本發(fā)明涉及無人機(jī)反制，尤其是涉及一種基于空對空視覺識別的反無人機(jī)系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

1、近年來深度學(xué)習(xí)的迅速發(fā)展對目標(biāo)識別等下游任務(wù)起到了極大的促進(jìn)作用，無人機(jī)作為正在廣泛普及的低空飛行器，給人們帶來便利的同時也造成了很多危險(xiǎn)事故的發(fā)生，此外在無人機(jī)智能反制領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)的空白迫切需要一種高效、快速的反無人機(jī)視覺識別系統(tǒng)及有效的反制措施。

2、關(guān)于無人機(jī)識別技術(shù)，我們注意到現(xiàn)有成果大多直接借用cv領(lǐng)域的模型方法，如yolov5模型等，并以此為核心構(gòu)建相應(yīng)檢測系統(tǒng)，但鑒于無人機(jī)飛行速度較快（如fpv無人機(jī)），模型算法的實(shí)時性、反制技術(shù)的有效性成為瓶頸，現(xiàn)有視覺識別技術(shù)通常無法在高幀率下實(shí)時捕獲高速飛行的無人機(jī)，而現(xiàn)有反制措施（如電磁干擾，霰彈打擊等）也無法起到非常有效的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于空對空視覺識別的反無人機(jī)系統(tǒng)與方法，以解決上述背景技術(shù)中存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于空對空視覺識別的反無人機(jī)系統(tǒng)，包括：

3、探測單元，用于無人機(jī)周圍空域視覺探測，實(shí)時傳輸視頻信息，并獲取監(jiān)控信息；

4、云臺單元，用于帶動探測單元轉(zhuǎn)動；

5、運(yùn)動單元，用于空中巡邏、跟隨目標(biāo)；

6、捕網(wǎng)單元，用于捕獲及回收目標(biāo)；

7、主控單元，用于向探測單元發(fā)送探測控制指令，接收探測單元傳輸?shù)谋O(jiān)控信息、接收云臺單元的方位信息，并向云臺單元發(fā)送云臺控制指令、接收運(yùn)動單元的方位信息，并向運(yùn)動單元發(fā)送無人機(jī)電機(jī)控制指令及向捕網(wǎng)單元發(fā)送捕網(wǎng)指令。

8、優(yōu)選的，探測單元包括云臺搭載的相機(jī)視覺檢測設(shè)備、激光視覺檢測設(shè)備、紅外視覺檢測設(shè)備中的一種或幾種，還包括圖像傳輸模塊和目標(biāo)識別模塊，相機(jī)視覺檢測模塊采用單目相機(jī)，將三維世界二維化，獲得無人機(jī)周圍空域的視頻信息，是最常用的視覺檢測設(shè)備之一，?通過光學(xué)傳感器采集物體的圖像，?并利用圖像處理算法提取特征信息，?如邊緣、?紋理、?顏色等，?實(shí)現(xiàn)物體的檢測、?識別和分析。激光視覺檢測設(shè)備是在模擬攝像機(jī)上配上激光燈源，激光燈采用光斑均勻強(qiáng)化技術(shù)，光斑自動對焦技術(shù)，畫面廣度強(qiáng)，更均勻。紅外視覺檢測設(shè)備利用紅外光線對物體進(jìn)行掃描，?通過測量紅外輻射或反射來獲取物體的熱特征和紅外圖像。可以實(shí)現(xiàn)對夜晚等光線不足場景下對目標(biāo)區(qū)域的有效監(jiān)控。

9、優(yōu)選的，圖像傳輸模塊將相機(jī)視覺檢測設(shè)備、激光視覺檢測設(shè)備或紅外視覺檢測設(shè)備捕獲的視頻流通過uart接口有線傳輸給模擬圖傳，模擬圖傳利用mavlink協(xié)議將視頻流編碼后，通過無線通信鏈路發(fā)送至地面站，地面站的目標(biāo)識別模塊獲取無人機(jī)視覺檢測模塊的視頻流，通過目標(biāo)識別算法實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)飛行器的識別。

