无人飞行器室内接收器搜索方法及装置与流程

本发明涉及无人飞行器技术领域，特别是涉及一种无人飞行器室内接收器搜索方法及装置。

背景技术：

无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的飞行器。能够利用无线遥控设备和自身的控制装置进行控制的不载人飞行器，例如无人直升机、无人固定翼机、无人伞翼机等等。该无人机可以用于挂载拍摄装置，用于航拍、测绘、侦查等等。

目前，随着无人机应用越来越普及，出现了更多航飞速度更快、飞行高度更高、更加操作灵活、体积更小的无人飞行器。而随着飞行速度及飞行高度的不断增加，加上飞行器本体越来越小，对飞行器本身的性能要求也越来越高。现有技术中，多数无人飞行器采用全球卫星定位系统（gps）来进行定位。全球卫星定位系统（gps）的应用是基于卫星发射信号给定位端，当定位端同时收到4颗以上的卫星信号后，再根据相关的定位算法算出其当前所处位置的三维坐标、速度和时间等。然而，这种定位原理的前提是要能接收到卫星信号，这就将gps模块的使用限制在室外且能够接收到良好的卫星信号的环境下。在室内等卫星信号不好的一些环境下，我们无法接收到符合要求的卫星信号，或者是完全接收不到信号，并且这个信号产生的gps位置信息的误差变得非常大，几乎无法使用。

具体来说，无人飞行器飞行速度及高度的提升，将导致飞行器根据操控要求实现悬停的难度提高；小型飞行器在室内或空间较为隐蔽的地方飞行时由于无法实现卫星定位或卫星定位精度差，而无法实现定点悬停、避开障碍物等问题，上述问题将导致无人飞行器存在一定的安全隐患，同时对操控者而言，也无法体验到良好的飞行操控效果。

对比文件1（cn104932523a）公开一种无人飞行器的定位方法，该方法通过无人飞行器上的摄像头获取视频流图像信息，根据解析视频图像信息得到特征点信息以及高度信息和姿态信息，得到飞行器的漂移方向和漂移距离，融合成视频流定位信息，再通过获取卫星定位信号，将卫星定位信号和视频流定位信号进行融合处理后，得到精度的定位信息。

另外，还有一些关于无人机室内定位技术，如光流定位技术、惯性设备与超生波测距相结合定位技术、摄像头图像结合雷达避障系统定位技术以及摄像头图像对比定位技术等。尽管这些方法在一定程度上可以较好地用于无人机室内定位，但仍存在一些局限性。如使用光流或摄像头图像定位技术，不仅成本较高，而且还需要复杂的图像处理算法；而使用惯性测量器件等，则定位精度会受到一定的限制；同时，采用雷达避障则需要高精度的雷达扫描系统，价格昂贵、结构复杂。

此外，由于目前人们对无人机的航飞速度、飞行高度、操作灵活度、体积大小等方面提出越来越高要求，而现有技术中的无人机在采用低成本的定位器件时较难兼顾到定位精度，且定位搜索缓慢，难以满足人们对无人机的上述要求。

技术实现要素：

本发明正是基于以上一个或多个问题，提供一种低成本的无人飞行器室内接收器搜索方法及装置，用以解决现有技术中存在的定位搜索缓慢以及定位精度低的问题。

本发明提供一种无人飞行器室内接收器搜索方法，所述无人飞行器室内接收器搜索方法包括以下步骤：

s100在室内平面内设置m个超声波接收器，其中m为大于等于3的整数；

s200从所述m个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；

s300判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；

s400若能，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。

优选地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s300之后进一步包括：

s500若不能，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；

s600若大于等于3个，则判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；

s700若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

优选地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s600之后进一步包括：

s800若不能构建所述直角三角形，则重新开始定位所述无人飞行器的位置。

优选地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s500之后进一步包括：

s900若所述有效超声波接收器的数量小于3个，则重新开始定位所述无人飞行器的位置。

优选地，步骤s400进一步包括：若所述有效超声波接收器的数量为9个，且9个所述有效超声波接收器呈“田”字形分布在同一平面上时，则构造出9个矩形，依据9个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建9个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

优选地，步骤s400进一步包括：若所述有效超声波接收器的数量为6个或7个时，构建至多3个矩形，依据至多3个矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建至多3个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组；或者若所述有效超声波接收器的数量为4个或5个时，构建至多1个矩形，当构建出一个矩形时，依据所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建一个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组；若所述有效超声波接收器的数量为8个时，构建至多6个矩形，当构建出6个矩形时，依据6个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建6个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

