尖端无人机技术:GPS 干扰环境中动态目标跟踪的新方法
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  • 李晓虹
  • 2023-08-29 13:58:00 3010

在《工程学》杂志上发表的一篇研究报告中,研究人员探索了一种革命性的图像基础视觉伺服(IBVS)技术,旨在提升无人机在GPS信号不佳情况下追踪移动物体的能力。这项研究的焦点是“无人机动态目标追踪”——一种针对目标速度估计、图像深度测量以及稳定追踪的全面解决方案。

研究团队构建了一套虚拟摄像头模型,简化了图像动态,适用于欠驱动无人机系统。针对动态目标的不可预知旋转和速度变化,他们创新性地开发了图像深度估计方法,该方法超越了传统IBVS技术的局限,能够追踪任意旋转方向的目标,确保图像特征的精准定位和目标轨迹的流畅性。

为了准确衡量无人机与目标的相对速度,研究者设计了一套速度观测系统,巧妙地规避了直接测量平移速度的问题,同时有效降低了由噪声数据引发的控制波动。此外,他们引入了一种基于积分的滤波技术,用以抵消环境干扰,增强无人机的稳定性。

运用Lyapunov稳定性理论,研究者对速度观测器和IBVS控制器的稳定性进行了深入分析,并通过模拟和多阶段实验,证实了该方法在追踪快速旋转目标时的稳定性和抗干扰性。

研究的核心贡献包括:

  1. 创新的图像深度估计:研究团队提出了无需追踪目标旋转信息即可实现图像深度精确估计的新模型,使得IBVS控制器能有效追踪任何方向的动态旋转目标。

  2. 优化的速度观测系统:设计了一种专用的速度观测系统,测量无人机与移动目标之间的相对速度,即使在缺乏GPS信号的环境下也能保持高效运行,同时减少因噪声导致的控制波动。

  3. 基于积分的滤波技术:开发了一种新型的基于积分的滤波技术,用于估计并补偿不可预知的干扰,如动态目标的加速度和环境影响,进一步提升了无人机在复杂条件下的表现。

总之,此研究提出的动态IBVS方法显著增强了无人机在不确定干扰下的追踪性能。通过集成速度观测系统、创新图像深度模型和基于积分的滤波技术,该方法展现出极高的追踪稳定性、抗干扰能力和鲁棒性。通过Lyapunov理论分析方法的稳定性,并借助模拟实验验证其有效性,这一研究成果为无人机领域带来了重大突破。

    本文来源:南山
责任编辑: : 李晓虹
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