本發(fā)明涉及無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤，特別是涉及一種基于無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤的伺服控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)小目標(biāo)跟蹤和控制問題，通常采用以下方案，但存在許多不足之處。首先，許多現(xiàn)有技術(shù)使用單一類型的傳感器，如光學(xué)傳感器或imu(慣性測(cè)量單元)進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤。這些系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但其檢測(cè)精度和抗干擾能力有限，容易受到環(huán)境變化和噪聲的影響，導(dǎo)致跟蹤效果不佳。其次，傳統(tǒng)的伺服控制系統(tǒng)通常采用單環(huán)控制，即只通過一個(gè)反饋回路來調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。這種方法的控制精度較低，響應(yīng)速度較慢，難以滿足高精度和高動(dòng)態(tài)性的目標(biāo)跟蹤需求。此外，很多現(xiàn)有系統(tǒng)使用預(yù)先設(shè)定的固定路徑進(jìn)行導(dǎo)航，不具備實(shí)時(shí)路徑優(yōu)化能力。這種方法在目標(biāo)移動(dòng)或者環(huán)境變化時(shí)，容易導(dǎo)致跟蹤失敗或誤差增加。最后，在姿態(tài)校準(zhǔn)方面，現(xiàn)有技術(shù)可能僅采用簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)方法，無法充分消除環(huán)境因素(如溫度變化)對(duì)傳感器精度的影響，導(dǎo)致姿態(tài)信息的準(zhǔn)確性較差。

2、單一傳感器系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下表現(xiàn)較差，容易出現(xiàn)跟蹤丟失或精度下降的問題，而且單環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)整能力有限，響應(yīng)速度慢，難以應(yīng)對(duì)高動(dòng)態(tài)性的目標(biāo)跟蹤需求。

3、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)通常采用單一傳感器、單環(huán)控制、固定路徑導(dǎo)航和簡(jiǎn)單校準(zhǔn)等方法，存在檢測(cè)精度低、響應(yīng)速度慢、適應(yīng)性差和姿態(tài)校準(zhǔn)不精確等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種能夠提高小目標(biāo)追蹤精度和速率的基于無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤的伺服控制系統(tǒng)及控制方法。

2、一種基于無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤的伺服控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)包括：小型光學(xué)傳感器組件、圖像處理單元以及三軸伺服控制單元。其中，圖像處理單元包括：圖像跟蹤單元與圖像導(dǎo)航單元。三軸伺服控制單元包括：陀螺imu單元、位置編碼單元、三軸伺服電機(jī)以及伺服控制單元。

3、小型光學(xué)傳感器組件，用于無人機(jī)平臺(tái)獲取目標(biāo)標(biāo)定物的光學(xué)圖像，將光學(xué)圖像傳輸至圖像跟蹤單元，以提取多個(gè)目標(biāo)標(biāo)定物的特征信息。

4、圖像追蹤單元，用于對(duì)接收到的特征信息進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換后，計(jì)算目標(biāo)標(biāo)定物與無人機(jī)平臺(tái)之間的靶面跟蹤距離，根據(jù)靶面跟蹤距離的最小值對(duì)應(yīng)的追蹤信號(hào)分別輸出至圖像導(dǎo)航單元與伺服控制單元。

5、圖像導(dǎo)航單元，用于根據(jù)路徑優(yōu)化策略解析追蹤信號(hào)，生成第一導(dǎo)航路徑，并將第一導(dǎo)航路徑逐級(jí)回傳至伺服控制單元。

6、陀螺imu單元，用于通過三軸傳感器采集目標(biāo)標(biāo)定物的原始姿態(tài)信息，采用溫度分段校準(zhǔn)原始姿態(tài)信息，得到矯正后的姿態(tài)信息，并將姿態(tài)信息周期性的發(fā)送至伺服控制單元。

7、位置編碼單元，用于獲取三軸伺服電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間的絕對(duì)位置，根據(jù)絕對(duì)位置控制啟動(dòng)內(nèi)環(huán)穩(wěn)定回路控制，以及檢測(cè)小型光學(xué)傳感器組件的設(shè)備位置信息，將設(shè)備位置信息傳輸至伺服控制單元，以調(diào)整小型光學(xué)傳感器組件運(yùn)動(dòng)至指定位置。

