无需GPS的无人机的地面定位装置及气体遥测系统的制作方法

本发明涉及光电分析，特别涉及无需GPS的无人机的地面定位装置及气体遥测系统。

背景技术：

目前，无人机在测绘、管路巡检和植保等行业得到了广泛应用。在这些应用中，现有主流无人机的定位和导航严重依赖GPS。但在复杂环境下，例如在高层建筑间飞行时，采用GPS定位存在以下问题：

1.GPS信号受到楼房遮挡和气象条件影响，质量下降，在低楼层高度和阴雨天气往往搜索不到GPS信号，无法可靠定位；

2.GPS本身定位精度有限，误差范围大，加之楼宇间各种建筑物墙面反射GPS信号，进一步造成GPS误差加大。

为了解决上述不足，现有的无GPS定位方案分为两类：

1.基于计算机视觉的自运动估计，即利用机载摄像头采集图像，经机载计算机处理，计算出自身的位置。

无人机上安装摄像头、机载计算机等设备，降低了无人机的有效载荷，并且由于楼宇间环境外观的不确定性，这类方法往往可靠性低；

2.伪卫星定位：通过布置于环境中的发射某种定位信号的基站来确定无人机位置。

伪卫星定位方案中，需要事先在环境中布置多个基站并且基站的相对位置需要严格控制，这在高层建筑间是很难实现的。

技术实现要素：

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种无需GPS、定位精度高、可靠性好的无需GPS的无人机的地面定位装置，可应用在高层建筑间无人机的定位、导航中。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无需GPS的无人机的地面定位装置，所述地面定位装置包括：

选择模块，所述选择模块根据接收到的空中的无人机的高度信息而选择对应的焦距；

摄像机，所述摄像机根据所述焦距输出无人机的图像，并送显示器件；

显示器件，根据所述图像在显示器件的坐标系中的位置得出所述无人机的空中位置；

发射模块，所述发射模块用于传送所述空中位置。

根据上述的地面定位装置，可选地，所述无人机包括：

高度计，所述高度计输出的高度信息送所述摄像机。

根据上述的地面定位装置，优选地，所述高度计为电磁波测距仪。

根据上述的地面定位装置，优选地，所述摄像机的镜头竖直向上。

根据上述的地面定位装置，可选地，所述摄像机至少为2个，具有不同的焦距范围，分别与所述无人机的不同高度相对应；所述选择模块设置在高度计和摄像机之间，或设置在摄像机和显示器件之间；或，

所述摄像机为1个，具有不同的焦距范围，分别与所述无人机的不同高度相对应；所述选择模块设置在高度计和摄像机之间。

根据上述的地面定位装置，优选地，所述摄像机呈直线排列或T形排列。

本发明的目的还在于提供了一种应用上述地面定位装置的气体遥测系统，该发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种气体遥测系统，所述气体遥测系统包括无人机、气体遥测装置；所述气体遥测系统进一步包括：

地面定位装置，所述地面定位装置采用上述任一的地面定位装置。

根据上述的气体遥测系统，可选地，所述气体遥测装置包括：

光源，所述光源设置在所述无人机上，所述光源输出的测量光的波长与待测气体的特征谱线对应；

探测器，所述探测器设置在所述无人机上，所述探测器用于将穿过待测气体后被反射的测量光转换为电信号，并传送到分析模块；

分析模块，所述分析模块利用光谱技术处理所述电信号，从而获得待测气体的浓度。

根据上述的气体遥测系统，优选地，所述光源为可调谐半导体激光器。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

根据无人机的高度去选择与该高度对应的焦距，使得摄像机能够清晰成像所述无人机，无人机的图像呈现在显示器件的坐标系中，从而准确地定位出无人机的位置，无需GPS信号、可靠性好、定位精度高，可达厘米量级，可用于高层建筑间的无人机的定位中，为高层建筑的不同楼层天然气泄漏的无人机遥测应用打下坚实基础。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例1的地面定位装置的结构简图；

图2是无人机在显示器件的坐标系中位置的示意图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本实施例的应用在高层建筑的不同楼层天然气泄漏检测的气体遥测系统的结构简图，如图1所示，所述气体遥测系统包括：

