无人机的定位方法及装置与流程

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机的定位方法及装置。

背景技术：

传统的无人机定位方法通常采用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位。

然而，GPS定位精度相对较低。当无人机位于起降点时，需要较高的定位精度，此时仅依靠GPS定位可能无法满足无人机的定位要求。

传统的无人机定位方法还包括利用辅助定位系统进行定位。诸如视觉定位技术、室内定位技术等辅助定位系统的定位准确性受环境影响较大，因此辅助定位系统提供的位置信息也不够准确。如何提高无人机定位的准确性，是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明解决的一个技术问题是，如何提高无人机定位的准确性。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种无人机的定位方法，其特征在于，包括：接收全球定位系统GPS提供的位置信息以及辅助定位系统提供的位置信息；确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重；根据GPS提供的位置信息、辅助定位系统提供的位置信息、GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重，加权计算无人机的位置。

在一个实施例中，确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重包括：计算GPS定位误差；对GPS定位误差取倒数后进行归一化操作，得到归一化GPS定位精度系数；对辅助定位系统信号质量信息进行归一化操作，得到归一化辅助定位精度系数；根据归一化GPS定位精度系数以及归一化辅助定位精度系数，确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重。

在一个实施例中，计算GPS定位误差包括：从卫星接收水平分量定位精度因子、垂直分量定位精度因子以及钟差精度因子；将水平分量定位精度因子、垂直分量定位精度因子以及钟差精度因子的平方和的算术平方根作为GPS定位误差。

在一个实施例中，辅助定位系统为无线定位系统，辅助定位系统信号质量信息为无线信号质量信息。

在一个实施例中，辅助定位系统为视觉辅助定位系统，辅助定位系统信号质量信息为图像质量信息。

在一个实施例中，无线定位系统包括：蓝牙定位系统、无线局域网定位系统、窄带宽定位系统。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种无人机的定位装置，其特征在于，包括：信息接收模块，配置为接收全球定位系统GPS提供的位置信息以及辅助定位系统提供的位置信息；权重确定模块，配置为确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重；位置计算模块，配置为根据GPS提供的位置信息、辅助定位系统提供的位置信息、GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重，加权计算无人机的位置。

在一个实施例中，权重确定模块包括：误差计算单元，配置为计算GPS定位误差；归一化计算单元，配置为对GPS定位误差取倒数后进行归一化操作，得到归一化GPS定位精度系数，以及，对辅助定位系统信号质量信息进行归一化操作，得到归一化辅助定位精度系数；权重确定单元，配置为根据归一化GPS定位精度系数以及归一化辅助定位精度系数，确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重。

在一个实施例中，误差计算单元配置为：从卫星接收水平分量定位精度因子、垂直分量定位精度因子以及钟差精度因子；将水平分量定位精度因子、垂直分量定位精度因子以及钟差精度因子的平方和的算术平方根作为GPS定位误差。

在一个实施例中，辅助定位系统为无线定位系统，辅助定位系统信号质量信息为无线信号质量信息。

在一个实施例中，辅助定位系统为视觉辅助定位系统，辅助定位系统信号质量信息为图像质量信息。

在一个实施例中，无线定位系统包括：蓝牙定位系统、无线局域网定位系统、窄带宽定位系统。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种无人机的定位装置，其特征在于，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器中的指令，执行前述的无人机的定位方法。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质存储有计算机指令，指令被处理器执行时实现前述的无人机的定位方法。

本发明根据GPS提供的位置信息、辅助定位系统提供的位置信息、GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重，加权计算无人机的位置，从而提高了无人机定位的准确性。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明无人机的定位方法的一个实施例的流程示意图。

图2示出确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重的一个实施例的流程示意图。

图3示出本发明无人机的定位装置的一个实施例的结构示意图。

图4示出权重确定模块的一个实施例的结构示意图。

图5示出本发明无人机的定位装置的另一个实施例的结构图。

图6示出本发明无人机的定位装置的又一个实施例的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

发明人对现有技术中的定位方法进行了分析，指出现有技术中无人机定位准确性较低的原因在于：采用相对单一的定位方法，对无人机进行定位，始终无法克服该定位方法的固有缺陷；无论采用哪一种现有的定位方法，静态的定位过程都会使定位结果具有一定的片面性。

有鉴于此，发明人采用无人机辅助定位系统与GPS定位系统的数据融合算法，根据多个定位系统的不同定位精度实现无人机的动态定位。下面结合图1描述本发明提供的无人机的定位方法的一个实施例。

