阅读说明：本技术 基于无人机的超视距目标定位系统及方法 (Beyond-the-horizon target positioning system and method based on unmanned aerial vehicle ) 是由 周国良 李栋 *** 胡剑峰 李云 李务斌 李相莲 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于无人机的超视距目标定位系统及方法,将无人机光电载荷的操控及视频显示都集成在综合头戴设备中,操控光电载荷的搜索、变焦等动作,并且能够自动识别目标,然后对选择的目标自动进行位置解算。无人机的观测视频以画中画的形式在综合头戴设备的显示器中显示,测得目标相对的方位和距离等信息显示在显示器的上部,同时透过显示器能够观察真实的世界,保持较好的环境观察能力。本发明减少了使用无人机观测、定位的操作步骤,简化了交互过程,降低了操作员的负荷,强化了对重点目标和远距离目标的探测能力,也能保持较好的近距离环境观察能力,形成纵深感知。本发明在探测、侦察等领域具有很好的实用价值和广阔的应用前景。(The invention discloses an over-the-horizon target positioning system and method based on an unmanned aerial vehicle, wherein the control and video display of a photoelectric load of the unmanned aerial vehicle are integrated in comprehensive head-mounted equipment, the actions of searching, zooming and the like of the photoelectric load are controlled, the target can be automatically identified, and then the position of the selected target is automatically calculated. The observation video of unmanned aerial vehicle shows in the display of synthesizing head-mounted device with the form of picture-in-picture, and information such as the relative position and the distance of target that measure shows in the upper portion of display, sees through the display simultaneously and can observe real world, keeps better environment observation ability. The invention reduces the operation steps of observation and positioning by using the unmanned aerial vehicle, simplifies the interaction process, reduces the load of operators, strengthens the detection capability of the counterweight target and the remote target, can also keep better short-distance environment observation capability and forms depth perception. The invention has good practical value and wide application prospect in the fields of detection, reconnaissance and the like.)

基于无人机的超视距目标定位系统及方法

技术领域

本发明属于无人机目标定位技术领域，特别涉及一种基于无人机的超视距目标定位系统及方法。

背景技术

在复杂的城市或者野外环境中，单纯依靠传统的人员观测，其任务量巨大且观测范围有限，尤其在复杂、危险等区域，甚至无法观测。由于无人机安全性好，环境适应性强，可以代替人员深入复杂甚至危险等区域进行观测，降低了危险性，扩大了观测范围和观测维度。

而在使用无人机观测时，操作员既要控制无人机的飞行，又要控制光电载荷搜索、变焦等动作。当对观测目标定位时，需要操作触屏或者摇杆等来选择目标进行定位。操作流程较多、复杂、难度较大，大大增加操作员的负荷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于无人机的超视距目标定位系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于无人机的超视距目标定位系统，所述系统包括：无人机光电载荷模块、光电载荷控制模块、控制端姿态检测模块、触发模块、显示模块和目标定位模块；

所述控制端姿态检测模块，用于实时检测控制端的姿态；

所述光电载荷控制模块，用于接收控制端姿态信息，并根据该信息控制无人机光电载荷模块按照控制端的姿态运动；

所述触发模块，用于产生触发信号并将该信号传送至无人机光电载荷模块；

所述无人机光电载荷模块，用于对目标区域进行搜索，识别目标，并在接收到触发信号后对目标进行测距；

所述显示模块，用于显示无人机光电载荷模块观测的视频信息以及视觉实际观测到的外界环境；

所述目标定位模块，用于结合测距结果和无人机光电载荷模块自身的位姿信息解算目标的位置信息，之后根据目标的位置信息和操控员的位置信息解算目标和操控员的相对方位和距离，并将所述方位和距离标注在显示模块上。

