用于无人机的定位方法和设备技术

公开了一种用于无人机的定位方法和设备，其中，无人机装载有加速度传感器、陀螺仪传感器、高度传感器、以及光流传感器，该定位方法包括：基于加速度传感器测量的加速度值和陀螺仪传感器测量的角速度值，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值；基于光流传感器测量的相对位移值、高度传感器测量的相对高度值、加速度传感器测量的加速度值、陀螺仪传感器测量的角速度值、以及无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值；以及基于无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值和运动加速度校正值，获取无人机在水平航向坐标系下的位置。系下的位置。系下的位置。

【技术实现步骤摘要】
用于无人机的定位方法和设备


[0001]本专利技术涉及无人机领域，尤其涉及用于无人机的定位方法和设备。

技术介绍

[0002]随着无人机技术的发展，无人机的应用范围越来越广，消费群体越来越大。在对制造成本敏感的中低端市场中，对拥有低廉成本和高性能表现的无人机的需求越来越大。针对没有全球定位系统(Global Positioning System，GPS)信号或GPS信号较弱以及无人机体积小、载重能力弱等场景和限制，可以使用光流传感器检测无人机相对于被检测平面上的起始位置(即，无人机在起飞时刻所在的位置)的位移和移动速度。但是，在无人机起降、飞行导航、目标跟踪等多种机动情况下，如果单纯使用光流传感器进行无人机定位，则光流传感器本身的累积偏移、无人机本身的姿态和高度位置变化、以及地面特征不理想或变化复杂等极易成为引发无人机不稳定的因素。

