无人飞行器对地面目标运动轨迹预测的装置及其方法

摘要

本发明公开了一种无人飞行器对地面目标运动轨迹预测的装置及其方法，其移动目标数据采集模块通过无人飞行器的机载装置中的机载传感器系统采集地面移动目标的数据；移动目标数据处理模块将地面移动目标轨迹三维极坐标换算成三维直角坐标，并对目标轨迹数据进行标准化处理后进行分析预测；移动目标轨迹生成模块调用预测方法库中的地面移动目标轨迹预测的方法，对移动目标的轨迹标准化数据进行分析预测，并生成预测结果；移动目标轨迹推荐模块结合标准化数据和预测结果计算出当前移动目标轨迹预测结果的推荐度。本发明的地面目标运动轨迹预测的装置及其方法，具有可有效的预测地面移动目标的轨迹、为无人机任务规划系统提供可靠信息等优点。

主权项

无人飞行器对地面目标运动轨迹预测的装置，其特征是，设置在无人飞行器的机载装置之中，包括移动目标数据采集模块、移动目标数据处理模块、移动目标轨迹生成模块和移动目标轨迹推荐模块；所述移动目标数据采集模块，用于通过所述无人飞行器的机载装置中的机载传感器系统采集地面移动目标的数据；所述移动目标数据处理模块，用于通过将所述地面移动目标轨迹三维极坐标换算成三维直角坐标，并根据具体的数据类型选择对应的预处理方法对地面移动目标轨迹数据进行标准化处理，从而便于对地面移动目标轨迹数据进行分析预测；所述标准化处理的过程包括地面移动目标轨迹原始数据的累加的步骤；所要预测的地面移动目标轨迹原始X坐标值经标准化处理后得到的序列为：x⁽⁰⁾＝{x⁽⁰⁾(1),x⁽⁰⁾(2),x⁽⁰⁾(3),…,x⁽⁰⁾(n)}；所述地面移动目标轨迹原始数据的累加，即对地面移动目标轨迹原始X坐标值序列进行累加处理，构造地面移动目标轨迹X坐标值背景值节点序列令公式(1)中，x⁽¹⁾(k)是将地面移动目标轨迹原始X坐标上离散的随机数经过依次累加，削弱其随机性，得到生成数，即：在对所述移动目标处理模块得到的移动目标的轨迹标准化数据进行分析预测过程中，包括地面移动目标轨迹的背景值生成的步骤；所述地面移动目标轨迹的背景值生成公式为：公式(2)中，k＝1,2,...,n‑1；公式(2)中的h(x)就是所构造的唯一存在的埃尔米特插值多项式，即：$h\left(x\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}f\left(x_k\right){\alpha }_k\left(x\right)+\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{f}^{\prime }\left(x_k\right){\beta }_k\left(x\right)---\left(3\right)$公式(3)中，f′(x_k)＝S′(x_k)，β_k(x)＝(x‑x_k)l²(x_k)，S′(x_k)就是利用三次样条插值生成的地面移动目标轨迹X坐标背景值节点的一阶导数值，即：$S^{\prime }\left(x\right)=-M_{i-1}\frac{{(x_i-x)}^2}{2}+M_i\frac{{(x_{i-1}-x)}^2}{2}+A_i,x\in [x_{i-1},x_i]---\left(4\right)$公式(4)中，M_i＝S″(x_i),M₁＝M_n＝0,在对所述移动目标处理模块得到的移动目标的轨迹标准化数据进行分析预测过程中，包括建立地面移动目标轨迹预测的灰色预测模型的步骤；所述地面移动目标轨迹预测的灰色预测模型为灰色系统GM(1,1)模型；即：$\widehat{x^{\left(1\right)}}(t+1)[\widehat{x^{\left(0\right)}}\left(1\right)-\frac{u}{a}]e^{-at}+\frac{u}{a},t=1,\mathrm{2...}n---\left(5\right)$式(5)中：a，u均为估计参数；a为发展系数，u为灰色作用量；估计参数a，u是由最小二乘法拟合求取的；即：$\left[\begin{array}{c}a\\ u\end{array}\right]={\left(B^{T}B\right)}^{-1}{B}^{T}Y---\left(6\right)$式(6)中：$B=\left[\begin{array}{cc}-z^{\left(1\right)}\left(2\right)& 1\\ ...& ...\\ -z^{\left(1\right)}\left(n\right)& 1\end{array}\right]$Y＝[x⁽⁰⁾(2),x⁽⁰⁾(3),…,x⁽⁰⁾(n)]$u=\frac{{\mathrm{dx}}^{\left(1\right)}\left(t\right)}{dt}+{\mathrm{ax}}^{\left(1\right)};$所述移动目标轨迹生成模块：用于调用预测方法库中的地面移动目标轨迹预测的方法，对所述移动目标处理模块得到的移动目标的轨迹标准化数据进行分析预测，并生成地面移动目标轨迹的预测结果；所述移动目标轨迹推荐模块：用于结合地面移动目标轨迹的标准化数据和移动目标轨迹的预测结果计算出当前所述移动目标轨迹预测结果的推荐度，然后判断所述推荐度是否小于或等于系统设定的推荐阈值。