[发明专利]一种四旋翼无人机地面机动目标实时跟踪系统及方法

说明书

本发明涉及一种四旋翼无人机地面机动目标实时跟踪系统及方法，属于航空工程目标跟踪应用领域。该系统包括：四旋翼无人机、遥控器8、PC端地面站9；无人机包括：摄像设备1、图像处理设备2、四旋翼控制板5；其中，摄像设备1用于实时拍摄地面的图像，并将图像传输给图像处理设备2；图像处理设备2用于处理摄像头拍摄的图像，并对图像进行压缩编码；四旋翼控制板5用于对压缩编码后的图像中目标位置进行实时跟踪解算；PC端地面站9用于输入飞行路径，接收跟踪解算结果以及四旋翼控制板5飞行状态参数。

技术领域

本发明涉及一种四旋翼无人机地面机动目标实时跟踪系统及方法，属于航空工程目标跟踪应用领域。

背景技术

四旋翼无人机是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的无人驾驶飞行器，共有4个电机控制螺旋桨旋转，对称的电机为一组。通过两组电机分别正逆时针旋转，抵消电机带来的扭力矩；通过控制两组电机的电流实现螺旋桨转速的改变，从而控制飞行器的飞行姿态。

由于具有结构简单、飞行灵活、低成本等特点，四旋翼无人机被广泛应用于军用领域的空中侦查、国土边境巡逻、地面目标跟踪等任务和民用领域的旅游航拍、农药喷洒、高压线缆检测等任务。在民用领域，国内的技术已经成熟。在军用领域，各科研院所近年来开展了广泛的研究，尤以地面目标的实时跟踪为研究重点，其将为军方精确地面目标打击提供技术支持。

发明内容

本发明的目的是：是设计一种四旋翼无人机地面机动目标实时跟踪系统，通过图像处理设备对摄像设备采集的视频流进行压缩编码，减少传输的数据量和跟踪算法的处理量，在控制板中，通过小模板跟踪方法和预估算法的结合，实现机动目标的实时跟踪，随后，经地面站或者遥控器控制四旋翼无人机跟踪目标，提高四旋翼控制算法和目标跟踪算法的试验效率，为军事应用奠定技术基础。

本发明的技术方案是：

一种四旋翼无人机地面机动目标实时跟踪系统，包括：

四旋翼无人机、遥控器8、PC端地面站9；无人机包括：摄像设备1、图像处理设备2、四旋翼控制板5；

其中，摄像设备1用于实时拍摄地面的图像，并将图像传输给图像处理设备2；图像处理设备2用于处理摄像头拍摄的图像，并对图像进行压缩编码；四旋翼控制板5用于对压缩编码后的图像中目标位置进行实时跟踪解算；PC端地面站9用于输入飞行路径，接收跟踪解算结果以及四旋翼控制板5飞行状态参数。

图像处理设备2包括：通信接口单元、图像编解码模块、图像流压缩模块、电源模块；

其中，通信接口单元与摄像设备、四旋翼控制板5建立通信；

图像编解码模块用于预先定义的API函数对摄像头拍摄的图像进行RGB三色解码，将十进制码值转换为二进制编码，或者将二进制码值转为图像的十进制码值；

图像流压缩模块负责对图像码值进行压缩编码，其中，将图像分割为重要信息和不重要信息，然后舍去不重要信息，后续对剩下的信息进行反解码；

电源模块负责用于图像处理设备的各子设备供电，并可人为注入电源故障，进行异常处理仿真。

四旋翼控制板5作为平台的核心部分，包括：控制算法模块、跟踪算法模块、通信接口模块、多传感器模块、无线传输模块、电源模块；

控制算法模块通过控制四个舵面的电流，改变电机的转速，从而控制四旋翼实现基础动作，或者基于前期规划的航路，结合离散地图，自主控制旋翼机压航线飞行；

跟踪算法模块提供小范围匹配跟踪、Meanshift跟踪、形态学跟踪，以及基于Kalman的Meanshift跟踪算法供用户选择；用于开展不同跟踪算法的性能测试，小范围匹配跟踪内含跟踪目标的图像模板；

通信接口模块在四旋翼控制板、遥控器8和PC端地面站9建立数据通信连接；