一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法技术

本申请公开了一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法，包括以下步骤：预设定坐标系，采集第一运行信息、第二运行信息和第三运行信息，同时获取成像器沿视轴到地面的斜距；随后根据偏置三角函数形式设定“行”搜索指令规划速度，进而计算“行”扫描规划角速度；最后，根据上述采集得到的数据计算得到第一分量与补偿角速度，补偿角速度的计算可以有效隔离无人机搜索的干扰，使得目标搜索控制速度指令更加精确，解决了搜索过程中成像模糊且易将地面景物遗漏的问题。景物遗漏的问题。景物遗漏的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法


[0001]本公开一般涉及无人机吊舱面阵探测目标搜索成像，具体涉及一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法。

技术介绍

[0002]小型无人机吊舱多采用面阵成像器实现图像采集，配合无人机的飞行对指定的区域进行探测，对地进行目标进行搜索成像。为保证清晰成像，要求在每一个成像器积分周期，视轴保持指向地球坐标系内的固定区域。
[0003]在对不同位置进行图像采集的过程中，由于载机的姿态运动和飞行前向运动等因素，如果不对扫描指令进行规划，将难以精确控制搜索过程，在需要成像的位置产生像移造成图像模糊；同时也会使得飞行方向以及垂直于飞行方向不同成像的图像“列”和图像“行”存在重叠程度不同，地面景物遗漏无法全覆盖的现象。为解决上述问题，我们提供一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种搜索过程中成图像模糊、完整的无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法。
[0005]第一方面，本申请提供一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法，所述目标搜索控制指令规划方法包括以下步骤：
[0006]预设定坐标系，所述坐标系包括地球坐标系、惯性坐标系、吊舱基座坐标系和视轴坐标系；
[0007]采集无人机吊舱的第一运行信息，所述第一运行信息由所述无人机的位姿测量模块采集得到；所述第一运行信息包括无人机滚动、俯仰和偏航姿态角以及无人机北速、东速和垂速三个线速度；
[0008]采集无人机吊舱的第二运行信息，所述第二运行信息由所述无人机的吊舱惯性角速度传感器测量模块采集得到；所述第二运行信息包括成像器视轴的滚动角速度和俯仰角速度；
[0009]采集无人机吊舱的第三运行信息，所述第三运行信息由无人机吊舱框架角度测量模块采集得到；所述第三运行信息包括成像器视轴的滚动角和俯仰角；
[0010]获取成像器沿视轴到地面的斜距，所述斜距无人机吊舱内部测距设备采集得到；
[0011]设定“行”搜索指令规划速度，所述行搜索指令规划速度采用偏置三角函数形式进行规划；
[0012]获取“行”扫描规划角速度，所述“行”扫描规划角速度根据所述“行”搜索指令规划速度计算得到；
[0013]获取无人机相对地球的速度在视轴坐标系中的第一分量，所述第一分量由第一运行信息与第二运行信息计算得到；
[0014]计算飞机沿地球表面飞行所需补偿角速度，所述补偿角速度由第一分量与成像器沿视轴到地面的斜距计算得到；
[0015]生成无人机吊舱目标搜索控制速度指令，并输入至伺服控制端，所述目标搜索指令由“行”扫描规划角速度与补偿角速度计算得到。
[0016]根据本申请实施例提供的技术方案，还包括生成数据更新指令，所述数据更新指令用于实时更新第一运行信息、第二运行信息和第三运行信息；所述生成数据更新指令包括以下步骤：
[0017]获取第一转移矩阵，所述第一转移矩阵由无人机吊舱框架角度测量模块采集得到；所述第一转移矩阵为吊舱基座坐标系到视轴坐标系的转移矩阵；
[0018]获取第二转移矩阵，所述第二转移矩阵由位姿测量模块采集得到；所述第二转移矩阵为惯性坐标系到吊舱基座坐标系的转移矩阵；
[0019]生成数据更新指令，所述数据更新指令由第一转移矩阵和第二转移矩阵计算得到。
[0020]根据本申请实施例提供的技术方案，所述“行”扫描规划角速度根据以下公式计算得到：
[0021][0022][0023]其中，A为垂直于航迹方向吊舱所需进行的“行”搜索角度；L为成像器沿航迹方向在地面成像的纵深长度；V为搜索工作状态下，无人机的飞行速度；为红外探测器地球坐标系角速度矢量在探测器视轴坐标系中的分量；ω
S
为“行”搜索指令规划速度。
[0024]根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一分量根据以下公式计算得到：
[0025][0026][0027]其中，[v
1 v
2 v3]T
为无人机相对地球的速度在视轴坐标系中的第一分量；v
n
为无人机北速；v
e
为无人机东速；v
v
为无人机垂速；为第一转移矩阵，由成像器视轴的滚动角和俯仰角决定；为第二转移矩阵，由无人机滚动姿态角、俯仰姿态角和偏航姿态角决定；为惯性坐标系到视轴坐标系的转移矩阵，即数据更新指令依据。