图1示出本发明无人机的定位方法的一个实施例的流程示意图。如图1所示，该实施例的定位方法包括：

步骤S102，接收GPS提供的位置信息。

例如，无人机可以从卫星接收GPS提供的位置信息，该位置信息可以为经度、纬度以及高度信息。

步骤S104，接收辅助定位系统提供的位置信息。

其中，辅助定位系统可以为无线定位系统，例如蓝牙定位系统、无线局域网定位系统或者窄带宽定位系统。辅助定位系统还可以为视觉辅助定位系统。

步骤S106，确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重。

无人机确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重的具体过程在后文中进行详细描述。

步骤S108，根据GPS提供的位置信息、辅助定位系统提供的位置信息、GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重，加权计算无人机的位置。

例如，可以根据公式(1)计算无人机的位置。

P＝Qg×Pg+Qw×Pw (1)

其中，P表示计算得到的无人机的位置，Pg表示GPS提供的位置信息，Pw表示辅助定位系统提供的位置信息，Qg表示GPS的定位权重，Qw表示辅助定位系统的定位权重。

根据上述实施例，无人机在运行过程中，需要实时动态的确定不同定位系统的定位权重。通过引入不同定位系统的数据可信度作为定位权重，采用复合的定位方法对无人机进行定位，克服了单一定位方法的固有缺陷，实现了无人机的动态定位，提高了无人机定位的准确性。

下面结合图2描述确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重的一个实施例。

图2示出确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重的一个实施例的流程示意图。如图2所示，该实施例的实现过程包括：

步骤S2062，无人机计算GPS定位误差。

例如，无人机可以从卫星接收HDOP(horizontal dilution of precision，水平分量精度因子)、VDOP(vertical dilution of precision，垂直分量定位精度因子)以及TDOP(time dilution of precision)钟差精度因子。其中，HDOP表示GPS系统在水平方向的定位误差，VDOP表示GPS系统在垂直方向的定位误差，TDOP表示无人机时表偏移误差。无人机根据公式(2)计算PDOP(position dilution of precision，三维位置精度因子)，并进一步根据公式(3)计算GPS定位误差GDOP，即，将水平分量定位精度因子、垂直分量定位精度因子以及钟差精度因子的平方和的算术平方根作为GPS定位误差，其中，GDOP可以反映GPS的定位精度。

HDOP²+VDOP²＝PDOP² (2)

PDOP²+TDOP²＝GDOP² (3)

步骤S2064，无人机对GPS定位误差取倒数后进行归一化操作，得到归一化GPS定位精度系数。

例如，对GDOP取倒数并归一化，得到归一化GPS定位精度系数G’。

步骤S2066，无人机对辅助定位系统信号质量信息进行归一化操作，得到归一化辅助定位精度系数。

例如，当辅助定位系统为无线定位系统时，辅助定位系统信号质量信息为无线信号质量信息。在无线定位技术中，影响定位精度的因素主要为信号质量。对无线定位系统信号质量信息进行归一化，得到归一化辅助定位精度系数R’。

再比如，当辅助定位系统为视觉辅助定位系统时，辅助定位系统信号质量信息为图像质量信息。在视觉辅助定位技术中，图像质量信息可以表示视觉辅助定位系统的定位精度。

本领域技术人员应理解，辅助定位系统有很多种类，实施例中给出的辅助定位系统仅作为示例。本实施例的核心思想是，根据不同辅助定位系统，找出能代表该辅助定位系统定位精度的物理量来确定权重。

步骤S2068，无人机根据归一化GPS定位精度系数以及归一化辅助定位精度系数，确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重。

例如，可以根据公式(4)确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重。

根据上述实施例，在无遮挡、天气好的情况下GPS信号较强，GPS提供的位置信息相对准确，GSP定位精度随着环境变差而降低。另一方面，位于起落点的辅助定位系统采用无线定位技术，其定位精度和无线信号质量有关。无线信号质量越好辅助定位系统的定位精度越高。

