[發明專利]無人機三維航跡監測方法、系統以及三維監測裝置

有效

• 申請號: 202111316627.4
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN113780246B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 邵瑰瑋;談家英;劉壯;付晶;文志科;周立瑋;胡霽;蔡煥青;陳怡;曾云飛
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: G06V20/20
• 分類號: G06V20/20;G01C11/04;G06T7/20
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 姜麗樓

本申請提供一種無人機三維航跡監測方法、系統以及三維監測裝置，通過無人機三維航跡監測系統對無人機目標進行監控。無人機三維航跡監測方法包括：通過同光軸的雙相機對無人機目標進行搜索，并識別無人機目標；通過雙相機對無人機目標進行跟蹤，獲取觀測點與無人機目標的距離、無人機目標的俯仰角和無人機目標的旋轉角，實時計算無人機目標的三維坐標，并預測無人機目標的三維軌跡。本申請的方法不需要人工干預，通過雙相機的配合，能夠有效防止跟蹤過程中無人機目標的丟失，并且還能進行無人機的航跡預測，監測精度高。系統采用模塊化設計，適用領域廣，可根據應用條件平衡系統性能和成本。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種用于無人機三維航跡監測方法、系統以及三維監測裝置。

背景技術

近年來，無人機廣泛應用于電力、石油、交通、安防巡檢。市面上無人機廠商型號眾多，質量良莠不齊，需要進行量化的飛行性能檢測。無人機操作人員需參加飛行操作資質和專業技能培訓，主要依靠現場教員采用肉眼觀察，培養合格的無人機操作手培養成本高、難度大、效率低，不易于無人機推廣應用。傳統的多旋翼無人機飛行性能檢測和操作培訓考核，多采用裁判現場打分的形式，缺乏科學量化的評價手段。固定翼無人機飛行高度高，距離遠，無法采用裁判打分的方式評價其飛行性能。在安防領域，飛行安全事故和無人機非法入侵時有發生，但及時發現定位外部無人機入侵一直是安防的難題。

目前無人機三維位置測量方法可以分成四類。

一是通過測量站點對空組網觀測采用共線方程解算無人機三維位置的方式。該類方法無法應用于長距離上的移動目標觀測，例如在數百至數千米距離對固定翼無人機飛行性能檢測。由于無法對觀測范圍外的無人機進行檢測，因此也無法應用與無人機非法入侵監測。

二是通過有源或無源雷達探測的方式。但是，無人機數圖傳鏈路功率小，無源雷達探測距離有限。在工作距離內，無人機位置測量不夠精確，僅能探測到無人機的大概方位，無法精確測距定位。不能用于無人機性能試驗檢測或培訓考核。也無法為無人機主動防御裝置提供準確的無人機目標位置。有源雷達成本較高，無人機屬于低小慢目標，多普勒效應不明顯，導致雷達探測效果差，且易受到飛鳥等目標干擾造成系統誤報。有源雷達存在電磁波輻射，對附近電子設備存在電磁干擾等問題。有源雷達安裝布設需要證照手續等，且成本高，難以大范圍推廣應用。

三是通過事先在帶觀測無人機上加裝GNSS定位裝置。但是在復雜背景下會出現其他目標誤報、虛警等問題。目標跟蹤和伺服過程也沒有進行誤差補償等手段，只能實現無人機位置方向的跟蹤，無法解算目標在地理坐標系下的精確空間位置，其觀測數據由于各項系統誤差源不可控。

四是采用光電一體設備進行目標識別跟蹤的方式。但是缺乏從復雜背景下提取出位置未知的移動目標的魯棒性，需要手動或者由其他系統提供目標位置的初值，才能控制相機捕捉到移動目標。不能預測計算目標的下一步方位，當目標速度較快時，將導致無法技術搜索到有效目標，從而產生跟蹤誤差甚至目標丟失，降低目標的跟蹤性能。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種無人機三維航跡監測方法、系統以及三維監測裝置，以解決現有技術中存在的監測范圍小，從復雜背景中準確識別出空中飛行的無人機目標結算其三維坐標，計算并預測其飛行航跡困難等問題。

在第一方面，一種無人機三維航跡監測方法，其特征在于，包括：

通過同光軸的雙相機對無人機目標進行搜索，并識別無人機目標；

通過雙相機對無人機目標進行跟蹤，獲取觀測點與無人機目標的距離、無人機目標的俯仰角和無人機目標的旋轉角，實時計算無人機目標的三維坐標，并預測無人機目標的三維軌跡。

進一步地，

所述通過同光軸的雙相機對無人機目標進行搜索，并識別無人機目標采用圖像處理技術，所述圖像處理技術包括幀差分算法和第一深度學習目標識別算法。