[0028]根据本申请实施例提供的技术方案，所述补偿角速度根据以下公式计算得到：
[0029][0030]其中，为补偿角速度；r
l
为成像器沿视轴到地面的斜距。
[0031]根据本申请实施例提供的技术方案，所述无人机吊舱目标搜索控制指令根据以下公式计算得到：
[0032][0033][0034]其中，为无人机吊舱目标搜索控制速度指令。
[0035]根据本申请实施例提供的技术方案，所述坐标系根据以下规则进行预设定：
[0036]所述地球坐标系的坐标原点在地球几何中心，其X轴指向0度经线与0度纬线交点，Z轴通过极轴指北，Y轴通过右手法则得到；
[0037]所述惯性坐标系的坐标原点在导航系统内，其X轴是正北方向；Z
N
轴指向大地，X
N
与Z
N
垂直，Y
N
通过右手定则确定；
[0038]所述吊舱基座坐标系的坐标原点位置与惯性坐标系相同，其X轴方向指向无人机头与无人机的滚动轴平行，Z轴指向无人机底部，与无人机航向轴平行，Y轴可以通过右手定则得到，并且指向无人机的右翼；
[0039]所述视轴坐标系的坐标原点是吊舱内部惯性测量单元测量敏感轴的交点，在俯仰框架与滚动框架均处于零位时，视轴坐标三轴方向与吊舱基座坐标系重合，视轴方向为Z
S
。
[0040]综上所述，本技术方案具体地公开了一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法，包括以下步骤：预设坐标系，坐标系包括地球坐标系、惯性坐标系、吊舱基座坐标系和视轴坐标系；随后无人机中的信息采集模块便会通过无人机的航行采集第一运行信息、第二运行信息和第三运行信息与成像器沿视轴到地面的斜距，便于后续通过这些信息生成无人机吊舱目标搜索控制指令；
[0041]本申请为使得无人机吊舱目标搜索控制指令更加精确，指令规划需要将载机的扰动隔离掉，则本申请通过第一分量与成像器沿视轴到地面的斜距计算得到补偿角速度，使得最终生成的目标搜索指令更加确切，有效解决搜索过程中成图像模糊的问题，同时也避免了地面景物遗的现象；此外，本申请的信息采集模块还具有数据更新指令可以实时更新采集数据，保证所采集数据的时效性。
附图说明
[0042]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0043]图1为一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法的流程示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法，其特征在于，所述目标搜索控制指令规划方法包括以下步骤：预设定坐标系，所述坐标系包括地球坐标系、惯性坐标系、吊舱基座坐标系和视轴坐标系；采集无人机吊舱的第一运行信息，所述第一运行信息由所述无人机吊舱中的位姿测量模块采集得到；所述第一运行信息包括无人机滚动、俯仰和偏航姿态角以及无人机北速、东速和垂速三个线速度；采集无人机吊舱的第二运行信息，所述第二运行信息由所述无人机吊舱中的惯性角速度传感器测量模块采集得到；所述第二运行信息包括成像器视轴的滚动角速度和俯仰角速度；采集无人机吊舱的第三运行信息，所述第三运行信息由无人机吊舱框架角度测量模块采集得到；所述第三运行信息包括成像器视轴的滚动角和俯仰角；获取成像器沿视轴到地面的斜距，所述斜距由无人机吊舱内部测距设备采集得到；设定“行”搜索指令规划速度，所述行搜索指令规划速度采用偏置三角函数形式进行规划；获取“行”扫描规划角速度，所述“行”扫描规划角速度根据所述“行”搜索指令规划速度计算得到；获取无人机相对地球的速度在视轴坐标系中的第一分量，所述第一分量由第一运行信息与第二运行信息计算得到；计算无人机沿地球表面飞行所需补偿角速度，所述补偿角速度由第一分量与成像器沿视轴到地面的斜距计算得到；生成无人机吊舱目标搜索控制速度指令，并输入至伺服控制端，所述目标搜索指令由“行”扫描规划角速度与补偿角速度计算得到。2.根据权利要求1所述的一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法，其特征在于，还包括生成数据更新指令，所述数据更新指令用于实时更新第一运行信息、第二运行信息和第三运行信息；所述生成数据更新指令包括以下步骤：获取第一转移矩阵，所述第一转移矩阵由无人机吊舱的框架角度测量模块采集得到；所述第一转移矩阵为吊舱基座坐标系到视轴坐标系的转移矩阵；获取第二转移矩阵，所述第二转移矩阵由位姿测量模块采集得到；所述第二转移矩阵为惯性坐标系到吊舱基座坐标系的转移矩阵；生成数据更新指令，所述数据更新指令由第一转移矩阵和第二转移矩阵计算得到。3.根据权利要求1所述的一种无人机吊舱的目标搜索控制指令规划方法，其特征在于，所述“行”扫描规划角速度根据以下公式计算得到：
其中，A为垂直于航迹方向吊舱所需进行的“行”搜索角度；L为成像器沿航迹方向在地面成像的纵深长度；V为...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙拓，陈立晶，沈玉秀，董浩，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：