無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置及其方法，其移動目標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊通過無人飛行器的機載裝置中的機載傳感器系統(tǒng)采集地面移動目標(biāo)的數(shù)據(jù)；移動目標(biāo)數(shù)據(jù)處理模塊將地面移動目標(biāo)軌跡三維極坐標(biāo)換算成三維直角坐標(biāo)，并對目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行分析預(yù)測；移動目標(biāo)軌跡生成模塊調(diào)用預(yù)測方法庫中的地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的方法，對移動目標(biāo)的軌跡標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測，并生成預(yù)測結(jié)果；移動目標(biāo)軌跡推薦模塊結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和預(yù)測結(jié)果計算出當(dāng)前移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果的推薦度。本發(fā)明的地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置及其方法，具有可有效的預(yù)測地面移動目標(biāo)的軌跡、為無人機任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)提供可靠信息等優(yōu)點。
【專利說明】無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是一種能夠通過無線電遙控或利用自備的控制系統(tǒng)自主控制的無人駕駛飛機。無人機自備的控制系統(tǒng)包括導(dǎo)航飛行控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)以及動力和電源等設(shè)備。地面控制中心可以通過數(shù)據(jù)鏈等設(shè)備，對其進(jìn)行追蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸。無人機相對有人機，它的優(yōu)點在于方便、體積小、造價低、、適應(yīng)多種飛行環(huán)境要求，因此可以廣泛用于空中追蹤、偵查、監(jiān)視、通信、營救、反潛、電子干擾等
[0003]目前，無人機的使用僅僅局限在特定的任務(wù)，隨著無人機應(yīng)用的不斷推廣，對無人機的自主控制能力的要求越來越高。那么無人機的自己任務(wù)規(guī)劃就尤為重要，必須增強其任務(wù)規(guī)劃能力，提高效能?，F(xiàn)有的無人機一般都沒有安裝對移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的裝置，只能在遙控或程控下執(zhí)行一些特定的任務(wù)，不能自主預(yù)測移動目標(biāo)軌跡，缺乏自主任務(wù)規(guī)劃的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供了一種無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置及其方法，以解決無人機無法對移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的問題、提高無人機自主任務(wù)規(guī)劃的能力。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問題，提供了一種無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置。
[0006]無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置，其結(jié)構(gòu)特點是，設(shè)置在無人飛行器的機載裝置之中，如圖1所示，包括移動目標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊、移動目標(biāo)數(shù)據(jù)處理模塊、移動目標(biāo)軌跡生成模塊和移動目標(biāo)軌跡推薦模塊；
[0007]所述移動目標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊，用于通過所述無人飛行器的機載裝置中的機載傳感器系統(tǒng)采集地面移動目標(biāo)的數(shù)據(jù)；
[0008]所述移動目標(biāo)數(shù)據(jù)處理模塊，用于通過將所述地面移動目標(biāo)軌跡三維極坐標(biāo)換算成三維直角坐標(biāo)(即:X=pcos(pcose、Y=pcostpsin9, Z=psimp )，并根據(jù)具體的數(shù)據(jù)類型選
擇對應(yīng)的預(yù)處理方法對地面移動目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而便于對地面移動目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測；
[0009]所述移動目標(biāo)軌跡生成模塊:用于調(diào)用預(yù)測方法庫中的地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的方法，對所述移動目標(biāo)處理模塊得到的移動目標(biāo)的軌跡標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測，并生成地面移動目標(biāo)軌跡的預(yù)測結(jié)果；
[0010]所述移動目標(biāo)軌跡推薦模塊:用于結(jié)合地面移動目標(biāo)軌跡的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和移動目標(biāo)軌跡的預(yù)測結(jié)果計算出當(dāng)前所述移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果的推薦度(即地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果與實際地面移動目標(biāo)軌跡的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)之間的差值的平均值)，然后判斷所述推薦度是否小于或等于系統(tǒng)設(shè)定的推薦閾值。
[0011 ] 本發(fā)明的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置具有以下技術(shù)特點。