8、三軸伺服電機(jī)，用于接收伺服控制單元輸出的伺服控制信號(hào)，以根據(jù)目標(biāo)標(biāo)定物的姿態(tài)與位置鎖定無人平臺(tái)分別在滾轉(zhuǎn)方向、方位方向以及俯仰方向上的姿態(tài)與位置。

9、伺服控制單元，用于采用多閉環(huán)嵌套回路控制對(duì)接收的設(shè)備位置信息、姿態(tài)信息以及第一導(dǎo)航路徑進(jìn)行路徑優(yōu)化計(jì)算，生成伺服控制信號(hào)，伺服控制信號(hào)沿多閉環(huán)嵌套回路進(jìn)行饋送。

10、一種基于無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤的伺服控制方法，所述方法包括：

11、根據(jù)無人機(jī)平臺(tái)的小型光學(xué)傳感器組件獲取目標(biāo)標(biāo)定物的光學(xué)圖像，將光學(xué)圖像傳輸至圖像跟蹤單元，以提取多個(gè)目標(biāo)標(biāo)定物的特征信息。

12、根據(jù)圖像追蹤單元對(duì)接收到的特征信息進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換后，計(jì)算目標(biāo)標(biāo)定物與無人機(jī)平臺(tái)之間的靶面跟蹤距離，根據(jù)靶面跟蹤距離的最小值對(duì)應(yīng)的追蹤信號(hào)分別輸出至圖像導(dǎo)航單元與伺服控制單元。

13、根據(jù)圖像導(dǎo)航單元的路徑優(yōu)化策略解析追蹤信號(hào)，生成第一導(dǎo)航路徑，并將第一導(dǎo)航路徑逐級(jí)回傳至所述伺服控制單元。

14、根據(jù)陀螺imu單元的三軸傳感器采集目標(biāo)標(biāo)定物的原始姿態(tài)信息，采用溫度分段校準(zhǔn)原始姿態(tài)信息，得到矯正后的姿態(tài)信息，并將姿態(tài)信息周期性的發(fā)送至伺服控制單元。

15、根據(jù)位置編碼單元獲取三軸伺服電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間的絕對(duì)位置，根據(jù)絕對(duì)位置控制啟動(dòng)內(nèi)環(huán)穩(wěn)定回路控制，以及檢測(cè)小型光學(xué)傳感器組件的設(shè)備位置信息，將所述設(shè)備位置信息傳輸至伺服控制單元，以調(diào)整小型光學(xué)傳感器組件運(yùn)動(dòng)至指定位置。

16、根據(jù)三軸伺服電機(jī)接收伺服控制單元輸出的伺服控制信號(hào)，以根據(jù)目標(biāo)標(biāo)定物的姿態(tài)與位置鎖定無人平臺(tái)分別在滾轉(zhuǎn)方向、方位方向以及俯仰方向上的姿態(tài)與位置。

17、根據(jù)伺服控制單元采用多閉環(huán)嵌套回路控制對(duì)接收的設(shè)備位置信息、姿態(tài)信息以及第一導(dǎo)航路徑進(jìn)行路徑優(yōu)化計(jì)算，生成伺服控制信號(hào)，伺服控制信號(hào)沿多閉環(huán)嵌套回路進(jìn)行饋送。