进一步地，所述控制端包括操作员的头部和或手部，所述控制端姿态检测模块用于检测头部和或手部的姿态。

进一步地，所述系统还包括标记模块，用于在无人机光电载荷模块识别到目标后，在显示模块上通过告警框标记目标。

进一步地，所述系统还包括跟踪模块，用于跟踪触发模块的运动轨迹。

进一步地，所述跟踪模块在检测到触发模块移动至所述告警框时，由触发模块产生触发信号触发无人机光电载荷模块对目标进行测距。

进一步地，所述光电载荷控制模块、控制端姿态检测模块、触发模块、显示模块、目标定位模块、标记模块和跟踪模块集成于同一设备中，该设备为头戴式设备。

进一步地，所述触发模块包括设置于显示模块上的标志物。

进一步地，所述无人机光电载荷模块中集成可见光、红外、微光和激光。

进一步地，所述显示模块具体采用双目穿透式近眼显示系统。

基于无人机的超视距目标定位系统的定位方法，所述方法包括以下步骤：

控制端姿态检测模块实时检测控制端的姿态，并将该姿态信息实时传送给光电载荷控制模块；

光电载荷控制模块根据所述姿态信息控制无人机光电载荷模块按照控制端的姿态运动；

无人机光电载荷模块在运动过程中对目标区域进行搜索，并识别目标；

标记模块在显示模块上通过告警框标记目标；

跟踪模块实时跟踪触发模块的运动轨迹，在检测到触发模块移动至所述告警框时，由触发模块产生触发信号触发无人机光电载荷模块对目标进行测距；

目标定位模块结合测距结果和无人机光电载荷模块自身的位姿信息解算目标的位置信息，之后根据目标的位置信息和操控员的位置信息解算目标和操控员的相对方位和距离，并将所述方位和距离标注在显示模块上。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)可以通过测量头部姿态等数据以同步控制光电载荷转动、变焦等进行观测，并且能够自动识别目标，然后对选择的目标自动进行位置解算，更加智能化；2)观测视频以画中画的形式在显示器中显示，采用虚拟图标将目标的相对方位和距离等信息在显示器的上部标注出来，同时透过显示器能够观察真实的世界，保持较好的环境观察能力；3)无人机光电载荷模块中集成可见光、红外、微光和激光等，一个模块即可实现昼夜搜索、目标自动识别和实时定位等多种功能，系统的环境适应能力强；4)减少了操作步骤，简化了交互过程，降低了操作员的负荷，强化了对重点目标或远距离目标的探测能力，也能保持较好的近距离环境观察能力，形成纵深感知；5)系统集成度高，体积小，易于携带。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为一个实施例中基于无人机的超视距目标定位系统结构示意图。

图2为一个实施例中基于无人机的超视距目标定位方法流程示意图，其中，图中编号为：1-光电载荷模块，2-综合头戴设备，3-双目穿透式近眼显示器，4-头部姿态检测模块。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，结合图1，提供了一种基于无人机的超视距目标定位系统，该系统包括：无人机光电载荷模块、光电载荷控制模块、控制端姿态检测模块、触发模块、显示模块和目标定位模块；其中，

控制端姿态检测模块，用于实时检测控制端的姿态；

光电载荷控制模块，用于接收控制端姿态信息，并根据该信息控制无人机光电载荷模块按照控制端的姿态运动；

触发模块，用于产生触发信号并将该信号传送至无人机光电载荷模块；

无人机光电载荷模块，用于对目标区域进行搜索，识别目标，并在接收到触发信号后对目标进行测距；

显示模块，用于显示无人机光电载荷模块观测的视频信息以及视觉实际观测到的外界环境；

目标定位模块，用于结合测距结果和无人机光电载荷模块自身的位姿信息解算目标的位置信息，之后根据目标的位置信息和操控员的位置信息解算目标和操控员的相对方位和距离，并将所述方位和距离标注在显示模块上。

