基于時間累計的地面目標定位方法

本發明涉及無人機對地面目標定位，尤其涉及一種基于時間累計的地面目標定位方法。

背景技術：

1、無人機在執行監控任務時，對地面目標的定位精度要求日益嚴格。無人機機載光電轉塔作為一種重要的目標跟蹤與定位工具，其性能直接影響到監控任務的效率和質量。然而，傳統的無人機目標定位方法存在一些固有的局限性。

2、盡管現代無人機監控技術已經取得了顯著進展，但目標定位的準確性仍然是一個挑戰。傳統的定位方法往往依賴于瞬時測量，這些測量可能因為傳感器誤差、環境干擾或飛機的動態變化而受到影響。隨著飛行時間的延長，這些誤差往往會累積，導致定位精度隨時間降低。

3、為了應對這一挑戰，業界開始研究基于時間累計的定位方法。這些方法的核心思想是通過在較長時間內對目標進行連續觀測，利用時間累積的數據來逐步消除定位誤差。與傳統方法相比，基于時間累計的定位方法可以更有效地利用飛行過程中收集的大量數據，通過統計分析和信號處理技術，提高定位的準確性和可靠性。

技術實現思路

1、本發明為解決上述問題，提供一種基于時間累計的地面目標定位方法。

2、本發明目的在于提供一種基于時間累計的地面目標定位方法，具體包括如下步驟：

3、s1.無人機按照預定的直線航線飛行，無人機機載光電轉塔對準并持續跟蹤地面目標；

4、s2.收集在不同角度下的目標位置觀測數據，將數據存儲于無人機的機載計算機中；

5、s3.對收集的數據進行實時處理和分析，以識別隨機誤差模式；通過對數據進行濾波和融合，消除誤差并提高定位結果精度。

6、優選的，步驟s1具體包括如下子步驟：

7、s101.無人機按照預定的直線航線飛行，當無人機位于預定的航線起點時，機載光電轉塔開始對目標進行初始跟蹤，記錄此時光電轉塔的方位角為 a1；

8、s102.當無人機飛行至預定的航線終點時，無人機機載光電轉塔記錄此時光電轉塔的方位角為 a2；

9、s103.計算航線起點和航線終點處光電轉塔的方位角差值δ a：

10、δ a= a2- a1。

11、優選的，方位角差值δ a大于等于10°。

12、優選的，目標位置觀測數據包括但不限于目標的經緯度坐標數據、高度信息數據以及與無人機的相對位置數據；所述目標位置觀測數據表示為：

13、；

14、其中，i表示觀測序列，表示目標緯度的觀測數據，表示目標經度的觀測數據，表示目標高度的觀測數據。

15、優選的，步驟s3的處理過程具體包括如下子步驟；

16、s301.建立觀測模型：建立觀測模型以關聯真實位置和觀測位置；

17、；

18、其中， h是觀測模型矩陣，是目標的真實位置， ni是第i次觀測的噪聲向量，是第i次觀測的目標位置觀測數據；

19、假設觀測模型矩陣 h是可逆的，那么目標的真實位置可以表示為：；

20、s302.建立誤差模型：假設噪聲向量 ni為零均值的高斯分布，則其協方差矩陣為 cni；

21、s303.使用加權最小二乘法定義代價函數來最小化觀測誤差，通過對關于求導并設導數為零，得到正規方程；

22、代價函數表達式如下：

23、；

24、；

25、正規方程如下：

26、；

27、s304.求解正規方程得到最優估計：

28、；

29、s305.在動態環境中使用卡爾曼濾波器融合一系列的觀測數據，進一步改進目標位置的估計；卡爾曼濾波器的目標位置預測公式為：

30、；

31、其中，是當前時刻的最優估計，是基于前一時刻觀測的最優估計， kk是卡爾曼增益，是當前時刻的觀測數據， hk是當前時刻的觀測模型。

32、優選的，卡爾曼增益 kk的計算公式如下：

33、；

34、其中，為當前預測誤差的協方差矩陣，為當前時刻的觀測模型 hk的轉置，為觀測噪聲協方差矩陣。

35、與現有技術相比，本發明能夠取得如下有益效果：

36、1.提高定位精度：本發明通過在直線航線上對目標進行持續跟蹤，利用時間累積的數據逐步消除定位誤差，顯著提高了目標定位的精度。這種方法特別適用于長時間監控任務，能夠確保隨著時間的推移，定位結果的準確性得到持續改善。