18、上述基于無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤的伺服控制系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)包括小型光學(xué)傳感器組件、圖像處理單元和三軸伺服控制單元。首先，小型光學(xué)傳感器組件獲取目標(biāo)標(biāo)定物的光學(xué)圖像，并將圖像傳輸至圖像跟蹤單元，以提取目標(biāo)的特征信息。圖像跟蹤單元對(duì)特征信息進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，并計(jì)算目標(biāo)標(biāo)定物與無人機(jī)平臺(tái)之間的靶面跟蹤距離，然后根據(jù)靶面跟蹤距離的最小值輸出追蹤信號(hào)至圖像導(dǎo)航單元和伺服控制單元。圖像導(dǎo)航單元根據(jù)路徑優(yōu)化策略解析追蹤信號(hào)，生成第一導(dǎo)航路徑，并逐級(jí)回傳至伺服控制單元。三軸伺服控制單元包括陀螺imu單元、位置編碼單元、三軸伺服電機(jī)和伺服控制單元。陀螺imu單元通過三軸傳感器采集目標(biāo)標(biāo)定物的原始姿態(tài)信息，采用溫度分段校準(zhǔn)得到矯正后的姿態(tài)信息，并周期性發(fā)送至伺服控制單元。位置編碼單元獲取三軸伺服電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間的絕對(duì)位置，并根據(jù)絕對(duì)位置控制啟動(dòng)內(nèi)環(huán)穩(wěn)定回路，同時(shí)檢測(cè)小型光學(xué)傳感器組件的設(shè)備位置信息，將這些信息傳輸至伺服控制單元，以調(diào)整傳感器組件至指定位置。三軸伺服電機(jī)接收伺服控制單元輸出的伺服控制信號(hào)，根據(jù)目標(biāo)標(biāo)定物的姿態(tài)和位置，鎖定無人平臺(tái)在滾轉(zhuǎn)方向、方位方向和俯仰方向上的姿態(tài)和位置。伺服控制單元采用多閉環(huán)嵌套回路控制，對(duì)接收的設(shè)備位置信息、姿態(tài)信息和第一導(dǎo)航路徑進(jìn)行路徑優(yōu)化計(jì)算，生成伺服控制信號(hào)，并沿多閉環(huán)嵌套回路進(jìn)行饋送。多傳感器融合的設(shè)計(jì)提高了數(shù)據(jù)獲取的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，圖像處理單元和伺服控制單元的協(xié)同工作使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整無人平臺(tái)的位置和姿態(tài)，確保了對(duì)目標(biāo)的穩(wěn)定追蹤。通過多閉環(huán)嵌套回路控制和實(shí)時(shí)反饋調(diào)整，該系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地處理各種復(fù)雜環(huán)境下的目標(biāo)追蹤任務(wù)。其綜合利用傳感器和先進(jìn)控制算法的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)具備高精度和高響應(yīng)性，顯著提升了小目標(biāo)跟蹤的精度和控制效率，實(shí)現(xiàn)了無人平臺(tái)在小目標(biāo)追蹤中的高效能應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種基于無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服控制系統(tǒng)包括：小型光學(xué)傳感器組件、圖像處理單元以及三軸伺服控制單元；其中，所述圖像處理單元包括：圖像跟蹤單元與圖像導(dǎo)航單元；所述三軸伺服控制單元包括：陀螺imu單元、位置編碼單元、三軸伺服電機(jī)以及伺服控制單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置編碼單元包括：滾轉(zhuǎn)編碼器、方位編碼器以及俯仰編碼器；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，

9.一種基于無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤的伺服控制方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的伺服控制系統(tǒng)，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于無人平臺(tái)目標(biāo)追蹤的伺服控制系統(tǒng)及控制方法。所述系統(tǒng)包括：小型光學(xué)傳感器組件、圖像處理單元、陀螺IMU單元、位置編碼單元、三軸伺服電機(jī)以及伺服控制單元。位置編碼單元用于獲取三軸伺服電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間的絕對(duì)位置，啟動(dòng)內(nèi)環(huán)穩(wěn)定回路控制和檢測(cè)設(shè)備位置信息，以調(diào)整小型光學(xué)傳感器組件運(yùn)動(dòng)至指定位置。三軸伺服電機(jī)用于接收伺服控制信號(hào)，根據(jù)目標(biāo)標(biāo)定物的姿態(tài)與位置鎖定無人平臺(tái)分別在滾轉(zhuǎn)方向、方位方向以及俯仰方向上的姿態(tài)與位置。伺服控制單元采用多閉環(huán)嵌套回路控制對(duì)接收的設(shè)備位置信息、姿態(tài)信息以及導(dǎo)航路徑進(jìn)行路徑優(yōu)化計(jì)算，生成伺服控制信號(hào)并饋送回系統(tǒng)。采用本方法能夠提高小目標(biāo)跟蹤精度與伺服控制效率。

技術(shù)研發(fā)人員：廖守億,王仕成,李賾浩,張金生,邱雄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍火箭軍工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2