技术领域
[0001] 本申请涉及通过成像载荷做图像跟踪的光电吊舱技术领域，具体涉及一种无人机吊舱跟踪照射的控制方法。
相关背景技术
[0002] 光电吊舱的跟踪能力受成像探测器帧频、电路传输延迟、图像跟踪处理算法、伺服控制算法等多种因素影响。伺服控制系统处于整个光电吊舱跟踪的末端阶段，提高系统跟踪能力，有利于提高激光照射器的目标照射准确率。
[0003] 在无人机吊舱跟踪照射的应用领域中，传统的跟踪控制方法往往较为单一和固定，不能根据实际的跟踪状态和捕获过程进行灵活、精确的调整。通常，现有的技术可能无法有效地适应不同的目标特性、环境条件以及探测器的焦距变化，导致在跟踪过程中可能出现跟踪不及时、不准确或者过度跟踪等问题，影响了跟踪照射的效果和效率，无法满足日益提高的跟踪照射精度和实时性要求。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0035] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0036] 实施例1
[0037] 诚如背景技术中提到的，针对现有技术中的问题，本申请提出了一种无人机吊舱跟踪照射的控制方法，所述无人机吊舱的跟踪装置至少包括检测机构和执行机构，所述检测机构至少包括探测器，所述执行机构至少包括滚动轴和俯仰轴，所述滚动轴以及所述俯仰轴分别具有各自的跟踪环；其中，探测器可以为可见光或红外相机，所述滚动轴控制跟踪装置的水平方向移动，所述俯仰轴控制跟踪装置的垂直方向移动。基于ARM、DSP等嵌入式软件对光电吊舱的伺服系统和激光照射机进行控制。无人机吊舱的跟踪照射特点是对目标进行检测识别、捕获跟踪、目标照射，通过一定的流程控制合理将伺服控制算法与控制激光照射开关结合在一起。通过提高跟踪算法性能和控制激光出光时机，提高激光照射器的目标照射准确率。请参考图1所示，该控制方法包括以下步骤：
[0038] S1、实时获取所述无人机吊舱的跟踪状态类型，所述跟踪状态类型至少包括未捕获、捕获成功、跟踪成功以及跟踪失败；具体地，捕获成功为一个瞬时状态，即为发现待捕获目标时的瞬间，捕获成功为跟踪成功的前提。
[0039] S2、当所述跟踪状态类型由未捕获切换至捕获成功时，获取预设捕获时长，所述预设捕获时长为预测由捕获成功到达跟踪成功的所述跟踪状态类型所需经历的时长；
[0040] S3、将所述预设捕获时长分为若干个跟踪时段，并根据所述探测器的焦距信息以及各所述跟踪时段的时段特性，计算每个所述跟踪时段对应的所述跟踪环的目标输出限幅速度，所述目标输出限幅速度为所述滚动轴或所述俯仰轴的运动速度的最大允许值；每个所述目标输出限幅速度各不相同；
[0041] 进一步地，所述将所述预设捕获时长分为若干个跟踪时段，至少包括以下步骤：
[0042] 将所述跟踪时段分为捕获初期时段、捕获中期时段以及捕获末期时段；所述捕获初期时段、所述捕获中期时段以及所述捕获末期时段的时长相同、或所述捕获初期时段的时长分别大于所述捕获中期时段的时长以及所述捕获末期时段的时长。
[0043] 具体地，每个所述跟踪时段的时长取决于具体的跟踪系统设计和实际需求。
[0044] 例如，在某些跟踪系统中，捕获开始前可能需要较长的时间来进行初步的搜索和定位，所以这段时间可能相对较长；而捕获中可能只需要较短的时间来进行速度调整和精确跟踪；捕获末可能又需要较短的时间来进行最后的微调以确保稳定捕获。此实施方式对应所述捕获初期时段的时长分别大于所述捕获中期时段的时长以及所述捕获末期时段的时长。
[0045] 在其他系统中，也可能根据目标的特点和环境因素，将这三段时间设置为相同的时长。比如，如果目标的运动模式比较规律，且环境干扰较小，为了简化控制策略，可能会将这三段时间设置为相等。此实施方式对应所述捕获初期时段、所述捕获中期时段以及所述捕获末期时段的时长相同。
[0046] S4、控制所述跟踪环在进入每个所述跟踪时段前，将输出限幅速度调整至该所述跟踪时段对应的所述目标输出限幅速度。
[0047] 在一优选实施例中，该方法还包括获取转换系数；所述获取转换系数包括以下步骤：
[0048] 获取所述探测器的最小焦距、最大焦距以及所述探测器的实际使用焦距；
[0049] 当所述实际使用焦距处于所述最小焦距与所述最大焦距之间时，将将所述最小焦距与所述实际使用焦距的比值作为所述转换系数。
[0050] 具体地，Zoommin为探测器的最小焦距；Zoommax为探测器的最大焦距；Zoomreal为探测器的实际使用焦距，Zoommin≤Zoomreal≤Zoommax；因此，所述转换系数的计算方法为：
[0051] 在一优选实施例中，所述根据所述探测器的焦距信息以及各所述跟踪时段的时段特性，计算每个所述跟踪时段对应的所述跟踪环的目标输出限幅速度，具体包括以下步骤：
[0052] 根据各所述跟踪时段的时段特性，得到所述捕获初期时段对应的第一预设速度、所述捕获中期时段对应的第二预设速度以及所述捕获末期时段对应的第三预设速度；
[0053] 具体地，第一预设速度V1、第二预设速度V2、第三预设速度V3的设置需要考虑目标特性，包括目标的运动速度、加速度、运动模式(例如直线运动、曲线运动、随机运动等)。如果目标通常运动较慢且稳定，V1可以设置得较低；若目标可能突然加速或快速改变方向，V2和V3则需要相应提高。
