基于Tiny-YOLOV3的无人机地面目标跟踪算法设计

来源：计算机测量与控制杂志2021年第2期北京时间：

作者：张兴旺,刘小雄,林传健,梁晨

单位：西北工业大学 自动化学院

摘要：为了提高四旋翼无人机对地面目标跟踪的稳定性和跟踪精度，提出了一种结合Tiny-YOLOV3和卡尔曼滤波的跟踪算法。首先分析了Tiny-YOLOV3的原理和网络结构，并基于Tiny-YOLOV3的目标检测结果，结合无人机状态和目标的几何关系建立了目标跟踪系统的数学模型；接着对目标相对运动关系进行分析，建立目标的运动学模型，考虑到目标检测结果受干扰影响较大，应用卡尔曼滤波器实现对目标轨迹的滤波和预测，进而提升目标跟踪的精度；最后根据经过卡尔曼滤波后的目标轨迹信息设计无人机控制律，在轨迹控制的同时引入对无人机偏航角的控制，从而实现无人机对目标的稳定跟踪。仿真结果表明无人机对目标的位置跟踪精度在0.5m以内，速度跟踪误差在0.2m/s以内，偏航角跟踪误差在3度以内，跟踪效果良好，从而论证了所提算法的有效性。

关键词：Tiny-YOLOV3;卡尔曼滤波;目标跟踪;四旋翼无人机

基金资助：航空科学基金资助( 201905053003)；陕西省飞行控制与仿真技术重点实验室资助