5)表示为矩阵形式：

进一步的，将式(6)扩展为i＝1,2…n，得到的矩阵方程符合HX＝Z形式，可以利用最小二乘法求解落点位置X，从而得到落点位置坐标。