根据无人机的起飞过程，在地面附近时辅助定位系统信号强度较强，提供的位置准确性高，定位权重较大；随着无人机距离地面高度的增加，辅助定位系统信号逐渐减弱，可信度降低。相对而言，由于环境逐渐变得开阔，GPS信号质量逐渐变好，GPS定位权重增加。因此伴随着无人机起飞过程，定位系统实现从辅助定位系统逐渐切换到GPS的过程。反之，降落过程中定位系统实现从GPS切换到辅助定位系统的过程。根据实际情况统计，采用本实施例提供的方法可以显著提高无人机的定位准确性，无人机的理想定位精度可以达到10cm以内，平均定位精度可以达到20cm以内。

下面结合图3描述本发明提供的无人机的定位装置的一个实施例。

图3示出本发明无人机的定位装置的一个实施例的结构示意图。如图3所示，该实施例中的无人机的定位装置30包括：

信息接收模块302，配置为接收全球定位系统GPS提供的位置信息以及辅助定位系统提供的位置信息。

权重确定模块304，配置为确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重。

位置计算模块306，配置为根据GPS提供的位置信息、辅助定位系统提供的位置信息、GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重，加权计算无人机的位置。

根据上述实施例，无人机在运行过程中，需要实时动态的确定不同定位系统的定位权重。通过引入不同定位系统的数据可信度作为定位权重，采用复合的定位方法对无人机进行定位，克服了单一定位方法的固有缺陷，实现了无人机的动态定位，提高了无人机定位的准确性。

下面结合图4描述权重确定模块的一个实施例。

图4示出权重确定模块的一个实施例的结构示意图。如图4所示，该实施例中的权重确定模块304包括：

误差计算单元4042，配置为计算GPS定位误差。

归一化计算单元4044，配置为对GPS定位误差取倒数后进行归一化操作，得到归一化GPS定位精度系数，以及，对辅助定位系统信号质量信息进行归一化操作，得到归一化辅助定位精度系数。

权重确定单元4046，配置为根据归一化GPS定位精度系数以及归一化辅助定位精度系数，确定GPS的定位权重以及辅助定位系统的定位权重。

根据上述实施例，在无遮挡、天气好的情况下GPS信号较强，GPS提供的位置信息相对准确，GSP定位精度随着环境变差而降低。另一方面，位于起落点的辅助定位系统采用无线定位技术，其定位精度和无线信号质量有关。无线信号质量越好辅助定位系统的定位精度越高。

根据无人机的起飞过程，在地面附近时辅助定位系统信号强度较强，提供的位置准确性高，定位权重较大；随着无人机距离地面高度的增加，辅助定位系统信号逐渐减弱，可信度降低。相对而言，由于环境逐渐变得开阔，GPS信号质量逐渐变好，GPS定位权重增加。因此伴随着无人机起飞过程，定位系统实现从辅助定位系统逐渐切换到GPS的过程。反之，降落过程中定位系统实现从GPS切换到辅助定位系统的过程。根据实际情况统计，采用本实施例提供的方法可以显著提高无人机的定位准确性，无人机的理想定位精度可以达到10cm以内，平均定位精度可以达到20cm以内。

在一个实施例中，误差计算单元配置为：从卫星接收水平分量定位精度因子、垂直分量定位精度因子以及钟差精度因子；将水平分量定位精度因子、垂直分量定位精度因子以及钟差精度因子的平方和的算术平方根作为GPS定位误差。

在一个实施例中，辅助定位系统为无线定位系统，辅助定位系统信号质量信息为无线信号质量信息。

在一个实施例中，辅助定位系统为视觉辅助定位系统，辅助定位系统信号质量信息为图像质量信息。

在一个实施例中，无线定位系统包括：蓝牙定位系统、无线局域网定位系统、窄带宽定位系统。

图5示出了本发明无人机的定位装置的另一个实施例的结构图。如图5所示，该实施例的无人机的定位装置50包括：存储器510以及耦接至该存储器510的处理器520，处理器520被配置为基于存储在存储器510中的指令，执行前述任意一个实施例中的无人机的定位方法。

其中，存储器510例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)以及其他程序等。

图6示出了本发明无人机的定位装置的又一个实施例的结构图。如图6所示，该实施例的无人机的定位装置60包括：存储器510以及处理器520，还可以包括输入输出接口630、网络接口640、存储接口650等。这些接口630，640，650以及存储器510和处理器520之间例如可以通过总线650连接。其中，输入输出接口630为显示器、鼠标、键盘、触摸屏等输入输出设备提供连接接口。网络接口640为各种联网设备提供连接接口。存储接口650为SD卡、U盘等外置存储设备提供连接接口。

本发明还包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现前述任意一个实施例中的无人机的定位方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。