一种基于地面标识的无人飞行器自主定位及位姿校正技术制造技术

一种基于地面标识的无人飞行器自主定位及位姿校正技术，涉及自动控制及图像处理领域。其特征在于在无GPS信号的情况下，融合飞行器上惯性元件、地磁计及光流模块信息，利用相机识别地面标识，完成对飞行器的位置和姿态校正。惯性元件及光流模块用于获取飞行器的俯仰滚转信息及位置信息，地磁计用于获取飞行器的偏航信息；相机用于获取地面标识图像，根据地面标识在获取图像和初始地理坐标系中的位置和姿态，解算飞行器相对于初始地理坐标系的位置和姿态；利用相机所获取位姿信息对利用惯性元件、地磁计和光流模块信息所得位姿进行校正。本发明专利技术可采用白色特征带组成的固定间隔网格或地面瓷砖缝隙作为地面标识，实现对飞行器的全局定位及姿态校正。

【技术实现步骤摘要】
一种基于地面标识的无人飞行器自主定位及位姿校正技术
本专利技术涉及自动控制及图像处理领域，适用于无人飞行器室内进行精确导航或在无GPS信号情况下进行高精度导航。
技术介绍
近年来，无人飞行器的发展在民用和军事领域都成为越来越关注的话题，如无人直升机、无人固定翼飞行器，无人旋翼飞行器等，目前广泛应用于各个行业，例如侦查与监视，搜索与救援，航拍与地形测绘等。尤其是四旋翼无人飞行器，凭借其结构简单，具有垂直起降和自由悬停的特点，可以在复杂的环境可以出色的完成既定任务。而在无人飞行器执行任务的过程中，导航定位是其中最为关键的问题之一。对于室外环境，全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)诸如美国的全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)、我国的北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS)能够为用户提供较高精度的定位服务，基本满足了用户在室外场景中对基于位置服务的需求。然而，个人用户、室内表演、编队室内飞行、工厂内巡检等有大量的定位需求发生在室内场景。而室内场景受到建本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地面标识的无人飞行器自主定位及位姿校正技术，其特征在于，包括：步骤一、建立初始地理坐标系，机体坐标系，机体到地理牵连坐标系，相机坐标系，图像坐标系，光流模块坐标系，在无人飞行器上安装相机和光流定位模块；步骤二、标定相机坐标系相对于机体坐标系的位置和姿态，并测量光流定位模块与相机之间的相对位置关系，标定机体坐标系到初始地理坐标系之间的转换矩阵；步骤三、获取光流定位模块速度信息，及惯性元件的加速度信息和无人飞行器自身的姿态信息。对惯性元件的加速度信息进行积分，得到惯性元件速度Va。将光流定位模块返回的光流定位模块速度Vo和惯性元件提供的加速度积分后得到的惯性元件速度Va，转换到初始地理坐标...

【技术特征摘要】
1.一种基于地面标识的无人飞行器自主定位及位姿校正技术，其特征在于，包括：步骤一、建立初始地理坐标系，机体坐标系，机体到地理牵连坐标系，相机坐标系，图像坐标系，光流模块坐标系，在无人飞行器上安装相机和光流定位模块；步骤二、标定相机坐标系相对于机体坐标系的位置和姿态，并测量光流定位模块与相机之间的相对位置关系，标定机体坐标系到初始地理坐标系之间的转换矩阵；步骤三、获取光流定位模块速度信息，及惯性元件的加速度信息和无人飞行器自身的姿态信息。对惯性元件的加速度信息进行积分，得到惯性元件速度Va。将光流定位模块返回的光流定位模块速度Vo和惯性元件提供的加速度积分后得到的惯性元件速度Va，转换到初始地理坐标系，得到初始地理坐标系下的光流定位模块速度Vf’和惯性元件速度Va’。在初始地理坐标系下对Vf’和Va’进行融合，得到融合后速度，对融合后速度进行积分，得到无人机在初始地理坐标系中的粗略位置P0，通过惯性元件和地磁计获取无人机的粗略姿态R0；步骤四、获取相机采集的地面标识图像I，提取图像I中地面标识信息，对从图像I中所获取的地面标识信息进行初步筛选，将筛选后信息转换至初始地理坐标系；步骤五、在初始地理坐标系对地面标识信息进行进一步筛选，根据进一步筛选后的信息对无人飞行器位置和姿态进行校正，得到无人飞行器准确位置P1和准确姿态R1；步骤六、返回步骤三。2.根据权利要求1所述的一种基于地面标识的无人飞行器自主定位及位姿校正技术，其特征在于，所述地面标识为正方形网格。3.根据权利要求1所述的一种基于地面标识的无人飞行器自主定位及位姿校正技术，其特征在于，步骤二的具体过程包括以下步骤：步骤一一、所述初始地理坐标系o0x0y0z0：以无人飞行器初始所在位置的东-北-天坐标系作为初始地理坐标系；机体坐标系obxbybzb：以无人机重心作为机体坐标系原点ob，以无人飞行器的纵向对称平面内平行于轴线指向机头方向为xb轴，以垂直于无人飞行器纵向对称平面指向右侧为yb轴，垂直于xb轴和yb轴指向无人飞行器下方为zb轴；机体到地理牵连坐标系o1x1y1z1：以无人机重心作为机体坐标系原点o1，x1、y1、z1轴分别平行与初始地理坐标系x0、y0、z0轴；图像坐标系oixiyi：以相机左上方为图像坐标系原点oi，以平行于图像最上方像素连线，指向右侧为xi轴，以平行于图像最左侧像素，指向下方为yi轴；相机坐标系ocxcyczc:以相机光心为相机坐标系原点oc，以相机光轴指向外侧为相机坐标系zc轴，以平行与图像坐标系xi、yi轴分别为xc、yc轴；光流模块坐标系ofxfyfzf：以光流定位模块中心为光流定位模块坐标系原点，xf、yf、zf轴分别平行与机体坐标系xb、yb、zb轴。步骤一二、将光流定位模块安装在无人飞行器下方，与无人飞行器机体固连；相机安装在无人飞行器下方，使得相机坐标系zc轴、xc轴、yc轴分别平行与机体坐标系zb轴，y0轴、-x0轴。4.根据权利要求2所述的一种基于地面标识的无人飞行器自主定位及位姿校正技术，其特征在于，步骤二的具体过程包括以下步骤：步骤二一、将无人飞行器与标定板放置于同一物理平面，将标定板移动到相机正下方，保持标定板一侧与机体坐标系x轴方向平行，对相机进行标定。步骤二二、利用刻度尺测量光流定位模块和相机之间的水平和垂直距离。步骤二三、利用无人飞行器上所安装的地磁计和惯性元件标定机体坐标系到初始地理坐标系之间的转换关系。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雨，遆晓光，范晋祥，刘飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23