这里，可以采用虚拟图标将目标和操控员的相对方位和距离标注在显示模块上。

进一步地，在其中一个实施例中，上述控制端包括操作员的头部和或手部，控制端姿态检测模块用于检测头部和或手部的姿态。

这里，一般优选为头部，一方面可以很好的结合操作员的观察视角，使得无人机光电载荷模块与操作员的观察视角同步，观测操作员想要关注的目标区域，提高目标定位的精度；另一方面可以减少手部的操作动作，降低操作的复杂度，提高安全性。

进一步地，在其中一个实施例中，超视距目标定位系统还包括标记模块，用于在无人机光电载荷模块识别到目标后，在显示模块上通过告警框标记目标。

这里，告警框可以为目标的最小外界矩形。

进一步地，在其中一个实施例中，超视距目标定位系统还包括跟踪模块，用于跟踪触发模块的运动轨迹。

进一步地，在其中一个实施例中，跟踪模块在检测到触发模块移动至所述告警框时，由触发模块产生触发信号触发无人机光电载荷模块对目标进行测距。

进一步地，在其中一个实施例中，所述光电载荷控制模块、控制端姿态检测模块、触发模块、显示模块、目标定位模块、标记模块和跟踪模块集成于同一设备中，该设备为头戴式设备。

采用本实施例的方案，减少了操作步骤，简化了交互过程，降低了操作员的负荷，且提高了系统的集成度，缩小了系统的体积，易于携带。

进一步地，在其中一个实施例中，上述触发模块包括设置于显示模块上的标志物。

这里，标志物可以为十字准星，与枪瞄准系统类似。

进一步地，在其中一个实施例中，上述无人机光电载荷模块中集成可见光、红外、微光和激光。

这里，可见光、红外、微光可实现昼夜搜索，激光可实现目标的测距。

采用本实施例的方案，能够提高系统的环境适应能力。

进一步地，在其中一个实施例中，上述显示模块具体采用双目穿透式近眼显示系统。

这里，将观测视频以画中画的形式在显示器中显示，不仅强化了对重点目标或远距离目标的探测能力，也能保持较好的近距离环境观察能力，形成纵深感知。

结合图2，在一个实施例中，提供了一种基于无人机的超视距目标定位方法，该方法包括以下步骤：

控制端姿态检测模块实时检测控制端的姿态，并将该姿态信息实时传送给光电载荷控制模块；

光电载荷控制模块根据所述姿态信息控制无人机光电载荷模块按照控制端的姿态运动；

无人机光电载荷模块在运动过程中对目标区域进行搜索，并识别目标；

标记模块在显示模块上通过告警框标记目标，如图2(a)中的虚线框所示；

跟踪模块实时跟踪触发模块(图2(a)中的“+”)的运动轨迹，在检测到触发模块移动至所述告警框(如图2(b)中的虚线框所示)时，由触发模块产生触发信号触发无人机光电载荷模块对目标进行测距；

目标定位模块结合测距结果和无人机光电载荷模块自身的位姿信息解算目标的位置信息，之后根据目标的位置信息和操控员的位置信息解算目标和操控员的相对方位和距离，并将所述方位和距离标注在显示模块上(如图2(c)所示)。

在一个实施例中，还提供了一种存储介质，在所述存储介质上存储了程序指令，在说书程序指令被计算机或处理器运行时使得所述计算机或处理器执行本发明实施例的基于无人机的超视距目标定位方法的相应步骤。所述存储介质例如可以包括智能电话的存储卡、平板电脑的存储部件、个人计算机的硬盘、只读存储器、可擦除可编程只读存储器、便携式紧致盘只读存储器、USB存储器、或者上述存储介质的任意组合。所述计算机可读存储介质可以是一个或多个计算机可读存储介质的任意组合。

本发明减少了使用无人机观测、定位的操作步骤，简化了交互过程，降低了操作员的负荷，强化了对重点目标和远距离目标的探测能力，也能保持较好的近距离环境观察能力，形成纵深感知。本发明在探测、侦察等领域具有很好的实用价值和广阔的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。