一种无人机导航方法、导航装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机导航方法、导航装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

随着无人机技术快速发展，无人机的应用领域也快速扩大，例如，无人机不仅可以应用于常规的高空取景，还可以应用于抢险救灾时的环境勘察。不过，后者的应用场景通常伴随着复杂环境状况，例如树木、建筑物遮挡。无人机在飞行过程中需要借助卫星导航信号进行位置、姿态、速度的修正，而一旦卫星导航信号被遮挡物遮挡，则有可能导致无人机姿态偏移和无法定位而坠毁。

针对导航卫星信号丢失的情况，即无导航卫星信号条件，现有无人机导航技术通常借助天文导航技术或者激光惯性导航技术实现导航。天文导航是以已知准确空间位置的自然天体为基准，通过天体测量仪器被动探测天体位置，经解算确定测量点所在载体的导航信息。而高精度激光惯导价格昂贵，不适合低成本无人机平台应用。

然而，发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在如下问题：

现有的无人机导航技术在使用天文导航时容易受到云层对星光的遮挡，导致导航精度下降，容易造成无人机偏航，难以保证无人机安全返航。而高精度激光惯导价格昂贵，不适合低成本无人机平台应用。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种无人机导航方法、导航装置、电子设备及存储介质，以实现在卫星信号丢失时对无人机进行导航，提高无人机的飞行安全性。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机导航方法，所述方法包括：

获取第一导航信息和第二导航信息，所述第一导航信息中至少包括：机载imu(inertialmeasurementunit，惯性测量单元)测量数据，卫星导航信号，磁航向信号；所述第二导航信息中至少包括：环境场景深度信息和惯性导航信息；

至少基于所述第一导航信息进行导航；

当所述无人机的当前状况符合预设紧急状况时，通过所述第二导航信息确定所述无人机的当前状态信息；所述预设紧急状况包括：卫星导航信号丢失状况；所述当前状态信息包括以下至少一项：无人机的高度信息，位置信息，速度信息以及航向信息；

基于所述无人机的当前状态信息以及所述第一导航信息进行导航。

可选地，所述至少基于所述第一导航信息进行导航的步骤，包括：

基于所述第一导航信息和所述第二导航信息共同对无人机进行导航。

可选地，所述通过所述第二导航信息确定所述无人机的当前状态信息的步骤，包括：

利用深度信息传感器采集当前环境的地面场景特征，并通过所述地面场景特征计算所述当前环境的深度信息；所述深度信息传感器包括：激光雷达，深度摄像头或者双目摄像头；

基于所述当前环境的深度信息，确定所述无人机的姿态、位置和速度。

可选地，所述基于所述无人机的当前状态信息以及所述第一导航信息进行导航的步骤，包括：

利用所述第二导航信息中的无人机的当前状态信息，以及所述第一导航信息中的磁航向信号和机载imu数据，对无人机进行导航。

可选地，所述当所述无人机的当前状况符合预设紧急状况时，通过所述第二导航信息确定所述无人机的当前状态信息之前，所述方法还包括：

判断所述无人机的当前状况是否符合预设紧急状况。

可选地，所述判断所述无人机的当前状况是否符合预设紧急状况的步骤，包括：

针对所获取的第一导航信息，判断是否存在卫星导航信号丢失状况；

如果存在卫星导航信号丢失状况，则确定所述无人机符合预设紧急状况。

第二方面，本发明实施例提供了一种无人机导航装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取第一导航信息和第二导航信息，所述第一导航信息中至少包括：机载imu测量数据，卫星导航信号，磁航向信号；所述第二导航信息中至少包括：环境场景深度信息和惯性导航信息；

第一导航模块，用于至少基于所述第一导航信息进行导航；

确定模块，用于当所述无人机的当前状况符合预设紧急状况时，通过所述第二导航信息确定所述无人机的当前状态信息；所述预设紧急状况包括：卫星导航信号丢失状况；所述当前状态信息包括以下至少一项：无人机的高度信息，位置信息，速度信息以及航向信息；

第二导航模块，用于基于所述无人机的当前状态信息以及所述第一导航信息进行导航。

可选地，所述确定模块，包括：

采集子模块，用于利用深度信息传感器采集当前环境的地面场景特征，并通过所述地面场景特征计算所述当前环境的深度信息；所述深度信息传感器包括：激光雷达，深度摄像头或者双目摄像头；

