无人机光电载荷地理跟踪控制研究

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1、第42卷第2期2012年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．2Mar．2012无人机光电载荷地理跟踪控制研究贾伟，孙美蕊，李大健(西北工业大学365研究所，陕西西安710065)摘要：无人机定点侦察过程中，将地理目标点或图像目标快速锁定在视场内。是十分重要的。在实时定点航迹规划与跟随控制的基础上，提出了光电任务栽荷地理跟踪算法，并通过仿真和飞行试验，证明算法可以满足机载平台对地面目标快速锁定的要求。关键词：无人机；光电载荷；地理跟踪；定点侦察中图分类号：V247．2文献标识码：

2、A文章编号：1671．654X(2012)02．0117．03GeographicalTrackingAlgorithmofUAVEO／IRPayloadJIAWei，SUNMei—mi，LIDa—jian(The365Academe，NorthwestPolytechnicUniversity，Xi’口n7100658，China)Abstract：IntheconditionofUAV’Sreal—timestatingreconnaissance，thegeographicaltrackingalgorithmofUAVEO／I

3、RPayloadisdesignedforsmartgettingandtrackingtargetinvisionfieldbyselectingpointfrommaporimage．Astheresultofsimulationandflighttest，it7Sprovedthatthealgorithmiseffectiveoncontrollingpayloadtomeetrequisitionofsmartgettingandtrackingtarget．Keywords：UAV；EO／IRpayload；geograp

4、hicaltracking；staringreconnaissance引言光电侦察型无人机在对地进行侦察时，由于链路传输延时引起的操纵振荡，任务操纵手很难捕获到地面目标，尤其在地物背景单一的情况下，单纯利用手动搜索+图像跟踪模式⋯很难实现对目标的快速锁定。特别在有云层等遮挡情况下导致目标“跟丢”。引入地理跟踪技术，利用电子地图选取目标点或图像目标实时定位解算获得目标“伪位置”旧J，结合光轴稳定平台测角以及飞机航姿和位置参数，进行空中三角几何解算，实现光电转台“定点凝视”的数字引导功能，并结合图像跟踪技术，可解决目标快速捕获问题。本文通

5、过建立转台方位角和高低角数引模型，解决了无人机动态飞行过程中控制光轴持续指向目标的问题；依据规划航线和飞机姿态与高度信息建立了“视线定角”的平台数引模型，改善了条带连拍性能和区域搜索的操作疲劳度。以图像跟踪为主，地理跟踪为辅口J，采用实时计算跟踪目标位置，可以保持目标持续稳定跟踪。1光电载荷地理跟踪系统结构光电载荷地理跟踪系统结构如图1所示。阢地理住Ⅸ，yu托)拄丝垄垡∽，y‘，冠)方位角与高低角绐定量解算图l光电载荷地理跟踪系统结构其中：叼i、玉表示稳定转台方位角、高低角给定量；玑手表示稳定转台方位角、高低角；An、△f表示稳定转台

6、方位角、高低角控制量。2光电载荷方位角与高低角控制量解算光电载荷方位角与高低角都是以机体坐标作为参考系，因此目标点的大地坐标需转换到机体坐标，在机体坐标系下计算目标点的空间矢量角，从而得到稳定平台的方位角和高低角给定量。大地坐标系、机体坐标系和摄像坐标系关系见图2。地理坐标系下，目标收稿日期：2012—02—15基金项目：国家自然科学基金项目资助(61074155)作者简介：贾伟(1980一)，男，黑龙江安达人，工程师，工学硕士。主要研究方向为无人机导航与控制。鬻塑·118·航空计算技术第42卷第2期刚骓]电机以及方位俯仰陀螺性能参数

7、确定以后，对内外环通过仿真分析滤波环节、校正环节的具体参数，指导系(1)统设计。图3给出了以速度环为内环的方位轴位置环控制方块图。目标在机体坐标系下的坐标可利用旋转矩阵[41求得，将矩阵展开：Xbj=cos(口)cos(砂)鼍+cos(O)sin(@)匕一sin(O)Zp‘(2)‰=(sin(O)sin(O)cos(砂)一cos(咖)sin(@))瓦+(sin(qb)sin(O)sin(@)+cos(咖)cos(I步))L—sin(咖)COS(0)Z。(3)Zbj=(cos(qb)sin(p)cos(砂)+sin(qb)sin(砂))

8、墨+(cos(4,)sin(0)sin(@)一sin(咖)eos($))yD—cos(币)COS(0)Z。(4)于是，可以利用公式(2)～(4)得到的目标在机体坐标系下的空间位置，利用该位置可计算得到对应的矢量角，即稳定