10、優(yōu)選的，目標(biāo)識別算法包括yolov8-skipnet模型或swint模型。

11、優(yōu)選的，yolov8-skipnet模型具體包括：

12、模型訓(xùn)練階段，使用接近實(shí)際目標(biāo)識別場景的圖片組成uav數(shù)據(jù)集，包含不同背景、不同外形、不同姿態(tài)的無人機(jī)圖片，將uav數(shù)據(jù)集分為兩個驗(yàn)證集，使用一個uav驗(yàn)證集對模型進(jìn)行監(jiān)督訓(xùn)練，并不斷使用另一uav驗(yàn)證集對模型進(jìn)行評估，直至模型性能滿足需求；

13、實(shí)際推理階段，目標(biāo)識別模塊獲取無人機(jī)視覺檢測模塊的視頻流，采用跳幀技術(shù)每隔幀截取一張圖提供給識別模型，再通過預(yù)訓(xùn)練模型實(shí)時標(biāo)注uav實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識別。

14、優(yōu)選的，swint模型由若干階段組成，每個階段包含若干個?swin?transformerblock，swint模型的輸入是分塊的圖像，經(jīng)過逐層處理，最終輸出特征用于分類或其他任務(wù)。

15、優(yōu)選的，云臺單元為高精度三軸增穩(wěn)云臺，包括航向、俯仰、橫滾三軸，?能夠保持相機(jī)在水平方向和垂直方向的穩(wěn)定性。?高精度三軸增穩(wěn)云臺主要由底座、?旋轉(zhuǎn)軸、?云臺支架、?電機(jī)等部件組成，其中云臺角度抖動量±0.01°，可控俯仰轉(zhuǎn)動范圍-90°~?+25°，可控水平轉(zhuǎn)動范圍-270°~?+270°，橫滾轉(zhuǎn)動范圍-45°?~+45°，云臺上的電機(jī)控制器接受來自地面控制單元的指令，完成解碼并控制云臺電機(jī)完成相應(yīng)動作；運(yùn)動單元為無人機(jī)動力裝置，主要由底座、控制器、電機(jī)、槳葉等部件組成。動力電機(jī)接受無人機(jī)上飛控板的指令，控制電機(jī)完成相應(yīng)動作，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)對目標(biāo)的跟隨追蹤；捕網(wǎng)單元由捕網(wǎng)發(fā)射裝置和捕捉網(wǎng)組成，地面控制單元發(fā)出指令，使飛控板的某一電平輸出接口的高（低）電平變?yōu)榈停ǜ撸╇娖剑瑔硬毒W(wǎng)發(fā)射裝置，發(fā)射并張開捕捉網(wǎng)；主控單元由地面控制單元和無人機(jī)上的飛控板組成，地面控制單元由一個具有ubuntu操作系統(tǒng)和ros（如ros?melodic）的電腦組成，飛控板為支持開源飛控固件如px4與（或）ardupilot且具有除電機(jī)控制接口外盈余的電平輸出接口的開源飛控板。

16、ros（robot?operating?system）是一個用于機(jī)器人軟件開發(fā)的框架，提供一套工具和庫來幫助開發(fā)者創(chuàng)建復(fù)雜而可靠的機(jī)器人行為。當(dāng)部署于無人機(jī)地面站時，ros通過mavlink通信協(xié)議與無人機(jī)飛控板進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。mavlink是一種輕量級的消息傳遞協(xié)議，用于無人機(jī)和地面站之間的實(shí)時通信。通過ros節(jié)點(diǎn)，地面站可以發(fā)送指令和接收無人機(jī)的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的控制和監(jiān)控。