确定子模块，用于基于所述当前环境的深度信息，确定所述无人机的姿态、位置和速度。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器被所述机器可执行指令促使：实现本发明实施例第一方面提供的无人机导航方法的方法步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行本发明实施例第一方面提供的无人机导航方法的方法步骤。

本发明实施例提供的一种无人机导航方法、导航装置、电子设备及存储介质，通过获取第一导航信息和第二导航信息，能够在无人机状态正常时至少基于第一导航信息对无人机进行导航，在无人机进入紧急状况时，例如卫星导航信号丢失时，能够利用第二导航信息所确定的无人机当前状态信息，结合第一导航信息对无人机进行导航，从而能够在卫星导航信号丢失时，仍能对无人机进行导航，避免无人机因偏航而无法安全返航，提高了无人机的飞行安全性，尤其适合在抢险救灾等复杂环境中应用。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无人机导航方法的一种流程示意图；

图2为本发明实施例提供的无人机导航装置的一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对导航卫星信号丢失的情况，现有的无人机导航技术还可以采用激光惯性导航技术，激光惯性导航是利用激光陀螺仪进行导航的技术。激光惯性导航具有精度高、稳定性高的优点，但同时价格高昂，制造和使用成本均高，不适合大面积应用。

有鉴于此，如图1所示，本发明实施例提供了一种无人机导航方法，该方法可以包括以下步骤：

s101，获取第一导航信息和第二导航信息。

本发明实施例中，无人机可以同时运行两套导航系统，即主导航系统和备导航系统，两套导航系统可以独立工作。其中，主导航系统可以包括：机载惯性导航设备，地磁仪和卫星导航设备。机载惯性导航设备例如可以为imu(inertialmeasurementunit，惯性测量单元)，卫星导航设备例如可以为gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)导航设备，北斗导航设备等。

容易理解的是，上述设备可以产生不同的导航信号，因此，无人机可以获取主导航系统的第一导航信息，第一导航信息中至少包括：上述卫星导航设备产生的卫星导航信号，上述地磁仪产生的磁航向信号，以及上述机载惯性导航设备产生的机载imu数据。

本发明实施例中，备导航系统可以包括：机载惯导设备和深度信息传感器。其中机载惯性导航设备例如可以为imu，可以具有与主导航系统相同的结构。深度信息传感器用于获取场环境场景深度信息，从而确定无人机的姿态，位置和速度等信息。

同理，无人机可以获取备导航系统的第二导航信息，第二导航信息中至少包括：深度信息传感器产生的环境场景深度信息和机载惯导设备产生的惯性导航信息。

s102，至少基于第一导航信息进行导航。

获取第一导航信息和第二导航信息后，由于第一导航信息中包含有卫星导航信号，磁航向信号，以及机载imu数据等能够用于导航的信息，因此无人机可以在卫星导航信号有效时，利用第一导航信息进行导航。

s103，当无人机的当前状况符合预设紧急状况时，通过第二导航信息确定无人机的当前状态信息。

本发明实施例中的预设紧急状况，可以指卫星导航信号丢失状况。当无人机被倒塌建筑物、倒塌树木等遮挡物遮挡时，可能会导致卫星导航信号丢失，此时无人机需要借助其他导航方式进行导航。在本发明实施例中，无人机可以通过第二导航信息确定无人机的当前状态信息，当前状态信息例如可以为：无人机的高度信息，位置信息，速度信息，姿态信息以及航向信息等，从而实现无人机在卫星信号丢失的情况下导航。

作为本发明实施例一种具体的实现方式，无人机可以利用深度信息传感器采集当前环境的地面场景特征，或通过地面场景特征计算当前环境的深度信息，进而解算无人机的当前姿态，位置和速度。上述深度信息传感器例如可以为：激光雷达，深度摄像头或者双目摄像头等扫描成像设备，它们可以对当前环境的地面场景扫描得到稠密点云或稀疏点云，从而得到地面场景特征。需要说明的是，可以通过现有的稠密点云或稀疏点云获取方法，对当前环境的地面场景扫描得到稠密点云或稀疏点云，本发明实施例在此不再赘述。

本发明实施例中，可以根据无人机飞行的高度和数据处理计算机的性能，选用一种或多种传感器参与工作。由于深度信息传感器具有一定的工作范围，因此无人机的飞行高度以不超过深度信息传感器的工作范围为宜。对于包含有深度传感器的备用导航系统，可以通过高性能的嵌入式计算机做数据计算工作，该嵌入式计算机例如可以为：nvidia(英伟达)公司的tx1/2计算平台，或者基于x86等平台(一种处理器架构)的嵌入式计算机。

