[發(fā)明專利]一種使用單架無人機追蹤移動源的方法

有效

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• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113359837B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 單馮;李增保;羅軍舟;楊明;吳文甲
• 申請（專利權(quán)）人: 南京逸智網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)創(chuàng)新研究院有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;B64C39/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 陸燁

本發(fā)明公開了一種使用單架無人機追蹤移動源的方法，具體為：步驟1：安裝在單架無人機上的UWB傳感器實時采集單架無人機與移動源之間的距離；步驟2：當(dāng)移動源按照某個速度方向勻速直線運動時，根據(jù)UWB傳感器實時采集到的距離以及相對速度變換的方法計算移動源相對于單架無人機的相對速度，從而估計移動源速度方向，根據(jù)移動源速度方向計算移動源的速度v_s；步驟3：根據(jù)移動源的速度，計算得到單架無人機相對于移動源的相對速度，并基于多點數(shù)據(jù)融合策略，估計移動源的位置。本發(fā)明算法簡單有效，邏輯清晰，針對移動源追蹤問題給出了一種精確的速度估計算法和快速的源位置定位方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于源追蹤研究技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無人機往往被定義為不需要人類操作人員控制，使用空氣動力學(xué)提供升力，可以自主飛行或被遠(yuǎn)程操控，并可攜帶特定傳感器的動力飛行器.與傳統(tǒng)的載人飛機相比，無人機更適合復(fù)雜危險環(huán)境下的任務(wù)執(zhí)行。如今許多科研工作者對許多民用和軍事任務(wù)的無人機發(fā)展具有極大的興趣，無人機的應(yīng)用場景也很多，例如水面?zhèn)刹欤o助執(zhí)法，災(zāi)難援助，電信中繼，邊界監(jiān)視，農(nóng)業(yè)測量，電力系統(tǒng)監(jiān)測，考古現(xiàn)場控制等。

源追蹤問題中的源是一個很抽象的概念，具體到現(xiàn)實世界中，源可以看作是對外釋放氣體濃度信號的化學(xué)源，如1984年印度發(fā)生的Bhopal氣體泄漏是工業(yè)化學(xué)界最嚴(yán)中的一次事故，超過五十萬人被暴露在有毒氣體中.又比如加州Aliso Canyon氣體泄漏致使超過100000噸的甲烷氣體釋放到空氣中，對附近居民的安全造成了極大的威脅。因此可以說，如果這樣的化學(xué)源能被快速的定位追蹤到，那么這種事故的負(fù)面影響就能被很大程度的降至最低。同時，源也可以看作是一種對外發(fā)出無線電信號的無線源，例如車載移動偽基站就是一種移動的無線源，而追蹤捕獲移動偽基站也是一件非常有實際意義的事。一些生物學(xué)家通過將RF(Radio Frequency)源安裝在野生動物身上，以此來研究野生動物種群的習(xí)性，這里的RF源也可看作是一種無線源。通過上面提及的幾個例子可以總結(jié)，源追蹤問題通常是指通過感知源的信息來定位源的位置，或者跟蹤、監(jiān)視、捕獲源。

無人機用于源追蹤問題場景具有很多優(yōu)點：1)無人機不會受到地形的約束，且能在危險的環(huán)境中執(zhí)行尋源任務(wù)。2)無人機本身又具有高度的靈活性，能提升尋源效率。3)無人機硬件設(shè)計往往采用模塊化的設(shè)計思想，因而也更易維護(hù)，且能在不同尋源場景下按需配置相應(yīng)的傳感器。雖然使用無人機進(jìn)行源追蹤已經(jīng)被廣泛的研究了，但是以往的研究往往假設(shè)源是固定不動的，而在現(xiàn)實場景下源很有可能是移動的，比如帶有RF的野生動物和移動偽基站等，可能使得估計結(jié)果不夠精確。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種使用單架無人機追蹤移動源的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種使用單架無人機追蹤移動源的方法，具體包括如下步驟：

步驟1：安裝在單架無人機上的UWB傳感器實時采集單架無人機與移動源之間的距離；

步驟2：當(dāng)移動源按照某個速度方向勻速直線運動時，根據(jù)UWB傳感器實時采集到的距離以及相對速度變換的方法計算移動源相對于單架無人機的相對速度，從而估計移動源的速度矢量；

步驟3：根據(jù)移動源的速度矢量，計算得到單架無人機相對于移動源的相對速度，并基于多點數(shù)據(jù)融合策略，估計移動源的位置。

進(jìn)一步的，所述步驟1中UWB傳感器采集到的單架無人機與移動源之間的距離為：

y_t＝f(s_t,x_t)+ε

f(s_t,x_t)表示第t次采樣時無人機與移動源之間的真實距離，ε為UWB傳感器固有的測量誤差，ε服從N(0,δ²)，N(.)為高斯分布，δ為標(biāo)準(zhǔn)差。

進(jìn)一步的，所述步驟3具體為：