本发明还提供一种无人飞行器室内接收器搜索装置，其特征在于，所述无人飞行器室内接收器搜索装置包括：

设置模块，用于在室内平面内设置m个超声波接收器，其中m为大于等于3的整数；

有效距离获取模块，用于从所述m个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；

第一判断模块，用于判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；

第一距离方程组构建模块，用于在以所述有效超声波接收器作为顶点能构建出至少一个矩形时，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。

优选地，第二判断模块，用于在以所述有效超声波接收器作为顶点不能构建出至少一个矩形时，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；

第三判断模块，在所述有效超声波接收器的数量大于等于3个时，判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；

第二距离方程组构建模块，若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

优选地，所述第一距离方程组构建模块具体用于在所述有效超声波接收器的数量为9个，且9个所述有效超声波接收器呈“田”字形分布在同一平面上时，构造出9个矩形，依据9个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建9个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

本发明还提供一种无人飞行器室内接收器搜索装置，所述无人飞行器室内接收器搜索装置包括:处理器、存储器；所述处理器控制所述无人飞行器室内接收器搜索装置，所述存储器存储一段程序代码，所述处理器调用所述存储器中存储的程序代码以执行以下步骤：

s100在室内平面内设置m个超声波接收器，其中m为大于等于3的整数；

s200从所述m个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；

s300判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；

s400若能，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。

本发明提供的无人飞行器室内接收器搜索方法及装置，不仅成本低廉，而且具有快速搜索到接收器、对无人飞行器定位的精度高的有益效果。

附图说明

图1是本发明实施方式一的无人飞行器室内接收器搜索方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施方式一的一实施例中采用呈“田”字形的方式的示意图；

图3示出了本发明实施方式二的无人飞行器室内接收器搜索装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

实施方式一

如图1所示，本发明实施方式一提供一种无人飞行器室内接收器搜索方法，所述无人飞行器室内接收器搜索方法包括以下步骤：

s100在室内平面内设置m个超声波接收器，其中m为大于等于3的整数；这里在室内的平面可以是天花板上，也可以是地上，还可以是墙壁上距离地面同一高度的位置；

s200从所述m个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；

s300判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；

s400若能，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。

本发明提供的无人飞行器室内接收器搜索方法，不仅成本低廉，而且具有快速搜索到接收器、对无人飞行器定位的精度高的有益效果。

进一步地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s300之后进一步包括：

s500若不能，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；

s600若大于等于3个，则判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；

s700若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

优选地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s600之后进一步包括：

s800若不能构建所述直角三角形，则重新开始定位所述无人飞行器的位置。

优选地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s500之后进一步包括：

s900若所述有效超声波接收器的数量小于3个，则重新开始定位所述无人飞行器的位置。

如图2所示，在本发明的无人飞行器室内接收器搜索方法中，步骤s400进一步包括：若所述有效超声波接收器的数量为9个，且9个所述有效超声波接收器呈“田”字形分布在同一平面101上时，则构造出9个矩形，其中a、b、c、d为四个最基本的矩形，经过组合可以构造出9个矩形，依据9个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建9个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

具体来说，当超声波接收器数目为9个时，将9个超声波接收器（传感器）放在同一平面，并按照一个“田”字的形状进行安放，使得每个位置的z轴相同，三纵向方向上的超声波接收器的x轴相同，三横向方向上的超声波接收器的y轴相同。这种排布方式，可以极大地简化三点坐标的距离方程组。在测量时，可以得到9个距离数据，用数组sarray[9]表示，只需要在其中挑选出三个数据(去掉最小数据)就可以了。

本发明采用的方法是对数组sarray[9]按照数值从小到大的方法排序，根据立体几何上的空间内的点之间的距离变化为线性规律变化，也就是说在测量得到的距离值经过排序后，最小的四个数据，一定是个四边形，所以就可以按照空间两点的距离方程，列出三元二次方程，通过设置的特殊位置，即可消元降次，解出需要的3维坐标。

但是，在实际中，一方面由于超声波接收器本身的测量误差和外界的干扰，测量得到的距离存在5cm左右的误差，另一方面由于超声波信号的发射和接收存在角度限制，导致出现丢失一组或几组数据的问题。这些问题单靠滤波算法无法完全解决，总会出现定位数据波动过大，使得排序所得到的数据并非符合实际，即四个数据可能不会在同一个四边形上，而是会在散落在不同的四边形上。