[0054] 设置还需要考虑跟踪系统性能：跟踪设备的响应能力、精度、机械结构限制等。如果跟踪系统的响应速度快、精度高，能够承受较大的速度变化，速度值可以设置得更激进一些；反之，则需要相对保守。
[0055] 设置还需要环境因素：例如风速、干扰信号等。在恶劣环境下，为了保证跟踪的稳定性，初始速度V1可能要更低，后续速度的提升也要更谨慎。
[0056] 设置还需要任务需求：如果对跟踪的实时性和准确性要求很高，速度值可能会设置得较大；如果更注重稳定性和避免错误跟踪，速度值可能相对较小。
[0057] 实际设置时，通常会通过多次实验和测试来确定合适的速度值。例如，先初步设定一组速度值，进行实际的跟踪测试，观察跟踪效果，根据出现的问题(如跟踪丢失、过度跟踪、跟踪不及时等)对速度值进行调整，直到达到满意的跟踪性能。
[0058] 将所述第一预设速度与所述转换系数的乘积作为所述捕获初期时段对应的所述跟踪环的目标输出限幅速度；将所述第二预设速度与所述转换系数的乘积作为所述捕获中期时段对应的所述跟踪环的目标输出限幅速度；将所述第三预设速度与所述转换系数的乘积作为所述捕获末期时段对应的所述跟踪环的目标输出限幅速度。
[0059] 进一步地，所述第一预设速度小于所述第二预设速度，所述第二预设速度小于所述第三预设速度。
[0060] 在一优选实施例中，所述将输出限幅速度调整至该所述跟踪时段对应的所述目标输出限幅速度之后，还包括以下步骤：
[0061] 实时获取所述滚动轴的像素偏差值以及所述俯仰轴的像素偏差值，进而得到实际位置坐标；
[0062] 确定捕获框以及跟踪框，所述跟踪框包含于所述捕获框内；
[0063] 根据所述像素偏差值对应的所述实际位置坐标落入所述捕获框或所述跟踪框的情况，得到对应的控制策略，所述控制策略用于对所述滚动轴、所述俯仰轴进行控制，以调整所述执行机构的跟踪速度。
[0064] 在一优选实施例中，根据所述像素偏差值对应的所述实际位置坐标落入所述捕获框或所述跟踪框的情况，得到对应的控制策略，具体包括以下步骤：
[0065] 当所述实际位置坐标落入所述捕获框内且落入所述跟踪框外时，对应的所述控制策略为仅通过比例系数对所述滚动轴、所述俯仰轴进行控制；
[0066] 当所述实际位置坐标落入所述捕获框内且落入所述跟踪框内时，对应的所述控制策略为通过比例系数以及积分系数对所述滚动轴、所述俯仰轴进行控制。
[0067] 示例性地，捕获框是一个边长为100像素的正方形区域，其左上角坐标为(50,50)，右下角坐标为(150,150)，跟踪框是一个边长为50像素的正方形区域，其左上角坐标为(80,80)，右下角坐标为(130,130)。如果滚动轴、俯仰轴跟踪产生的像素偏差值对应的实际位置坐标是(70,70)，那么这个偏差值就在捕获框内但在跟踪框外。
[0068] 具体地，假设捕获框是一个较大的区域，跟踪框是捕获框内的一个较小区域。当跟踪的像素偏差值在捕获框内但在跟踪框外时，只通过调整比例系数Kp来控制跟踪速度。当偏差值进入跟踪框内时，增加积分系数Ki来更精确地控制。
[0069] 示例性地，在一个对移动车辆进行跟踪的系统中，如果车辆的位置偏差在捕获框内但跟踪框外，可能只是粗略地调整跟踪方向；当偏差在跟踪框内时，更精细地调整并开始计时，超过一定时间后开启激光照射来标记或执行其他相关操作。
[0070] 在一优选实施例中，所述当所述实际位置坐标落入所述捕获框内且落入所述跟踪框内之后，还包括以下步骤：
[0071] 获取所述滚动轴的第一累计时长以及所述俯仰轴的第二累计时长；所述第一累计时长为所述滚动轴处于满足条件的状态所经过的时间，所述第二累计时长为所述俯仰轴处于满足条件的状态所经过的时间；
[0072] 当所述第一累计时长和所述第二累计时长中有至少一个大于第一预设时长时，保持所述比例系数以及所述积分系数不变，并开启激光照射。
[0073] 在一优选实施例中，所述无人机吊舱的跟踪装置还包括激光照射器，所述第一预设时长为所述激光照射器从出光到收到回令之间的时长的5倍值。
[0074] 在一优选实施例中，所述开启激光照射之后，还包括以下步骤：
[0075] 当所述跟踪状态类型由跟踪成功切换至跟踪失败时，所述滚动轴和所述俯仰轴恢复至稳定状态，并停止激光照射。
[0076] 具体地，当跟踪状态类型处于未捕获时，伺服平台也控制滚动轴和俯仰轴处于稳定状态。
[0077] 综上，本申请在跟踪控制策略中考虑到成像器焦距的情况，通过将转换系数加入到具体跟踪控制算法中，吊舱在不同使用焦距下均能应用此算法，算法通用性得到提高。同时，通过对跟踪环输出限幅速度分时控制、跟踪环控制参数分段控制，提高了目标由捕获到跟踪的能力，整体提高了跟踪性能，近而提高了对目标照射的准确率，并在工程实践中得到应用。此外，该方法根据不同跟踪状态，合理的对伺服平台在稳定功能和跟踪功能之间切换；合理控制激光照射机出光照射和待机休息，避免其频繁使用，对伺服平台和激光照射机起到了保护作用。
[0078] 本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。
