一种基于激光阵列测量无人机抖动角的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种基于激光阵列测量无人机抖动角的方法及装置，方法包括：获取摄像机垂直于地面拍摄无人机飞行过程中投影到地面的激光点得到的多帧图像，无人机底部预先安装有激光阵列；激光阵列包含至少三个不同朝向的激光笔；针对每帧图像，确定该帧图像中各个激光点的像素坐标，并将像素坐标转换为激光点的地面坐标；针对每帧图像，基于该帧图像中各个激光点的地面坐标、预先测量的激光笔之间的角度，确定摄像机拍摄该帧图像时无人机所处位置；根据拍摄每帧图像时无人机所处位置与目标激光点之间的相对位置，确定拍摄每帧图像时无人机的抖动角，目标激光点为选定的目标激光笔发射的激光点。降低了测量成本，且提高测量抖动角的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光阵列测量无人机抖动角的方法及装置
本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种基于激光阵列测量无人机抖动角的方法及装置。
技术介绍
随着移动通信技术的发展，通信网络逐渐从连接人与人的网络发展为连接人、机、物的混合网络，网络的容量、覆盖、连通性等都得到了极大的提高。即使如此，在一些特殊场景，比如灾害救援场景中，缺乏通信基础设施，网络的部署以及节点之间的通信仍然是一个难题。由于无人机具有灵活性强、可快速部署等优点，被广泛应用在侦查、监控、搜救等领域。此外，在5G即将大规模应用的今天，大规模天线技术将被广泛应用。为了提升空口容量，以接入更多的用户，无人机搭载大规模天线，必然会为更多的用户提供无线接入。可见，无人机将被广泛应用于未来移动通信领域。然而无人机应用于移动通信领域也存在待解决的问题。具体的，在通信过程中，发送方需要形成窄波束与接收方进行通信，而无人机平台的抖动会直接影响波束的对准效果，使得接收信号不稳定，影响通信速率。目前存在的针对无人机抖动角的测量方案，通常是依据陀螺仪来进行测量的。然而，这些基于陀螺仪来测试的装置价格昂贵，成本较高。此外，陀螺仪也存在很多不确定性，具体表现为：零偏不稳定、存在分辨率非线性误差、分辨率受温度影响、零输出受温度影响、存在交轴误差等，这些不确定性导致基于陀螺仪测量无人机抖动角的准确度不高。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于激光阵列测量无人机抖动角的方法及装置，以实现低成本测量无人机抖动角，且提高测量准确度。具体技术方案如下：为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种基于激光阵列测量无人机抖动角的方法，所述方法包括：获取摄像机垂直于地面拍摄无人机飞行过程中投影到地面的激光点得到的多帧图像，所述无人机底部预先安装有激光阵列；所述激光阵列包含至少三个不同朝向的激光笔；针对每帧图像，确定该帧图像中各个激光点的像素坐标，并将所述像素坐标转换为所述激光点的地面坐标；针对每帧图像，基于该帧图像中各个激光点的地面坐标、预先测量的激光笔之间的角度，确定摄像机拍摄该帧图像时无人机所处位置；根据拍摄每帧图像时所述无人机所处位置与目标激光点之间的相对位置，确定拍摄每帧图像时所述无人机的抖动角，所述目标激光点为选定的目标激光笔发射的激光点。可选的，所述基于该帧图像中各个激光点的地面坐标、预先测量的激光笔之间的角度，确定摄像机拍摄该帧图像时无人机所处位置的步骤，包括：确定各个激光点的地面坐标、所述激光笔之间的角度，以及所述无人机所处位置的固定几何关系；遍历预定范围的位置坐标，根据所述固定几何关系，筛选出误差小于预设误差阈值的位置坐标，作为无人机候选坐标；对所述无人机候选坐标取均值，得到摄像机拍摄图像时无人机所处位置坐标。