作为本发明实施例一种具体的实现方式，由于深度信息传感器需要采集地面场景特征，因此可以垂直向下或斜向下布置。

s104，基于无人机的当前状态信息以及第一导航信息进行导航。

本发明实施例中，无人机在主导航系统模式工作时，备导航系统同样可以工作，在卫导信号失效时，无人机的主导航系统可以通过备导航系统得到的无人机的当前状态信息，并结合第一导航信息进行导航，保证了装备低精度的惯性导航设备的无人机在卫星导航信号失效下的安全自主飞行。

作为本发明实施例一种具体的实现方式，可以利用第二导航信息中的无人机的当前状态信息，以及第一导航信息中的磁航向信号和机载imu数据，对无人机进行导航。

进一步具体地，主导航系统可以分别采用当前状态信息中的无人机的高度信息，位置信息，速度信息以及航向信息进行组合导航方程解算，以实现正常的导航数据输出。需要说明的是，组合导航方程解算为现有技术，本发明实施例在此不再赘述。

本发明实施例优点是备导航系统模拟了卫导的角色，只需要提供频率为1hz的无人机当前状态信息即可。备导航系统有较长的时间完成导航定位参数解算，且主导航系统和备导航系统相互独立，不互相影响。

作为本发明实施例一种可选的实施方式，本发明实施例还可以基于第一导航信息和第二导航信息共同对无人机进行导航，具体地，可以将第一导航信息中的卫星导航信号提供的位置信息、速度参数、磁航向，以及第二导航信息中的深度信息传感器提供的位置、速度、航向，以及imu提供的加速度、角速度参数统一到一个导航解算方程中处理，得出最后的导航数据，在卫导参数和深度传感器提供的参数不同时失效时都可以稳定工作。

作为本发明实施例另一种可选的实施方式，本发明实施例还可以在卫星导航信号丢失时，将主导航系统切换至备导航系统，只采用备导航系统的第二导航信息进行导航。也就是说，备导航系统的参数信息不再参与到主导航系统的导航解算流程中，从而在保证无人机导航的前提下，降低无人机的数据处理量，节约无人机电量。

作为本发明实施例一种可选的实施方式，无人机还可以判断自身的当前状况是否符合预设紧急状况，具体地，无人机可以针对所获取的第一导航信息，判断是否存在卫星导航信号丢失状况，例如，无卫星导航信号或卫星导航信号接收不良。如果存在卫星导航信号丢失状况，则可以确定无人机符合预设紧急状况。

作为本发明实施例一种可选的实施方式，当第一导航信息和第二导航信息间的坐标原点不一致时，可以在主导航系统工作时，对第二导航信息中的坐标参数进行坐标转换实现坐标原点的统一。例如，对第二导航信息中的位置信息继续坐标转换。

本发明实施例提供的一种无人机导航方法，通过获取第一导航信息和第二导航信息，能够在无人机状态正常时至少基于第一导航信息对无人机进行导航，在无人机进入紧急状况时，例如卫星导航信号丢失时，能够利用第二导航信息所确定的无人机当前状态信息，结合第一导航信息对无人机进行导航，从而能够在卫星导航信号丢失时，仍能对无人机进行导航，避免无人机因姿态漂移而坠毁，提高了无人机的飞行安全性，尤其适合在抢险救灾等复杂环境中应用。

本发明实施例提供的一种无人机导航装置的一种具体实施例，与图1所示流程相对应，参考图2，图2为本发明实施例的一种无人机导航装置的一种结构示意图，包括：

获取模块201，用于获取第一导航信息和第二导航信息，第一导航信息中至少包括：卫星导航信号，磁航向信号，以及机载imu数据；第二导航信息中至少包括：环境场景深度信息和惯性导航信息。

第一导航模块202，用于至少基于第一导航信息进行导航。

确定模块203，用于当无人机的当前状况符合预设紧急状况时，通过第二导航信息确定无人机的当前状态信息；预设紧急状况包括：卫星导航信号丢失状况；当前状态信息包括以下至少一项：无人机的高度信息，位置信息，速度信息以及航向信息。

