[發明專利]一種利用無人機進行地面目標定位跟蹤的方法

有效

• 申請號: 202010986965.8
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112213754B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 熊海良;莊眾;朱維紅;任美婷;侯強;王宏蕊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜

1.一種利用無人機進行地面目標定位跟蹤的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，無人機接收衛星導航定位信號，并利用衛星信號接收模塊進行處理得到載波信號；

步驟二，將載波信號分別輸入到兩個強跟蹤局部濾波器中進行濾波處理，然后將兩個強跟蹤局部濾波器的輸出位置信息輸入到主濾波器中進行數據融合，得到無人機的精確位置坐標；

步驟三，無人機向地面目標發送超寬帶信號；

步驟四，地面目標接收超寬帶信號后，對超寬帶信號進行變頻，再轉發至無人機；

步驟五，無人機接收到地面目標轉發的變頻信號后，結合到達時間差，計算出地面目標在無人機坐標系中的位置坐標；

步驟六，將地面目標在無人機坐標系中的位置坐標轉換成在無人機航跡坐標系中的位置坐標；然后，再轉換成在無人機當地坐標系中的位置坐標，最后，轉換成在北京大地坐標系中的位置坐標；

步驟六的具體方法如下：

步驟五計算出的地面目標在無人機坐標系中的位置坐標表示為A_p＝[A_x,A_y,A_z.1]^T，其中A_x,A_y,A_z是地面目標在無人機坐標系中的位置，將其轉換為在無人機航跡坐標系中的位置坐標如下：

B_p＝M₁·M₂·M₃·A_p

式中，M₁為俯仰角α的變換矩陣，M₂為橫滾角γ的變換矩陣，M₃為偏航角β的變換矩陣，分別為：

地面目標位置在從無人機航跡坐標系轉換到無人機當地坐標系的坐標轉換，只需要繞無人機航跡坐標系的z軸旋轉ε角即可，旋轉矩陣為：

其中，

因此，地面目標在無人機當地坐標系中的位置為：

D_p＝M₄·B_p

最后，利用無人機內部模塊將地面目標在無人機當地坐標系中的位置坐標轉換到北京大地坐標系中的位置坐標。

2.根據權利要求1所述的一種利用無人機進行地面目標定位跟蹤的方法，其特征在于，所述步驟一中，衛星信號接收模塊包括中頻接收單元、主處理單元、時鐘電路與系統電源；所述中頻接收單元負責將采集到的衛星導航定位信號進行濾波、下變頻；主處理單元負責將經過濾波的衛星導航定位信號進行解擴、解調、解算位置目標；時鐘電路是由內部振蕩器提供高頻脈沖經過分頻處理后，成為衛星信號接收模塊內部時鐘信號，作為模塊內各部件協調工作的控制信號；系統電源負責為整個衛星信號接收模塊提供上電服務。

3.根據權利要求1所述的一種利用無人機進行地面目標定位跟蹤的方法，其特征在于，所述步驟二的具體方法如下：

(1)將載波信號L分別輸入到兩個強跟蹤局部濾波器中；

(2)計算載波信號的狀態預測誤差和狀態預測協方差矩陣；

(3)利用衰落因子λ_k對狀態預測協方差矩陣進行調整，使濾波估計的結果滿足正交性原理；

(4)兩個強跟蹤局部濾波器分別輸出濾波估計的無人機位置，輸入到主濾波器中，進行數據融合，得到無人機的精確位置坐標。

4.根據權利要求1所述的一種利用無人機進行地面目標定位跟蹤的方法，其特征在于，所述步驟三中，無人機向地面目標發送的超寬帶信號頻率范圍為3.1～10.6GHz。

5.根據權利要求1所述的一種利用無人機進行地面目標定位跟蹤的方法，其特征在于，所述步驟四的具體方法如下：

無人機向地面目標發送的信號頻率為f，第i個地面目標接收到無人機發送的超寬帶信號后，通過自身信號轉發模塊進行變頻轉發，轉發頻率為f+Δf_i，其中，Δf_i為不同地面目標變頻轉發區別于其他地面目標的頻率，Δf_i＝iΔf，i表示第i個地面目標，Δf為信號轉發模塊的固有頻率。