本发明为避免由于干扰和测量失败导致排序算法的数据错乱的问题，首先，从设有多个超声波接收器的平面中选出分布呈“田”字型的9个超声波接收器，以构建出九种可能的四边形。由于可接收到九个距离值，每个距离值都可以找到对应的平面坐标位置，也就是说，如果收到的数据在4个或4个以上，就一定会产生一个四边形的组合，而在这个四边形里，我们只需要三组数据就可以完成空间坐标的解算。并且当数据超过6组以上时，我们可以通过计算多组四边形的得到多个空间坐标，将其过滤和平滑之后，空间坐标会变得更准确。

最后使用的计算方法为：根据九种四边形的组合，列出九种组合各自需要的平面坐标，将每种组合需要的坐标和距离代入距离方程组中，如果缺少相应的距离，就不计算，这样计算9次，然后将数据进行平滑滤波处理，从而得到该无人飞行器当前准确的空间坐标。虽然需要进行九次计算，对于人来说是很麻烦的，但是当下处理器处理速度来看，九次简单的计算量非常小。

此外，在其它实施例中，有效超声波接收器的数量可以为其它大于等于3个的数据，如4个、5个、6个、7个或8个，步骤s400进一步包括：若所述有效超声波接收器的数量为6个或7个时，构建至多3个矩形，依据至多3个矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建至多3个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组；或者若所述有效超声波接收器的数量为4个或5个时，构建至多1个矩形，当构建出一个矩形时，依据所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建一个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组；若所述有效超声波接收器的数量为8个时，构建至多6个矩形，当构建出6个矩形时，依据6个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建6个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

实施方式二

请参见图3，本发明实施方式二在上述实施方式一的基础上，还提供一种无人飞行器室内接收器搜索装置，所述无人飞行器室内接收器搜索装置包括：

设置模块100，用于在室内平面内设置m个超声波接收器，其中m为大于等于3的整数；

有效距离获取模块200，用于从所述m个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；

第一判断模块300，用于判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；

第一距离方程组构建模块400，用于在以所述有效超声波接收器作为顶点能构建出至少一个矩形时，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。

本发明提供的无人飞行器室内接收器搜索装置，不仅成本低廉，而且具有快速搜索到接收器、对无人飞行器定位的精度高的有益效果。

优选地，第二判断模块，用于在以所述有效超声波接收器作为顶点不能构建出至少一个矩形时，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；

第三判断模块，在所述有效超声波接收器的数量大于等于3个时，判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；

第二距离方程组构建模块，若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

优选地，所述第一距离方程组构建模块具体用于在所述有效超声波接收器的数量为9个，且9个所述有效超声波接收器呈“田”字形分布在同一平面上时，构造出9个矩形，依据9个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建9个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

实施方式三

本发明实施方式三还提供一种无人飞行器室内接收器搜索装置，所述无人飞行器室内接收器搜索装置包括：处理器、存储器；所述处理器控制所述无人飞行器室内接收器搜索装置，所述存储器存储一段程序代码，所述处理器调用所述存储器中存储的程序代码以执行以下步骤：

s100在室内平面内设置m个超声波接收器，其中m为大于等于3的整数；

s200从所述m个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；

s300判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；

s400若能，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。

本发明提供的无人飞行器室内接收器搜索装置，不仅成本低廉，而且具有快速搜索到接收器、对无人飞行器定位的精度高的有益效果。

优选地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s300之后进一步包括：

s500若不能，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；

s600若大于等于3个，则判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；

s700若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

优选地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s600之后进一步包括：

s800若不能构建所述直角三角形，则重新开始定位所述无人飞行器的位置。

优选地，所述无人飞行器室内接收器搜索方法在步骤s500之后进一步包括：

s900若所述有效超声波接收器的数量小于3个，则重新开始定位所述无人飞行器的位置。

优选地，步骤s400进一步包括：若所述有效超声波接收器的数量为9个，且9个所述有效超声波接收器呈“田”字形分布在同一平面上时，则构造出9个矩形，依据9个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建9个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

优选地，步骤s400进一步包括：若所述有效超声波接收器的数量为6个或7个时，构建至多3个矩形，依据至多3个矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建至多3个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组；或者若所述有效超声波接收器的数量为4个或5个时，构建至多1个矩形，当构建出一个矩形时，依据所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建一个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组；若所述有效超声波接收器的数量为8个时，构建至多6个矩形，当构建出6个矩形时，依据6个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建6个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。

以上对本发明所提供的一种无人飞行器室内接收器搜索方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。不应理解为对本发明的限制。