[0012]在所述移動目標(biāo)數(shù)據(jù)處理模塊中，所述數(shù)據(jù)類型包括穩(wěn)定型數(shù)據(jù)、缺失型數(shù)據(jù)和波動型數(shù)據(jù)；其中，所述穩(wěn)定型數(shù)據(jù)選擇Decimal scaling小數(shù)定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化,缺失型數(shù)據(jù)選擇z-score標(biāo)準(zhǔn)化,波動型數(shù)據(jù)選擇Min_max標(biāo)準(zhǔn)化。
[0013]在所述移動目標(biāo)軌跡推薦模塊中，若推薦度大于或等于系統(tǒng)設(shè)定推薦閾值，則裝置重新預(yù)測移動目標(biāo)的軌跡；若推薦度小于系統(tǒng)設(shè)定的推薦閾值，則裝置將移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果提交給任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)，以便于任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃。
[0014]本發(fā)明還提供了一種所述無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置的預(yù)測方法。
[0015]一種根據(jù)所述的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置的預(yù)測方法，其流程圖如圖2所示，包括以下步驟:
[0016]步驟1:通過所述無人飛行器的機載裝置中的機載傳感器系統(tǒng)采集地面移動目標(biāo)的數(shù)據(jù)； [0017]步驟2:通過將所述地面移動目標(biāo)軌跡三維極坐標(biāo)換算成三維直角坐標(biāo)，并根據(jù)具體的數(shù)據(jù)類型選擇對應(yīng)的預(yù)處理方法對地面移動目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而便于對地面移動目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測；
[0018]步驟3:調(diào)用預(yù)測方法庫中的地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的方法，對所述移動目標(biāo)處理模塊得到的移動目標(biāo)的軌跡標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測，并生成地面移動目標(biāo)軌跡的預(yù)測結(jié)果;
[0019]步驟4:結(jié)合地面移動目標(biāo)軌跡的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和移動目標(biāo)軌跡的預(yù)測結(jié)果，計算出當(dāng)前所述移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果的推薦度，然后判斷所述推薦度是否小于或等于系統(tǒng)設(shè)定的推薦閾值；若是，則輸出移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果；若非，則返回步驟I。
[0020]在所述步驟2中，所述標(biāo)準(zhǔn)化處理的過程包括地面移動目標(biāo)軌跡原始數(shù)據(jù)的累加的步驟；
[0021]假設(shè)所要預(yù)測的地面移動目標(biāo)軌跡原始X坐標(biāo)值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的序列為:X(O) = {x(0) (I)，x(°) (2)，χ(°) (3)，…，χ(°) (η)}；
[0022]所述地面移動目標(biāo)軌跡原始數(shù)據(jù)的累加，即對地面移動目標(biāo)軌跡原始X坐標(biāo)值序列進(jìn)行累加處理，構(gòu)造地面移動目標(biāo)軌跡X坐標(biāo)值背景值節(jié)點序列{(U狀))丨:二，令
【權(quán)利要求】
1.無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置，其特征是，設(shè)置在無人飛行器的機載裝置之中，(如圖1所示，)包括移動目標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊、移動目標(biāo)數(shù)據(jù)處理模塊、移動目標(biāo)軌跡生成模塊和移動目標(biāo)軌跡推薦模塊； 所述移動目標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊，用于通過所述無人飛行器的機載裝置中的機載傳感器系統(tǒng)采集地面移動目標(biāo)的數(shù)據(jù)； 所述移動目標(biāo)數(shù)據(jù)處理模塊，用于通過將所述地面移動目標(biāo)軌跡三維極坐標(biāo)換算成三維直角坐標(biāo)(即:X=pcos(pcosf)、Y=pcos(psinB, Z=psin(p )，并根據(jù)具體的數(shù)據(jù)類型選擇對應(yīng)的預(yù)處理方法對地面移動目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而便于對地面移動目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測； 所述移動目標(biāo)軌跡生成模塊:用于調(diào)用預(yù)測方法庫中的地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的方法，對所述移動目標(biāo)處理模塊得到的移動目標(biāo)的軌跡標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測，并生成地面移動目標(biāo)軌跡的預(yù)測結(jié)果； 所述移動目標(biāo)軌跡推薦模塊:用于結(jié)合地面移動目標(biāo)軌跡的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和移動目標(biāo)軌跡的預(yù)測結(jié)果計算出當(dāng)前所述移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果的推薦度(即地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果與實際地面移動目標(biāo)軌跡的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)之間的差值的平均值)，然后判斷所述推薦度是否小于或等于系統(tǒng)設(shè)定的推薦閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置，其特征是，在所述移動目標(biāo)數(shù)據(jù)處理模塊中，所述數(shù)據(jù)類型包括穩(wěn)定型數(shù)據(jù)、缺失型數(shù)據(jù)和波動型數(shù)據(jù)；其中，所述穩(wěn)定型數(shù)據(jù)選擇Decimal