可选的，所述激光阵列包含三个不同朝向的激光笔，第一激光点的地面坐标为(x1,y1)，第二激光点的地面坐标为(x2,y2)，第三激光点的地面坐标为(x3,y3)，第一激光笔与第二激光笔之间的角度为θ1，第二激光笔与第三激光笔之间的角度为θ2，第三激光笔与第一激光笔之间的角度为θ3，所述无人机所处位置为(x,y,z)，所述固定几何关系为：[x2-(x1+x2)x+x1x2+y2-(y1+y2)y+y1y2+z2]2＝[(x-x1)2+(y-y1)2+z2][(x-x2)2+(y-y2)2+z2]cos2θ1；[x2-(x2+x3)x+x2x3+y2-(y2+y3)y+y2y3+z2]2＝[(x-x2)2+(y-y2)2+z2][(x-x3)2+(y-y3)2+z2]cos2θ2；[x2-(x1+x3)x+x1x3+y2-(y1+y3)y+y1y3+z2]2＝[(x-x1)2+(y-y1)2+z2][(x-x3)2+(y-y3)2+z2]cos2θ3。可选的，所述根据拍摄每帧图像时所述无人机所处位置与目标激光点之间的相对位置，确定拍摄每帧图像时所述无人机的抖动角的步骤，包括：确定参考图像帧；针对所述参考图像帧，确定拍摄所述参考图像帧时无人机所处位置与目标激光点的相对位置的第一相对向量；针对每个非参考图像帧，确定拍摄该非参考图像帧时无人机所处位置与目标激光点的相对位置的第二相对向量；针对每个非参考图像帧，根据该非参考图像帧的第二相对向量与所述第一相对向量的差值，计算拍摄该非参考图像帧时无人机的抖动角。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种基于激光阵列测量无人机抖动角的装置，所述装置包括：获取模块，用于获取摄像机垂直于地面拍摄无人机飞行过程中投影到地面的激光点得到的多帧图像，所述无人机底部预先安装有激光阵列；所述激光阵列包含至少三个不同朝向的激光笔；第一确定模块，用于针对每帧图像，确定该帧图像中各个激光点的像素坐标，并将所述像素坐标转换为所述激光点的地面坐标；第二确定模块，用于针对每帧图像，基于该帧图像中各个激光点的地面坐标、预先测量的激光笔之间的角度，确定摄像机拍摄该帧图像时无人机所处位置；第三确定模块，用于根据拍摄每帧图像时所述无人机所处位置与目标激光点之间的相对位置，确定拍摄每帧图像时所述无人机的抖动角，所述目标激光点为选定的目标激光笔发射的激光点。可选的，所述第二确定模块，具体用于：确定各个激光点的地面坐标、所述激光笔之间的角度，以及所述无人机所处位置的固定几何关系；遍历预定范围的位置坐标，根据所述固定几何关系，筛选出误差小于预设误差阈值的位置坐标，作为无人机候选坐标；对所述无人机候选坐标取均值，得到摄像机拍摄图像时无人机所处位置坐标。可选的，所述激光阵列包含三个不同朝向的激光笔，第一激光笔的地面坐标为(x1,y1)，第二激光点的地面坐标为(x2,y2)，第三激光点的地面坐标为(x3,y3)，第一激光笔与第二激光笔之间的角度为θ1，第二激光笔与第三激光笔之间的角度为θ2，第三激光笔与第一激光笔之间的角度为θ3，所述无人机所处位置为(x,y,z)，所述固定几何关系为：[x2-(x1+x2)x+x1x2+y2-(y1+y2)y+y1y2+z2]2＝[(x-x1)2+(y-y1)2+z2][(x-x2)2+(y-y2)2+z2]cos2θ1；[x2-(x2+x3)x+x2x3+y2-(y2+y3)y+y2y3+z2]2＝[(x-x2)2+(y-y2)2+z2][(x-x3)2+(y-y3)2+z2]cos2θ2；[x2-(x1+x3)x+x1x3+y2-(y1+y3)y+y1y3+z2]2＝[(x-x1)2+(y-y1)2+z2][(x-x3)2+(y-y3)2+z2]cos2θ3。可选的，所述第三确定模块，具体用于：确定参考图像帧；针对所述参考图像帧，确定拍摄所述参考图像帧时无人机所处位置与目标激光点的相对位置的第一相对向量；针对每个非参考图像帧，确定拍摄该非参考图像帧时无人机所处位置与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光阵列测量无人机抖动角的方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取摄像机垂直于地面拍摄无人机飞行过程中投影到地面的激光点得到的多帧图像，所述无人机底部预先安装有激光阵列；所述激光阵列包含至少三个不同朝向的激光笔；/n针对每帧图像，确定该帧图像中各个激光点的像素坐标，并将所述像素坐标转换为所述激光点的地面坐标；/n针对每帧图像，基于该帧图像中各个激光点的地面坐标、预先测量的激光笔之间的角度，确定摄像机拍摄该帧图像时无人机所处位置；/n根据拍摄每帧图像时所述无人机所处位置与目标激光点之间的相对位置，确定拍摄每帧图像时所述无人机的抖动角，所述目标激光点为选定的目标激光笔发射的激光点。