ردگیری و تعقیب هدف مانوری هوایی با استفاده سنسور تصویری و فاصله‌یاب لیزری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر، تهران

2 دانشیار، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر، تهران

چکیده

ردگیری هدف اساساً یک مساله از نوع تخمین حالت است. متغیرهای حالت‌های هدف از قبیل موقعیت، سرعت و شتاب باید از اندازه‌گیری‌های نویزی و اشتباه تخمین زده شوند. تخمین متغیرهای حالت هدف نیازمند استفاده از الگوریتم‌هایی است که به نام فیلتر شناخته می‌شوند و مبتنی بر روش تخمین بیزین هستند. فیلترهای تخمین و اکثر الگوریتم‌های دیگری که برای تخمین استفاده می‌شوند، مدل پایه هستند زیرا دانشی از مدل حرکت هدف وجود دارد.کلید موفقیت ردگیری یک هدف در استخراج قابل اجرای اطلاعات مفید در مورد حالت هدف از مشاهدات است و مطمئناً داشتن مدل مناسب از هدف و مشاهده، استخراج اطلاعات را تا حد زیادی تسهیل می‌سازد. در این مقاله به بررسی و مقایسه عملکرد مدل‌های مختلف حرکت هدف در ردگیری یک وسیله پرنده هوایی با استفاده از سنسور تصویری و فاصله‌یاب لیزری دقیق پرداخته شد. نتایج این بررسی نشان می‌دهد که مدل شتاب جرک و مدل شتاب مارکوف در مقایسه با سایر مدل‌های حرکت هدف از عملکرد بهتری برخوردارند.

کلیدواژه‌ها


[1]     M. R. Moreland, D. Musicki and R. J. Evans, FUNDAMENTALS OF OBJECT TRACKING, Cambridge University Press, 2011. 
[2]     T. Yang, P. Li, . H. Zhang, J. Li and Z. Li, "Monocular Vision SLAM-Based UAV Autonomous Landing in Emergencies and Unknown Environments," Electronics , vol. 7, no. 5, p. 73, 2018. 
[3]     L. K. Seng, M. Ovinis, Nagarajan, R. Seulin and O. Morel, "Vision-based State Estimation of an Unmanned Aerial Vehicle," Trends Bioinform, no. 10, pp. 11-19, 2017. 
[4]     Y. Wu, Y. Sui and G. Wang, "Vision-based Real-Time Aerial Object Localization and Tracking for UAV Sensing System," IEEE Access, no. 5, pp. 23969-23978, 2017. 
[5]     O. Shakerinia, Y. Ma, T. Koo, J. Heaspanha and S. Sastry, "Vision Guided Landing of an Unmanned Air Vehicle.," December 1999. 
[6]     C. S. Sharp, O. Shakerinia and S. Sastry, "A Vision System for Landing an Unmanned Aerial Vehicle," May 2001.. 
[7]     I. Wang, V. Dobrokhodov, I. Kaminer and . K. Jones, "On Vision-Based Target Tracking and Range Estimation for Small UAVs.," San Francisco, Aug. 15-18, 2005.. 
[8]     N. Miller and J. Rogers, "Simultaneous Tracking of Multiple Ground Targets from a Multirotor Unmanned Aerial Vehicle," vol. 12, March 17, 2015. 
[9]     V. J. Aidala and S. E. Hammel, "Utilization of Modified Polar Coordinates for Bearings-Only Tracking.," vol. 28(3):283–294, 1983. 
[10]     A. Betser, P. Vela and A. Tannenbaum, "Automatic Tracking of Flying Vehicles Using Geodesic Snakes and Kalman Filtering," Dec. 14-17, 2004. 
[11]     Y. Watanabe, E. N. Johnson and A. J. Calise, "Optimal 3-D Guidance from a 2-D Vision Sensor," Aug. 16-19, 2004. 
[12]     L. X. Rong and V. P. Jilkov, "Survey of maneuvering target tracking. Part I. Dynamic models," IEEE Transactions on aerospace and electronic systems, vol. 39, no. 4, pp. 1333-1364, 2003. 
[13]     L. X. Rong and . V. P. Jilkov, "Survey of maneuvering target tracking: II. Ballistic target models In Signal and Data Processing of Small Targets," International Society for Optics and Photonics, vol. 4473, 2001. 
[14]     L. X. Rong and V. P. Jilkov, "Survey of maneuvering target tracking: III. Measurement models In Signal and Data Processing of Small Targets 2001," International Society for Optics and Photonics, vol. 4473, 2001. 
[15]     X. R. a. V. P. J. Li, "Survey of maneuvering target tracking. Part V. Multiple-model methods," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 41, no. 4, 2005. 
[16]     X. R. a. V. P. J. Li, "A survey of maneuvering target tracking-Part VIa: Density-based exact nonlinear filtering," in Signal and Data Processing of Small Targets 2010 , International Society for Optics and Photonics, 2010. 
[17]     G. W. Pulford, "A Survey of Manoeuvring Target Tracking Methods," arXiv preprint arXiv, 2015. 
[18]     G. A. Mcintyre and K. Hintz, "Comparison of several maneuvering target tracking models," Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, vol. 3374 , July 1998. 
[19]     D. Andrisani, . E. T. Kim and F. P. Kuhl, "Tracking accuracy improvement using noisy target orientation measurements," Remote Sensing Reviews, vol. 6, no. 1, pp. 49-63, 1992. 
[20]     D. J. Mook and Shyu, I. M., "Nonlinear aircraft tracking filter utilizing control variable estimation," Journal of guidance, control, and dynamics, vol. 15, no. 1, pp. 228-237, 1992. 
[21]     B. Shalom, Y. X. Rong Li and T. Kirubarajan, Estimation with applications to tracking and navigation: theory algorithms and software, John Wiley & Sons, 2004. 
[22]     O. Tremois and J.-P. Le Cadre, "Maneuvering target motion analysis using hidden Markov model," IEEE, 1994.. 
[23]     C.-F. Lin, MODERN NAVIGATION, GUIDANCE, AND CONTROL PROCESSING, Prentice Hall, 1991. 
[24]     T. L. Song, "Observability of target tracking with bearings-only measurements," vol. 32, no. 4, 1996. 
[25]     R. A. Singer, "Estimating Optimal Tracking Filter Performance for Manned Maneuvering Targets," Vols. AES-64, July 1970. 
[26]     S. J. Julier, J. K. Uhlmann and H. F. Durrant-Whyte, "A New Approach for Filtering Nonlinear Systems," in Proceedings of 1995 American Control Conference-ACC'95. IEEE, 1995. 
[27]     M. Najim, Modeling, estimation and optimal filtering in signal processing, J. Wiley & Sons, 2008.