一种无人机室内定位系统及方法与流程

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种无人机室内定位系统及方法。

背景技术：

无人机可以结合激光雷达、定位模块，用于室外地形地貌的测绘。以无人机作为平台，其上搭载激光雷达或称激光扫描仪与定位模块，定位模块用于提供无人机的实时空间坐标或纵向维度信息，激光雷达用于扫描横向地貌信息，最终将两者的信息结合处理，用于地形地貌的三维重建，得到三维模型，应用于户外目标测绘、体积测算。

为达到一定的测绘精度，使测距误差控制在±1～3cm以内，目前的技术方案中空间定位模块多采用双GPS差分定位，即RTK技术。其实现方式是以两个GPS模块，分别固定于基准站或称地面站与无人机或称移动站上，定位期间基准站不移动，无人机上的GPS根据自身位置信息，结合基准站提供的GPS相关信息，进行联合解算，最终得到无人机的实时空间坐标。

上述方案采用GPS模块，该模块必须在露天、开阔地带才能接收到GPS信号以用于定位，在室内接收不到GPS信号，导致无人机无法定位并进行测绘作业。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种无人机室内定位系统及方法，解决无人机无法在室内进行定位的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种无人机室内定位系统，包括，激光测距仪、图像捕获单元、目标识别跟踪模块、旋转云台、旋转云台控制单元、旋转编码器、终端处理模块；

所述激光测距仪设于所述旋转云台中心，用于测量所述旋转云台中心与无人机之间的距离；

所述图像捕获单元固定设于所述激光测距仪上，且与所述激光测距仪指向相同，所述图像捕获单元通过所述目标识别跟踪模块与所述旋转云台控制单元连接，所述目标识别跟踪模块用于识别所述图像捕获单元捕获的图像，并将结算结果反馈给所述旋转云台控制单元；

所述旋转云台控制单元根据所述目标识别跟踪模块反馈的信息对旋转云台进行调节，带动所述激光测距仪与所述图像捕获单元转动相应的旋转角度和/或仰俯角度；

所述旋转编码器用于测量所述激光测距仪的水平角及俯仰角；

所述终端处理模块分别与所述旋转编码器和所述激光测距仪连接，用于计算所述无人机的空间坐标。

其中，所述旋转云台为二维旋转云台，用于带动所述激光测距仪与所述图像捕获单元在水平面内转动，所述激光测距仪与所述旋转云台铰接，能够实现仰俯角度的调节。

其中，所述无人机上设有目标指示模块，用于所述目标识别模块进行识别。

其中，所述旋转云台为三维旋转云台，所述图像捕获单元沿所述旋转云台周向设于所述旋转云台上，所述激光测距仪可转动的设于所述图像捕获单元上。

其中，所述图像捕获单元为多个CCD相机，多个所述CCD相机沿所述旋转云台的周向均布。

其中，所述CCD相机前端加装短望远镜。

一种根据权利要求1所述的无人机室内定位系统的定位方法，包括以下步骤：

S1、所述图像捕获单元捕获无人机图像，通过所述目标识别跟踪模块识别所述无人机，并将信息反馈给旋转云台控制单元；

S2、所述旋转云台控制单元根据反馈信息对旋转云台进行角度调节，使得图像捕获单元和激光测距仪均指向无人机；

S3、所述激光测距仪测量所述旋转云台与所述无人机之间的距离，所述旋转编码器测量所述激光测距仪的水平角及俯仰角；

S4、根据激光测距仪与旋转编码器的反馈数据，所述终端处理模块计算所述无人机的空间坐标；

S5、重复上述步骤，直至测量结束。

其中，步骤S2中，所述反馈信息包括所述旋转云台的旋转角度和/或仰俯角度。

其中，所述旋转云台中心为坐标原点。

(三)有益效果

本发明提供的一种无人机室内定位系统，利用同向联动的目标识别跟踪模块与激光测距仪，测量与无人机之间的距离，并根据激光测距仪的水平角及俯仰角，计算所述无人机的空间坐标。本发明还提供的一种无人机室内定位方法，通过目标识别跟踪模块识别无人机，解算旋转方向及角度，旋转云台带动激光测距仪旋转；激光测距仪测量与无人机的距离，旋转编码器测量激光测距仪的水平角及俯仰角，根据激光测距仪与旋转编码器的反馈数据，所述终端处理模块计算所述无人机的空间坐标。实现无人机在室内的定位，使其进行测绘作业。

附图说明

图1为本发明一种无人机室内定位系统的结构示意图；

图2为本发明一种无人机室内定位方法的流程框图；

附图标记说明

1-旋转云台；2-激光测距仪；3-目标识别跟踪模块；4-无人机；5-频闪光源；6-CDD相机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，一种无人机室内定位系统，包括，激光测距仪2、目标识别跟踪模块3、旋转云台1、旋转编码器、终端处理模块；

激光测距仪2设于所述旋转云台1中心，并与所述旋转云台1铰接，用于调节所述激光测距仪的仰俯角度。

本实施例中的图像捕获单元选择CDD相机6，CDD相机6固定设于所述激光测距仪2上，且与所述激光测距仪2的指向相同，即CDD相机6的镜头中心与所述激光测距仪2指向相同，且在旋转平台旋转时，CDD相机6与所述激光测距仪2旋转相同的角度。目标识别跟踪模块3与CDD相机6连接，设于所述激光测距仪2上。

