一种基于超声波的无人机实时定位与跟踪装置及应用技术的制作方法

文档序号:9431188
一种基于超声波的无人机实时定位与跟踪装置及应用技术的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无人机实时定位与跟踪装置及应用技术,尤其涉及一种基于超声波的无人机实时定位与跟踪装置及应用技术。
【背景技术】
[0002]目标的实时定位与跟踪在科学和工程中具有重要的研究价值。最初通常都是由无人机通过摄像机采集视频图像,然后通过均值移动算法、粒子滤波跟踪算法等目标跟踪算法来对目标进行实时定位与跟踪。由于在无人机实时定位与跟踪目标飞行的过程中,摄像机和目标之间相对运动,应用场景复杂多变,以及采集的视频图像一般具有光照变化明显、图像中杂物或噪声显著、目标被部分遮挡或安全遮挡、目标姿态变化大等特点,使基于序列图像的目标跟踪难以实现。经过长期研究,目前有开发一种采用结合均值移动与粒子滤波的无人机目标跟踪方法,可实现动态场景、光照变化、尺度变化、遮挡等复杂情况下对目标实时定位与跟踪,具有实时性好、适应性强和可扩展性好等优点。但是由于只是改变了目标跟踪算法,仍然是通过无人机上的摄像机来采集视频图像去进行计算,不仅成本高,光线干扰性大,接收及反射信号范围小,且存在计算过程复杂,计算数据精确度不高的缺点。

【发明内容】

[0003]针对上述问题,本发明拟解决的问题是提供一种结构简单合理、成本低、使用简便、无光线干扰、接收及发射信号范围广、计算过程简单且计算数据精确度高的基于超声波的无人机实时定位与跟踪装置及应用技术。
[0004]为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:一种基于超声波的无人机实时定位与跟踪装置,包括一个超声波发射器和一个超声波接收器;所述超声波发射器包括一块电路板一和至少一个超声波发射头,至少一个所述超声波发射头并联设置在所述电路板一的同一位置上;所述超声波接收器包括一块电路板二和至少三个超声波接收头一,至少三个所述超声波接收头一并联设置在所述电路板二的不同位置上,且上述所述超声波接收头一均不在同一直线上。
[0005]作为优选,所述电路板一和所述电路板二上还分别设有一无线通讯模块一和无线通讯模块二。
[0006]作为优选,每个所述超声波接收头一上还并联设置有至少三个位于不同位置且不在同一直线上的超声波接收头二。
[0007]作为优选,所述超声波接收头一的数量为3?6个,且所述超声波接收头一构成一个三角形陈列、矩形阵列或环形阵列。
[0008]作为优选,所述超声波接收头二的数量也为3?6个,且所述超声波接收头二构成一个三角形陈列、矩形陈列或环形陈列。
[0009]上述基于超声波的无人机实时定位与跟踪装置的应用技术,它包括以下步骤:
[0010](I)根据实际所需的发射角度,确定好超声波发射头的数量;根据实际所需监听的范围,确定好是否安装超声波接收头二,并确定好超声波接收头一和超声波接收头二的数量,安装好无线通讯模块一和无线通讯模块二;
[0011](2)根据实际所需,将超声波接收器上的超声波接收头一或超声波接收头二排成一个几何陈列;
[0012](3)将超声波发射器放置到人或一移动物体上,然后将超声波接收器放置到无人机上;
[0013](4)由超声波发射器上的超声波发射头以一定的时间间隔发射一到多个周期的特定频率的超声波脉冲;
[0014](5)如果超声波接收器上只安装了超声波接收头一,那么此时安装在超声波接收器上的多个超声波接收头一都会在一定的时间间隔接收到该特定频率的超声波脉冲;如果超声波接收器上安装了超声波接收头二,那么此时安装在超声波接收器上的多个超声波接收头二都会在一定的时间讲个接收到该特定频率的超声波脉冲;
[0015](6)由于多个超声波接收头一或多个超声波接收头二位于超声波接收器的不同位置上,且均不在同一直线上,并以几何陈列排列布置,所以每个超声波接收头一或每个超声波接收头二所监听到该特定频率超声波脉冲的时间也不同;此时就可以通过多个超声波接收头一或多个超声波接收头二在超声波接收器上的几何关系,以及监听到该特定频率超声波脉冲的时间,周期性的计算出超声波发射器相对于超声波接收器的3D位置;且由于设置了无线通讯模块一和无线通讯模块二,可以更加快速精确的进行定位;
[0016](7)由于通过上述步骤已经计算出了超声波发射器相对于超声波接收器的3D位置,此时当超声波发射器移动的时候,加载超声波接收器的无人机就能实时定位和跟踪超声波发射器的位置,从而实现无人机的实时定位与跟踪。
[0017]本发明的有效成果:本发明在基于超声波的应用上,对超声波发射器上的超声波发射头和超声波接收器上的超声波接收头一或超声波接收头二进行了独特的构造与组合设计,再者在电路板一和电路板二上分别设有一无线通讯模块一和无线通讯模块二。使其不仅结构简单合理,成本低,使用简便,且具有无光线干扰、接收及发射信号范围广和快的特点;再者将此装置运用到实际的无人机实时定位与跟踪领域中,当超声波发射头发射信号的同时,无线通讯模块一早就将信号传送给无线通讯模块二了,从而大大缩短了传播时间,能够进行快速计算,使其不仅计算过程简单,且计算数据精确度高,能够精确的对移动物体进行实时定位与跟踪,突破了现有的技术。
【附图说明】
[0018]图1是本发明中超声波发射器和超声波接收器组合状态下的结构示意图一。
[0019]图2是本发明中超声波发射器和超声波接收器组合状态下的结构示意图二。
[0020]图中:1_超声波发射器,2-超声波接收器,3-电路板一,4-超声波发射头,5-电路板二,6-超声波接收头一,7-超声波接收头二,8-无线通讯模块一,9-无线通讯模块二。
【具体实施方式】
[0021]为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案,下面将结合本实施例中的附图1 (超声波发射头数量为3个,超声波接收头一的数量为4个)和图2 (超声波发射头数量为3个,超声波接收头一的数量为4个,超声波接收头二的数量为3个)为例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0022]如图1、图2所示,本发明公开了一种基于超声波的无人机实时定位与跟踪装置,包括一个超声波发射器I和一个超声波接收器2 ;超声波发射器I包括一块电路板一 3和至少一个超声波发射头4,至少一个超声波发射头4并联设置在电路板一 3的同一位置上;超声波接收器2包括一块电路板二 5和至少三个超声波接收头一 6,至少三个超声波接收头一6并联设置在电路板二 5的不同位置上,且上述超声波接收头一 6均不在同一直线上,电路板一 3和电路板二 5上还分别设有一无线通讯模块一 8和无线通讯模块二 9,每个超声波接收头一 6上还并联设置有至少三个位于不同位置且不在同一直线上的超声波接收头二 7,超声波接收头一 6的数量为3?6个,且超声波接收头一 6构成一个三角形陈列、矩形阵列或环形阵列,超声波接收头二 7的数量也为3?6个,且超声波接收头二 7构成一个三角形陈列、矩形陈列或环形陈列。
[0023]上述基于超声波的无人机实时定位与跟踪装置的应用技术,它包括以下步骤:
[0024](I)根据实际所需的发射角度,确定好超声波发射头4的数量;根据实际所需监听的范围,确定好是否安装超声波接收头二 7,并确定好超声波接收头一
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