可悬停的无人机21，如旋翼机，具有无线接收模块，用于接收控制信号及地面定位装置传送来的无人机的位置；

高度计，如电磁波测距仪，所述高度计固定在所述无人机上，用于检测无人机的飞行高度，并通过无线或有线方式传送到地面定位装置；

地面定位装置，所述地面定位装置包括：

选择模块，如选择电路或软件，所述选择模块根据接收到的空中的无人机的高度信息而选择对应的焦距；

摄像机，所述摄像机具有较宽的焦距范围，所述摄像机根据所述焦距输出无人机的图像，得输出的无人机的可分辨的图像送显示器件；

显示器件，如CRT、LCD等，根据所述图像在显示器件的坐标系中的位置得出所述无人机的空中位置，如图2所示；

发射模块，如无线信号发送模块，所述发射模块将所述空中位置传送到所述无人机；

遥测装置，所述遥测装置包括：

光源，如可调谐半导体激光器，所述光源设置在所述无人机上，所述光源输出的测量光的波长与待测气体的特征谱线对应，如发射波长为1651nm，与甲烷的特征谱线对应；

探测器，所述探测器设置在所述无人机上，所述探测器用于将穿过不同高楼层室内的待测气体后被反射的测量光转换为电信号，并传送到分析模块；

分析模块，所述分析模块利用光谱技术处理所述电信号，从而获得待测气体的浓度。分析模块是本领域的现有技术，在此不再赘述。

实施例2：

根据本发明实施例1的气体遥测系统在高层建筑间定位中的应用例。

在该应用例中，高度计采用激光测距仪，安装在无人机上；高度计输出的高度信息通过无线方式传送到摄像机；所述摄像机为3个，呈直线排列，具有短、中、长焦距，对应于不同高度的无人机的成像，如短焦距对应0-10m高度的无人机，中焦距对应10-50m高度的无人机，长焦距对应50-100m高度的无人机，所有摄像机的镜头竖直向上；选择模块，所述选择模块设置在高度计和摄像机之间，根据接收到的高度信息去选择具有与高度对应的焦距的摄像机，使得该摄像机工作(其他摄像机不工作)，且输出信号送发射模块；显示器件采用LCD。

根据本实施例的气体遥测系统达到的益处在于：在高层建筑之间，GPS信号很差，利用本系统可有效地给出无人机的空间位置，无需GPS信号，且定位精度高、可靠性好。

实施例3：

根据本发明实施例1的气体遥测系统在高层建筑间定位中的应用例。

在该应用例中，高度计采用雷达测距仪，安装在无人机上；高度计输出的高度信息通过无线方式传送到摄像机；所述摄像机为3个，呈T形排列，具有短、中、长焦距，对应于不同高度的无人机的成像，如短焦距对应0-10m高度的无人机，中焦距对应10-50m高度的无人机，长焦距对应50-100m高度的无人机，所有摄像机的镜头竖直向上；选择模块，所述选择模块设置在摄像机和发射模块之间，根据接收到的高度信息去选择具有与高度对应的焦距的摄像机的输出信号送发射模块，其他摄像机不工作或即使工作但与发射模块断开，也即，使得三个摄像机选择性地与发射模块电连接；显示器件采用CRT。

根据本实施例的气体遥测系统达到的益处在于：在高层建筑之间，GPS信号很差，利用本系统可有效地给出无人机的空间位置，无需GPS信号，且定位精度高、可靠性好。

实施例4：

根据本发明实施例的气体遥测系统的应用例。

在该应用例中，高度计采用雷达测距仪，安装在无人机上；高度计输出的高度信息通过无线方式传送到摄像机；所述摄像机为1个，具有短、中、长焦距，对应于不同高度的无人机的成像，如短焦距对应0-10m高度的无人机，中焦距对应10-50m高度的无人机，长焦距对应50-100m高度的无人机，摄像机的镜头竖直向上；选择模块，所述选择模块根据接收到的高度信息去选择具有与高度对应的焦距，使得该摄像机调整出该焦距；显示器件采用AMOLED。

根据本实施例的气体遥测系统达到的益处在于：在高层建筑之间，GPS信号很差，利用本系统可有效地给出无人机的空间位置，无需GPS信号，且定位精度高、可靠性好；仅需一个摄像机，成本低。

实施例5：

根据本发明实施例1的气体遥测系统在高层建筑间定位中的应用例。

在该应用例中，高度计采用雷达测距仪，安装在无人机上；高度计输出的高度信息通过无线方式传送到摄像机；所述摄像机为3个，呈T形排列，具有短、中、长焦距，对应于不同高度的无人机的成像，如短焦距对应0-10m高度的无人机，中焦距对应10-50m高度的无人机，长焦距对应50-100m高度的无人机，所有摄像机的镜头竖直向上；选择模块，所述选择模块设置在摄像机和显示器件之间，根据接收到的高度信息去选择具有与高度对应的焦距的摄像机的输出信号送显示器件，其他摄像机不工作或即使工作但与显示器件断开，也即，使得三个摄像机选择性地与显示器件电连接；显示器件采用LCD。

根据本实施例的气体遥测系统达到的益处在于：在高层建筑之间，GPS信号很差，利用本系统可有效地给出无人机的空间位置，无需GPS信号，且定位精度高、可靠性好。