scaling小數(shù)定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化,缺失型數(shù)據(jù)選擇z_score標(biāo)準(zhǔn)化，波動型數(shù)據(jù)選擇Min-max標(biāo)準(zhǔn)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置，其特征是，在所述移動目標(biāo)軌跡推薦模塊中，若推薦度大于或等于系統(tǒng)設(shè)定推薦閾值，則裝置重新預(yù)測移動目標(biāo)的軌跡；若推薦度小于系統(tǒng)設(shè)定的推薦閾值，則裝置將移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果提交給任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)，以便于任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置的預(yù)測方法，其特征是，(如圖2所示，)包括以下步驟: 步驟1:通過所述無人飛行器的機載裝置中的機載傳感器系統(tǒng)采集地面移動目標(biāo)的數(shù)據(jù)； 步驟2:通過將所述地面移動目標(biāo)軌跡三維極坐標(biāo)換算成三維直角坐標(biāo)，并根據(jù)具體的數(shù)據(jù)類型選擇對應(yīng)的預(yù)處理方法對地面移動目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而便于對地面移動目標(biāo)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測； 步驟3:調(diào)用預(yù)測方法庫中的地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的方法，對所述移動目標(biāo)處理模塊得到的移動目標(biāo)的軌跡標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測，并生成地面移動目標(biāo)軌跡的預(yù)測結(jié)果; 步驟4:結(jié)合地面移動目標(biāo)軌跡的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和移動目標(biāo)軌跡的預(yù)測結(jié)果，計算出當(dāng)前所述移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果的推薦度，然后判斷所述推薦度是否小于或等于系統(tǒng)設(shè)定的推薦閾值；若是，則輸出移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果；若非，則返回步驟I。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置的預(yù)測方法，其特征是，在所述步驟2中，所述標(biāo)準(zhǔn)化處理的過程包括地面移動目標(biāo)軌跡原始數(shù)據(jù)的累加的步驟； 假設(shè)所要預(yù)測的地面移動目標(biāo)軌跡原始X坐標(biāo)值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的序列為={x(0) (I)，Χ(0) (2)，χ(0) (3)，...，χ(0) (η)}； 所述地面移動目標(biāo)軌跡原始數(shù)據(jù)的累加，即對地面移動目標(biāo)軌跡原始X坐標(biāo)值序列進(jìn)行累加處理，構(gòu)造地面移動目標(biāo)軌跡X坐標(biāo)值背景值節(jié)點序列
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置的預(yù)測方法，其特征是，在所述步驟3中，在對所述移動目標(biāo)處理模塊得到的移動目標(biāo)的軌跡標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測過程中，包括地面移動目標(biāo)軌跡的背景值生成的步驟； 所述地面移動目標(biāo)軌跡的背景值生成公式為:

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置的預(yù)測方法，其特征是，在所述步驟3中，在對所述移動目標(biāo)處理模塊得到的移動目標(biāo)的軌跡標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測過程中，包括建立地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的灰色預(yù)測模型的步驟； 所述地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的灰色預(yù)測模型為灰色系統(tǒng)GM(1，I)模型； 即:
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無人飛行器對地面目標(biāo)運動軌跡預(yù)測的裝置的預(yù)測方法，其特征是，在所述步驟3中，在對所述移動目標(biāo)處理模塊得到的移動目標(biāo)的軌跡標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測過程中，包括地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果還原的步驟； 所述地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測結(jié)果還原就是將地面移動目標(biāo)軌跡預(yù)測的累加值還原為地面移動目標(biāo)軌跡X坐標(biāo)的預(yù)測值；即:
【文檔編號】G06F19/00GK103995968SQ201410221759
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】羅賀, 曹杰, 孫錦波, 胡笑旋, 馬華偉, 靳鵬, 夏維, 王國強 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)