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光阵列测量无人机抖动角的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取摄像机垂直于地面拍摄无人机飞行过程中投影到地面的激光点得到的多帧图像，所述无人机底部预先安装有激光阵列；所述激光阵列包含至少三个不同朝向的激光笔；
针对每帧图像，确定该帧图像中各个激光点的像素坐标，并将所述像素坐标转换为所述激光点的地面坐标；
针对每帧图像，基于该帧图像中各个激光点的地面坐标、预先测量的激光笔之间的角度，确定摄像机拍摄该帧图像时无人机所处位置；
根据拍摄每帧图像时所述无人机所处位置与目标激光点之间的相对位置，确定拍摄每帧图像时所述无人机的抖动角，所述目标激光点为选定的目标激光笔发射的激光点。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于该帧图像中各个激光点的地面坐标、预先测量的激光笔之间的角度，确定摄像机拍摄该帧图像时无人机所处位置的步骤，包括：
确定各个激光点的地面坐标、所述激光笔之间的角度，以及所述无人机所处位置的固定几何关系；
遍历预定范围的位置坐标，根据所述固定几何关系，筛选出误差小于预设误差阈值的位置坐标，作为无人机候选坐标；
对所述无人机候选坐标取均值，得到摄像机拍摄图像时无人机所处位置坐标。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光阵列包含三个不同朝向的激光笔，第一激光点的地面坐标为(x1,y1)，第二激光点的地面坐标为(x2,y2)，第三激光点的地面坐标为(x3,y3)，第一激光笔与第二激光笔之间的角度为θ1，第二激光笔与第三激光笔之间的角度为θ2，第三激光笔与第一激光笔之间的角度为θ3，所述无人机所处位置为(x,y,z)，所述固定几何关系为：
[x2-(x1+x2)x+x1x2+y2-(y1+y2)y+y1y2+z2]2＝[(x-x1)2+(y-y1)2+z2][(x-x2)2+(y-y2)2+z2]cos2θ1；
[x2-(x2+x3)x+x2x3+y2-(y2+y3)y+y2y3+z2]2＝[(x-x2)2+(y-y2)2+z2][(x-x3)2+(y-y3)2+z2]cos2θ2；
[x2-(x1+x3)x+x1x3+y2-(y1+y3)y+y1y3+z2]2＝[(x-x1)2+(y-y1)2+z2][(x-x3)2+(y-y3)2+z2]cos2θ3。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据拍摄每帧图像时所述无人机所处位置与目标激光点之间的相对位置，确定拍摄每帧图像时所述无人机的抖动角的步骤，包括：
确定参考图像帧；
针对所述参考图像帧，确定拍摄所述参考图像帧时无人机所处位置与目标激光点的相对位置的第一相对向量；
针对每个非参考图像帧，确定拍摄该非参考图像帧时无人机所处位置与目标激光点的相对位置的第二相对向量；
针对每个非参考图像帧，根据该非参考图像帧的第二相对向量与所述第一相对向量的差值，计算拍摄该非参考图像帧时无人机的抖动角。


5.一种基于激光阵列测量无人机抖动角的装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取摄像机垂直于地面拍摄无人机飞行过程中投影到地面的激光点得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴慧慈，尉志青，付千龙，詹玉梁，庄京卢，朱佳琳，张锐，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11