旋转云台1为二维旋转平台，具有水平面的角度调节能力，带动激光测距仪2转动相应的角度。

具体的，CCD相机6对无人机4图像进行捕捉，并将图像传递到目标识别跟踪模块3。目标识别跟踪模块3能够实现目标与背景的区分、识别，并判别目标在CCD相机6视野中的偏向，并根据图像中无人机4的位置，计算激光测距仪2旋转方向及角度，并将信息反馈给旋转云台控制单元。旋转云台控制单元控制旋转云台1转动，使得无人机4位于CCD相机6视野的正中心；因为CCD相机6与激光测距仪2固定于旋转云台1上，能够实现同向联动，由此也实现激光测距仪2指向无人机4。CCD相机再次获得图像，其中，为使目标清晰，前端加装短望远镜，反馈给目标识别跟踪模块，并持续调节，使得无人机始终位于图像的正中心,使得激光测距仪可以实时对准无人机。

进一步的，为了便于目标自动识别跟踪模块3捕捉到无人机4。无人机4上搭载有目标指示模块，目标指示模块为频闪光源5或红外光源，当目标指示模块为红外光源时，图像捕捉单元为红外照相机。

终端处理模块分别与所述旋转编码器和所述激光测距仪2连接，用于计算所述无人机4的空间坐标。具体的，以激光测距为基础，旋转云台1的中心，即激光测距仪2所在位置设为坐标原点，设X轴为正北向，若激光测距仪2能捕捉到无人机4，设其坐标为x₁,y₁,z₁,，且测到的斜距为L，斜距L在XY平面内的投影与X轴夹角为α，斜距L与XY平面夹角为θ，根据三角关系，可以算得(x₁,y₁,z₁)的值，即达到室内定位目的。

本实施例提供的一种无人机室内定位系统，利用同向联动的目标识别跟踪模块与激光测距仪，测量与无人机之间的距离，并根据激光测距仪的水平角及俯仰角，计算所述无人机的空间坐标。实现无人机在室内的定位，使其进行测绘作业。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：所述旋转云台为三维旋转云台，所述图像捕获单元沿所述旋转云台周向设于所述旋转云台上，所述激光测距仪可转动的设于所述图像捕获单元上。所述图像捕获单元为多个CCD相机，多个所述CCD相机沿所述旋转云台的周向均布。

本实施例中的无人机室内定位系统包括6个CCD相机，6个所述CCD相机沿所述旋转云台的周向均布，实现全景图像捕捉。所述激光测距仪设于所述CCD相机上，能够实现360°旋转。所述旋转云台具有水平面的角度调节能力及俯仰角调节能力，能带动CCD相机及激光测距仪进行角度旋转和俯仰角度的调节。

具体的，当6个CCD相机对图像进行捕捉，并将数据传送至目标识别跟踪模块，目标识别跟踪模块能够实现目标与背景的区分，识别无人机在CCD相机视野中的偏向，并设定其中一个最接近视野中心的CCD相机为基准相机。根据图像中无人机的位置，计算基准相机的旋转方向及角度，并将信息反馈给旋转云台控制单元。旋转云台控制单元控制旋转云台转动，使得无人机位于基准相机视野的正中心。所述激光测距仪在控制单元的作用下转动，与所述基准相机的指向相同，测得与无人机之间的距离。

本实施例中提供的一种无人机室内定位系统，通过设置多个图像捕捉单元，能够更加快速的捕捉到无人机。旋转云台带动图像捕捉单元转动，使无人机位于视野中心。通过设置激光测距仪可转动的设于所述CDD相机上，使的激光测距仪与基准相机指向相同，实现激光测距仪捕捉到无人机，并测量之间的距离。并根据激光测距仪的水平角及俯仰角，计算所述无人机的空间坐标。实现无人机在室内的定位，使其进行测绘作业。

本申请还提供一种种无人机室内定位方法，包括以下步骤：

S1、所述图像捕获单元捕获无人机图像，通过所述目标识别跟踪模块识别所述无人机，并将信息反馈给旋转云台控制单元；

CDD相机对无人机图像进行捕捉，并将图像传递到目标识别跟踪模块。目标识别跟踪模块实现对无人机的识别，并根据图像中无人机的位置，计算激光测距仪旋转方向及角度，并将信息反馈给旋转云台控制单元。

S2、所述旋转云台控制单元根据反馈信息对旋转云台进行角度调节，使得图像捕获单元和激光测距仪均指向无人机；

旋转云台控制单元根据目标识别跟踪模块反馈的信息，带动所述激光测距仪转动相应的旋转角度及仰俯角度；使得无人机位于CCD相机视野的正中心；因为CCD相机与激光测距仪固定于旋转云台上，能够实现同向联动，由此也实现激光测距仪指向无人机

S3、所述激光测距仪测量所述旋转云台与所述无人机之间的距离，所述旋转编码器测量所述激光测距仪的水平角及俯仰角；

S4、根据激光测距仪与旋转编码器的反馈数据，所述终端处理模块计算所述无人机的空间坐标；

设置所述旋转云台中心为坐标原点，正北方向为X轴正方向，正东方向为Y轴正方向，竖直向上为Z轴正方向。根据旋转云台中心与无人机的距离及激光测距仪的水平角及俯仰角，终端处理模块计算所述无人机的空间坐标后。

S5、重复上述步骤，直至测量结束。

CCD相机再次获得图像，反馈给目标识别跟踪模块，并持续调节，使得无人机始终位于图像的正中心,使得激光测距仪可以实时对准无人机。

本实施例提供的一种无人机室内定位方法，通过目标识别跟踪模块设识别无人机，解算旋转方向及角度，旋转云台带动激光测距仪旋转；激光测距仪测量与无人机的距离，旋转编码器测量其水平角及俯仰角，根据激光测距仪与旋转编码器的反馈数据，所述终端处理模块计算所述无人机的空间坐标。实现无人机在室内的定位，使其进行测绘作业。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。