37、2.增強魯棒性：由于本發明采用時間累計的數據來消除隨機誤差，因此對環境變化和傳感器噪聲具有更強的抵抗力。這使得無人機在復雜或變化的環境中仍能保持穩定的定位性能。

38、3.優化數據處理：本發明的數據處理算法專門設計用于處理長時間累積的數據，能夠有效地篩選和整合關鍵信息，減少噪聲干擾，從而提高數據處理的效率和準確性。

39、4.實時性能：盡管本發明處理的數據量較大，但通過優化的算法設計，確保了數據處理的實時性，滿足了無人機在飛行過程中對目標進行實時跟蹤和定位的需求。

40、5.適應性強：本發明的方法不依賴于特定的環境條件或目標特性，具有很好的普適性，能夠適應不同的應用場景和目標類型。

41、6.易于集成：本發明的技術方案可以方便地集成到現有的無人機監控系統中，為現有系統提供高精度定位能力的升級，而無需進行大規模的硬件改動或更換。

42、7.提升應用價值：通過提高無人機的定位精度和可靠性，本發明能夠顯著提升無人機在軍事偵察、環境監測、交通管理、農業測繪、緊急救援等領域的應用價值，為用戶提供更為精確和可靠的服務。

43、8.增強決策支持：準確的目標定位信息為指揮決策提供了強有力的支持，使得決策者能夠基于可靠的數據快速做出反應，特別是在緊急救援和災害響應等情況下。

技術特征：

1.一種基于時間累計的地面目標定位方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種基于時間累計的地面目標定位方法，其特征在于：所述步驟s1具體包括如下子步驟：

3.根據權利要求2所述的一種基于時間累計的地面目標定位方法，其特征在于：所述方位角差值δa大于等于10°。

4.根據權利要求1所述的一種基于時間累計的地面目標定位方法，其特征在于：所述目標位置觀測數據包括但不限于目標的經緯度坐標數據、高度信息數據以及與無人機的相對位置數據；所述目標位置觀測數據表示為：

5.根據權利要求1所述的一種基于時間累計的地面目標定位方法，其特征在于：所述步驟s3中的算法包括建立觀測模型、建立誤差模型、加權最小二乘法、卡爾曼濾波器以及數據濾波和融合算法。

6.根據權利要求5所述的一種基于時間累計的地面目標定位方法，其特征在于：所述步驟s3的處理過程具體包括如下子步驟；

7.根據權利要求6所述的一種基于時間累計的地面目標定位方法，其特征在于：卡爾曼增益kk的計算公式如下：

技術總結
本發明涉及無人機對地面目標定位技術領域，尤其涉及一種基于時間累計的地面目標定位方法。包括：無人機按照預定的直線航線飛行，無人機機載光電轉塔對準并持續跟蹤地面目標；收集在不同角度下的目標位置觀測數據，將數據存儲于無人機的機載計算機中；通過特定算法對收集的數據進行實時處理和分析，以識別隨機誤差模式；通過對數據進行濾波和融合，消除誤差并提高定位結果精度。優點在于：采用時間累計的數據來消除隨機誤差，因此對環境變化和傳感器噪聲具有更強的抵抗力；提高定位精度、增強魯棒性、優化數據處理、實時性能、適應性強、易于集成、提升應用價值和增強決策支持。

技術研發人員：王宣,劉成龍,白冠冰,付海雙,孫輝,周占民
受保護的技術使用者：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13