第二导航模块204，用于基于无人机的当前状态信息以及第一导航信息进行导航。

作为本发明实施例一种可选的实施方式，第一导航模块具体可以用于：

基于第一导航信息和第二导航信息共同对无人机进行导航。

作为本发明实施例一种可选的实施方式，确定模块可以包括：

采集子模块，用于利用深度信息传感器采集当前环境的地面场景特征，并通过地面场景特征计算当前环境的深度信息；深度信息传感器包括：激光雷达，深度摄像头或者双目摄像头。

确定子模块，用于基于当前环境的深度信息，确定无人机的当前姿态、位置和速度。

作为本发明实施例一种可选的实施方式，第二导航模块具体可以用于：

利用第二导航信息中的无人机的当前状态信息，以及第一导航信息中的磁航向信号和机载imu数据，对无人机进行导航。

作为本发明实施例一种可选的实施方式，上述无人机导航装置还可以包括：

判断模块，用于判断无人机的当前状况是否符合预设紧急状况。

可选地，判断模块具体可以包括：

判断子模块，用于针对所获取的第一导航信息，判断是否存在卫星导航信号丢失状况。

紧急状况确定子模块，用于如果存在卫星导航信号丢失状况，则确定无人机符合预设紧急状况。

本发明实施例提供的一种无人机导航装置，通过获取第一导航信息和第二导航信息，能够在无人机状态正常时至少基于第一导航信息对无人机进行导航，在无人机进入紧急状况时，例如卫星导航信号丢失时，能够利用第二导航信息所确定的无人机当前状态信息，结合第一导航信息对无人机进行导航，从而能够在卫星导航信号丢失时，仍能对无人机进行导航，避免无人机坠毁，提高了无人机的飞行安全性，尤其适合在抢险救灾等复杂环境中应用。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图3所示，包括处理器301、通信接口302、存储器303和通信总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过通信总线304完成相互间的通信，

存储器303，用于存放计算机程序；

处理器301，用于执行存储器303上所存放的程序时，实现如下步骤：

获取第一导航信息和第二导航信息，第一导航信息中至少包括：卫星导航信号，磁航向信号，以及机载imu数据；第二导航信息中至少包括：环境场景深度信息和惯性导航信息；

至少基于第一导航信息进行导航；

当无人机的当前状况符合预设紧急状况时，通过第二导航信息确定无人机的当前状态信息；预设紧急状况包括：卫星导航信号丢失状况；当前状态信息包括以下至少一项：无人机的高度信息，位置信息，速度信息以及航向信息；

基于无人机的当前状态信息以及第一导航信息进行导航。

本发明实施例提供的一种电子设备，通过获取第一导航信息和第二导航信息，能够在无人机状态正常时至少基于第一导航信息对无人机进行导航，在无人机进入紧急状况时，例如卫星导航信号丢失时，能够利用第二导航信息所确定的无人机当前状态信息，结合第一导航信息对无人机进行导航，从而能够在卫星导航信号丢失时，仍能对无人机进行导航，避免无人机坠毁，提高了无人机的飞行安全性，尤其适合在抢险救灾等复杂环境中应用。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，用以执行如下步骤：

获取第一导航信息和第二导航信息，第一导航信息中至少包括：卫星导航信号，磁航向信号，以及机载imu数据；第二导航信息中至少包括：环境场景深度信息和惯性导航信息；

至少基于第一导航信息进行导航；

当无人机的当前状况符合预设紧急状况时，通过第二导航信息确定无人机的当前状态信息；预设紧急状况包括：卫星导航信号丢失状况；当前状态信息包括以下至少一项：无人机的高度信息，位置信息，速度信息以及航向信息；

基于无人机的当前状态信息以及第一导航信息进行导航。

本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，通过获取第一导航信息和第二导航信息，能够在无人机状态正常时至少基于第一导航信息对无人机进行导航，在无人机进入紧急状况时，例如卫星导航信号丢失时，能够利用第二导航信息所确定的无人机当前状态信息，结合第一导航信息对无人机进行导航，从而能够在卫星导航信号丢失时，仍能对无人机进行导航，避免无人机因姿态漂移而坠毁，提高了无人机的飞行安全性，尤其适合在抢险救灾等复杂环境中应用。

对于装置/电子设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，本发明实施例的装置、电子设备及存储介质分别是应用上述无人机导航方法的装置、电子设备及存储介质，则上述无人机导航方法的所有实施例均适用于该装置、电子设备及存储介质，且均能达到相同或相似的有益效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。