17、一種基于空對空視覺識別的反無人機(jī)方法，包括以下步驟：

18、s1、地面控制單元根據(jù)接收到的目標(biāo)識別信息，生成運(yùn)動控制指令，并進(jìn)行測距解算，生成捕網(wǎng)控制指令；

19、s2、向無人機(jī)飛控板發(fā)送控制指令；

20、s3、飛控板控制云臺單元的電機(jī)、無人機(jī)動力裝置的電機(jī)和捕網(wǎng)發(fā)射裝置。

21、優(yōu)選的，s1中的運(yùn)動控制指令通過運(yùn)動控制算法生成，具體為：運(yùn)動控制算法預(yù)測目標(biāo)物體的移動方向和速度，用于提前調(diào)整無人機(jī)的位置和姿態(tài)；根據(jù)目標(biāo)的位置和預(yù)測路徑，規(guī)劃其飛行路徑，逐漸靠近目標(biāo)，直至達(dá)到捕網(wǎng)位置；采用測距算法進(jìn)行測距解算，具體為：基于相似三角形的原理，?通過拍攝目標(biāo)物體的圖像，?利用圖像處理技術(shù)測量物體的像素寬度或高度，?結(jié)合相機(jī)的焦距和物體與相機(jī)之間的距離關(guān)系，計(jì)算物體與相機(jī)之間的距離；對于圖像中所識別的像素寬度為p的目標(biāo)，假設(shè)其實(shí)際寬度為w，距目標(biāo)距離為d，則相機(jī)焦距為，已知相機(jī)焦距則得到目標(biāo)距離，?這種方法不需要復(fù)雜的立體視覺系統(tǒng)或多個相機(jī)，?亦不需要額外安裝距離傳感器，因此成本較低，?且易于實(shí)現(xiàn)。

22、優(yōu)選的，s2中的控制指令的傳輸通過mavlink通信協(xié)議打包，地面控制單元創(chuàng)建ros?topic并發(fā)送至無人機(jī)飛控板，并進(jìn)行解碼獲取信息，通過電信號控制電機(jī)與捕網(wǎng)單元。

23、主控單元接收到目標(biāo)識別信息后，通過運(yùn)動控制算法生成運(yùn)動控制指令，控制無人機(jī)追隨目標(biāo)飛行，并控制云臺單元轉(zhuǎn)動使探測單元始終對準(zhǔn)目標(biāo)；同時，通過測距算法檢測與目標(biāo)之間的距離，到達(dá)捕網(wǎng)單元有效范圍后發(fā)送捕網(wǎng)指令，捕獲目標(biāo)無人機(jī)。

24、因此，本發(fā)明采用上述一種基于空對空視覺識別的反無人機(jī)系統(tǒng)與方法，具備以下有益效果：

25、（1）將主控單元主要集中在地面平臺，無人機(jī)平臺上除普通無人機(jī)飛行時必需的飛控板外沒有冗余的用于控制的部件，減輕了無人機(jī)自重，大大提高了機(jī)動性，且使本反無人機(jī)系統(tǒng)既適用于普通無人機(jī)，也尤其適用于具有“輕、小、快”特點(diǎn)的穿越機(jī)；

26、（2）將捕網(wǎng)單元中測距模塊的功能和探測單元的功能由同一裝置實(shí)現(xiàn)（均是由攝像頭拍攝視頻畫面后傳輸至地面站，隨后由單目視覺算法或目標(biāo)識別算法解算），避免引入額外的測距傳感器等部件，提高系統(tǒng)集成化水平；

27、（3）執(zhí)行跟蹤任務(wù)時引入運(yùn)動測距算法，用于預(yù)測目標(biāo)物體可能的移動方向和速度，以便提前調(diào)整無人機(jī)的位置和姿態(tài)，規(guī)劃接近目標(biāo)的飛行路徑。引入運(yùn)動估計(jì)的路徑規(guī)劃與姿態(tài)控制算法增加了運(yùn)動單元追蹤的準(zhǔn)確性和面對被追捕無人機(jī)的視頻流短暫失聯(lián)時追蹤的魯棒性；

28、（4）通過使用飛控板、捕捉網(wǎng)等裝置均為市面上易購得的產(chǎn)品，未引入復(fù)雜機(jī)構(gòu)或裝置，可利用較低的成本與簡單的人工操作實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主穩(wěn)定完成起飛、追蹤、捕獲任務(wù)。

29、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。