技术实现思路

[0003]根据本专利技术实施例的用于无人机的定位方法，其中，无人机装载有加速度传感器、陀螺仪传感器、高度传感器、以及光流传感器，该定位方法包括：基于加速度传感器测量的加速度值和陀螺仪传感器测量的角速度值，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值；基于光流传感器测量的相对位移值、高度传感器测量的相对高度值、加速度传感器测量的加速度值、陀螺仪传感器测量的角速度值、以及无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值；以及基于无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值和运动加速度校正值，获取无人机在水平航向坐标系下的位置。
[0004]根据本专利技术实施例的用于无人机的定位设备，其中，无人机装载有加速度传感器、陀螺仪传感器、高度传感器、以及光流传感器，该定位设备包括：存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及一个或多个处理器，被配置为执行计算机可执行指令，以实现上述用于无人机的定位方法。
[0005]根据本专利技术实施例的用于无人机的定位方法和定位设备，通过将加速度传感器、陀螺仪传感器、高度传感器、和光流传感器的测量结果相互融合，可以更接近真实、更平滑实时、且更精确地对无人机进行定位。
附图说明
[0006]从下面结合附图对本专利技术的具体实施方式的描述中可以更好地理解本专利技术，其中：
[0007]图1示出了根据本专利技术实施例的用于无人机的定位方法的流程图。
[0008]图2示出了可以实现根据本专利技术实施例的用于无人机的定位方法的计算机系统的示意图。
具体实施方式
[0009]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术的更好的理解。本专利技术决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本专利技术造成不必要的模糊。
[0010]鉴于单独使用光流传感器对无人机进行定位存在的上述问题，提出了一种多传感器融合互补、高精度、高鲁棒性的用于无人机的定位方法。
[0011]图1示出了根据本专利技术实施例的用于无人机的定位方法100的流程图。需要说明的是，定位方法100将使用来自无人机控制系统的加速度传感器、陀螺仪传感器、高度传感器、以及光流传感器的测量结果，并且将在以无人机为站心、始终以无人机的机头方向为0方位角的相对大地运动的水平航向坐标系为参考坐标系对无人机进行定位。
[0012]如图1所示，定位方法100包括：S102，基于加速度传感器测量的加速度值和陀螺仪传感器测量的角速度值，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值；S104，基于光流传感器测量的相对位移值、高度传感器测量的相对高度值、加速度传感器测量的加速度值、陀螺仪传感器测量的角速度值、以及无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值；以及S106，基于无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值和运动加速度校正值，获取无人机在水平航向坐标系下的位置。
[0013]在一些实施例中，由于加速度传感器测量的是无人机在无人机载体坐标系下的加速度值，所以需要将加速度传感器测量的加速度值进行坐标系转换，以得到无人机在水平航向坐标系下的加速度值。即，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值包括：基于加速度传感器测量的加速度值和陀螺仪传感器测量的角速度值，获取用于将加速度传感器测量的加速度值转换为无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值的方向余弦矩阵；以及基于加速度传感器测量的加速度值和该方向余弦矩阵，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值。
[0014]例如，可以根据等式(1)，将加速度传感器测量的加速度值转换为无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值。
[0015]a
n
＝a
b
·
R
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]在等式(1)中，R为用于将加速度传感器测量的加速度值转换为无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值的方向余弦矩阵(偏航角为0时的方向余弦矩阵)，a
n
为无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值，a
b
为加速度传感器测量的加速度值(单位为cm/s/s)。这里，由于方向余弦矩阵的使用，减少了三角函数的使用，降低了对无人机搭载的计算设备的算力要求并且提升了该计算设备的运算效率。
[0017]为了描述方便，下文中所有的运动加速度的单位为cm/s/s，运动速度的单位为cm/s，相对位移的单位为cm。
[0018]在一些实施例中，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值包括：基
于光流传感器测量的相对位移值、高度传感器测量的相对高度值、加速度传感器测量的加速度值、以及陀螺仪传感器测量的角速度值，获取无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移值；基于无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移值与互补滤波后的相对位移值，获取无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移差值；以及基于无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移差值和第一自适应积分系数，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值。
[0019]例如，可以根据等式(2)和(2
‑
1)，基于无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移值和第一自适应积分系数，获取无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值：
[0020][0021][0022]在等式(2)和(2
‑
1)中，a
n_x_correction
、a
n_y_correction
分别为无人机在水平航向坐标系下的水平方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机的定位方法，其中，所述无人机装载有加速度传感器、陀螺仪传感器、高度传感器、以及光流传感器，该定位方法包括：基于所述加速度传感器测量的加速度值和所述陀螺仪传感器测量的角速度值，获取所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值；基于所述光流传感器测量的相对位移值、所述高度传感器测量的相对高度值、所述加速度传感器测量的加速度值、所述陀螺仪传感器测量的角速度值、以及所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值，获取所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值；以及基于所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值和运动加速度校正值，获取所述无人机在水平航向坐标系下的位置。2.根据权利要求1所述的定位方法，其中，获取所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值包括：基于所述加速度传感器测量的加速度值和所述陀螺仪传感器测量的角速度值，获取用于将所述加速度传感器测量的加速度值转换为所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值的方向余弦矩阵；以及基于所述加速度传感器测量的加速度值和所述方向余弦矩阵，获取所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值，其中，所述加速度传感器测量的加速度值是所述无人机在无人机载体坐标系下的运动加速度值。3.根据权利要求1所述的定位方法，其中，获取所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值包括：基于所述光流传感器测量的相对位移值、所述高度传感器测量的相对高度值、所述加速度传感器测量的加速度值、以及所述陀螺仪传感器测量的角速度值，获取所述无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移值；基于所述无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移值与互补滤波后的相对位移值，获取所述无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移差值；以及基于所述无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移差值和第一自适应积分系数，获取所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度校正值，其中，所述第一自适应积分系数是基于自适应滤波系数和第一常量确定的，所述自适应滤波系数是基于所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值和运动加速度校正值确定的。4.根据权利要求3所述的定位方法，其中，获取所述无人机在水平航向坐标系下的位置包括：基于所述无人机在水平航向坐标系下的运动加速度原始值和运动加速度校正值，获取所述无人机在水平航向坐标系下的互补滤波后的运动加速度值；以及基于所述无人机在水平航向坐标系下的互补滤波后的运动加速度值，获取所述无人机在水平航向坐标系下的运动速度原始值。5.根据权利要求4所述的定位方法，其中，获取所述无人机在水平航向坐标系下的位置
还包括：基于所述无人机在水平航向坐标系下的高度和角度补偿后的相对位移差值和第二自适应积分系数，获取所述无人机在水平航向坐标系下的运动速度校正值；以及基于所述无人机在水平航向坐标系下的运动速度原始值和运动速度校正值，获取所述无人机在水平航向坐标系下的互补滤波后的运动速度值，其中，所述第二自适应积分系数是基于自适应滤波系数和第二常量确定的，所述自适应滤波系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡泽斌，陈明亮，廖益木，
申请(专利权)人：广州昂宝电子有限公司，
类型：发明
国别省市：