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没有雷达测距，没有激光雷达，连GPS信号都可能丢失——一架四旋翼无人机仅凭机载传感器获取的目标方位角，就能在复杂环境中实现对地面移动目标的持续定位与绕飞监视。这并非科幻场景，而是中山大学张清瑞老师团队联合电子科技大学深圳高等研究院在IROS 2025上展示的最新研究成果。
“蒙眼追踪”的技术困境
纯方位目标运动分析（Bearing-only TMA）是无人机无源跟踪的核心技术路径。所谓“纯方位”，即观测平台只能获取目标的方向角度，无法直接测量距离。这一特性赋予其无源探测、隐蔽性强的优势，在海洋生物监测、地面目标侦察、GPS拒止环境下的空中追击等场景中价值显著。
然而，优势背后是长期存在的技术难题：测量模型高度非线性，距离信息缺失导致系统“可观测性”极差。传统伪线性卡尔曼滤波方法虽然能部分解决问题，但存在一个致命缺陷——位置估计始终存在系统性偏差，即“越算越偏”。
“RTLS算法+主动绕飞”的双重突破
针对上述难题，研究团队从估计方法与观测策略两个维度同时发力，提出了“递归全最小二乘算法+有界输入绕飞运动控制器”的完整方案。
在算法层面，团队将全最小二乘理论拓展为递归形式，首次应用于移动观测器的纯方位在线跟踪场景。该框架同时建模方位测量噪声与观测器自身定位误差，使噪声特性不再依赖真实目标距离，从根源上缓解了传统方法的固有偏差。同时，递归迭代求解方式替代了传统奇异值分解，大幅降低计算复杂度，可在嵌入式平台上实现实时状态估计，适配无人机等移动载体的算力条件。
在观测策略层面，团队设计了一款输入有界的绕飞运动控制器，主动引导观测器环绕目标飞行，从观测几何层面破解可观测性不足的问题。
从仿真到实飞的完整验证
值得一提的是，该团队在协同环绕导航领域已有深厚的成果积累。此前，张清瑞副教授和胡天江教授团队已在IEEE Robotics and Automation Letters上发表多四旋翼协同环绕框架，在不依赖外部定位系统的情况下实现了对移动目标的包围与跟踪，并在室内外环境中完成了真实飞行实验验证。此次IROS 2025的RTLS方案进一步将研究推进至单机纯方位在线跟踪场景，形成了从多机协同到单机自主的完整技术布局。
低空经济的技术底座
当前，我国低空经济正处于快速发展期，预计2026年市场规模将突破1万亿元。在这一背景下，无人机在GPS拒止或信号遮挡环境下的自主感知与跟踪能力，正成为低空智能装备的核心竞争力。中山大学团队的这项研究，为无人机在复杂环境中的无源跟踪提供了兼具精度与实时性的技术方案，也为低空经济的安全化、智能化发展提供了重要的技术储备。
（飞行邦记者 综合报道）
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