无人机对地移动目标实时动态定位软件设计

无人机对地移动目标实时动态定位软件设计

摘要针对传统的无人机对地目标只能“冻结”图像后静态定位，不能实时获取目标位置并得知运动趋势的问题，设计了一种针对运动目标实时动态定位的方法。文章简述了移动目标实时定位的基本原理，给出了工程实现的示例。软件运行结果表明，能够满足设计要求。

【关键词】无人机运动目标定位软件

目标定位系统可以实现对无人机光电侦察图像与飞行姿态等遥测信息的融合，经过一系列算法确定目标的坐标，用于引导战斗机或导弹进行火力打击。传统的软件实现方法是：操作手在软件界面使用触碰或鼠标等工具，将某一时刻的侦察图像“冻结”后，目标定位软件输出无人机所侦察到的目标的经纬度信息。在假设地面无起伏的情况下，可以较为精确的确定目标的地理坐标。此方法在实际应用过程中，无法对地面移动目标实时定位，且无法实现动态定位和目标行为预测。为了弥补传统方法的弱点本文设计了无人机目标动态定位软件，以改善实际应用的不足。

1 目标定位原理

目标定位主要工作原理是使用机载光学成像设备（带有电视/红外摄像机）搜索识别目标，光学成像设备是带有两轴陀螺仪的吊舱式转塔，可以通过地面控制指令命令其做指定的俯仰和方位动作，也可用由图像跟踪算法给出自动控制信号。同时其拍摄的图像通过无线数据链，传送到地面的定位计算机中，地面控制站软件经过复杂的计算，利用摄影测量学技术和多次坐标转换，求得待测目标点的坐标。

2 软件总体设计

2.1 设计思想

软件设计能够符合国军标中关于软件设计的要求，人机界面友好，操作便捷。软件具有的功能特点为：

（1）具有初始化自检、出错信息提示功能；

（2）具有对机载光电设备控制功能；

（3）目标坐标解算功能模块化；

（4）信息存储、处理与情报分发功能。

软件以任务设备控制模块和目标坐标解算模块为软件的核心模块，其它模块包括用户输入相应模块、数据滤波与轨迹预测模块等协同完成系统功能。

2.2 工作流程

软件的具体工作流程如下：

2.2.1 稳瞄平台伺服机构控制

操作手在地面指挥站计算机上使用鼠标、手柄或轨迹球来控制光电转塔的伺服运动。接受用户输入响应，将接收到的输入数据转化为侦察图像中的屏幕坐标，进而控制伺服机构动作指向指定的平台姿态角。

2.2.2 目标定位地理解算

解算过程依据空间坐标系转换的原理，先将无人机BLH坐标转换为XY坐标，代入坐标映射方程，将目标相对于无人机的坐标向量，转换到大地坐标系下，得到移动目标的实时地理位置。

2.2.3 原始数据“圆筛”滤波、轨迹拟合与趋势预测

使用“圆筛”滤波原理，将所有的待处理样本输出为剔除“瑕点”后的数据。经过“筛选”后的目标定位是一个具有一定排布规律的、含有大量离散地理位置点的集合。通过拟合方法梳理出目标所经路径的规律，并对未来其运动趋势作出预测。

2.2.4 数据的存储

采集到的待侦察目标的运动轨迹为以1s为周期

发送的行驶数据，由大量离散轨迹点数据组成。每个轨迹点数据包括目标的ID、经度、纬度、时间、速度、行驶方向共6个数据项。根据大地直角坐标系到高斯

平面坐标系的投影公式，轨迹数据的经度和纬度数据替换成平面坐标坐标的X轴坐标数据和Y轴坐标数据，然后按统一格式存储到数据库中。

软件运行流程图如图3所示。

3 编程与实现

无人机对地移动目标定位跟踪软件系统运行在工业PC机上，编程语言为C#，采用微软VS2008作为开发工具，结合VC6.0编制各个模块的动态连接库进行设计。通过对跟踪算法的选择，可以实现不同跟踪算法下的跟踪效果和位置数据显示。

3.1 通讯接口

该软件系统主要由视频原始图像区、无人机及光电转塔数据仪表盘与基本功能键组成，此外还有信息存储与情报输出设置等截面。

视频原始图像来源为地面链路设备转发的机载电视图像，通讯方式为网络UDP；无人机位置姿态和光电转塔姿态信息、转塔控制指令均为串行RS-422通信；情报数据分发的通讯方式为网络UDP。包含地面目标定位软件的整个目标定位接口信息，如图4所示。

3.2 编程实现

使用VC6.0编写BLH坐标与XY坐标之间相互转换的算法、目标定位的算法的动态连接库

"TPalg.dll"，以备目标定位程序运行调用。程序界面如图5所示。

使用C#编写无人机对地移动目标动态定位程序

主界面，其中调用目标定位算法的核心代码如下：取得大量当前移动目标的坐标值的离散数据，调用“圆筛”滤波和轨迹预测算法后台处理，生成该目标情报数据，输出界面如图6所示。

4 总结

与采用传统定位方法的软件试验结果比较，此方法因来自于无人机测控链路和操作手反应时间的延迟，对移动目标的动态定位相较对固定目标的静态定位，理论精度有所降低。后续可以通过更加智能的方法进行弥补。软件能够实现对移动目标进行动态目标定位，且能够对离散坐标数据形成轨迹预测，预测值可以作为导弹等制导武器的输入，输出情报快速、便捷、丰富，为其它武器平台提前打击提供了可能。

参考文献

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作者简介

杨勇（1984-），男，山东省青州市人，现供职于中国航天空气动力技术研究院。

作者单位

中国航天空气动力技术研究院北京市100074