一种消防无人机导航方法、系统及消防无人机技术方案

本发明专利技术提供一种消防无人机导航方法、系统及消防无人机，该方法包括：监测GNSS

【技术实现步骤摘要】
一种消防无人机导航方法、系统及消防无人机


[0001]本专利技术涉及无人机导航
，尤其涉及一种消防无人机导航方法、系统及消防无人机。

技术介绍

[0002]随着无人机技术的不断发展，无人机的应用范围越来越广，比如应用在地质勘测、物流运输、农业应用、影视拍摄、消防抗灾以及救援巡查等诸多领域。
[0003]消防无人机主要用于火场灾情侦测、森林防火监测、火场辅助灭火以及人员辅助救援等。在火灾现场抢险救援及火灾灾情侦查方面，无人机机动性强，可以第一时间出动、快速到达现场等优势，所以在楼宇灭火方面，消防无人机具有其独到的优势。设计消防无人机的必要前提是为其提供足够精确的位姿信息，一方面，精确的位姿信息是无人机稳定飞行的必备信息；另一方面，消防无人机飞向目标地点并对消防无人机朝向进行调整离不开精确的位姿信息。但是，由于高楼对于GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)信号存在着十分严重的遮挡情况，同时，传统导航手段将面临可见星数目锐减、卫星信号多路径效应严重等问题，导致单一依赖于GNSS导航的传统无人机导航系统无法有效提供准确的导航信息。此外，基于GNSS模块导航容易受高层建筑和恶劣天气的影响，造成GNSS模块本身失效。随着消防无人机应用场景越来越复杂和传感器技术不断发展，单一依赖GNSS导航模块的消防无人机较难甚至无法实现城市复杂环境下的导航任务和作业需求，并且对消防无人机有较高的稳定性和安全性要求，为了解决这一问题，需要一种适用于消防无人机使用环境的、能够提供实时位姿信息的消防无人机导航方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种消防无人机导航方法、系统及消防无人机，在GNSS信号弱和/或GNSS
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RTK模块失效时保证了对消防无人机的准确稳定导航，进而能够提高无人机的安全性、稳定性和可靠性，可以满足城市复杂环境下的导航任务和作业需求。
[0005]本专利技术提供一种消防无人机导航方法，包括：监测GNSS
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RTK模块和光纤惯导定位模块的状态，生成第一状态监测信号；在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块正常和所述光纤惯导定位模块正常信号时，启用所述GNSS
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RTK模块和所述光纤惯导定位模块，生成第一启用模块工作信号；根据所述第一启用模块工作信号控制所述GNSS
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RTK模块和所述光纤惯导定位模块组合导航；在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块正常和所述光纤惯导定位模块异常信号时，启用所述GNSS
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RTK模块，生成第二启用模块工作信号；根据所述第二启用模块工作信号控制所述GNSS
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RTK模块导航；在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块异常和所述光纤惯导定位模块正常信号时，启用所述光纤惯导定位模块，生成第三启用模块工作信号；根据所述第三启用模块工作信号控制所述光纤惯导定位模块导航。
[0006]根据本专利技术提供的一种消防无人机导航方法，所述监测GNSS
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RTK模块和光纤惯导
定位模块的状态，生成第一状态监测信号之后，还包括：监测MEMS惯性导航模块的状态，生成第二状态监测信号；在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块正常和所述光纤惯导定位模块异常信号，所述第二状态监测信号为所述MEMS惯性导航模块正常信号时，启用所述GNSS
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RTK模块和所述MEMS惯性导航模块，生成第四启用模块工作信号；根据所述第四启用模块工作信号控制所述GNSS
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RTK模块和所述MEMS惯性导航模块组合导航。
[0007]根据本专利技术提供的一种消防无人机导航方法，所述控制所述GNSS
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RTK模块导航包括：获取所述消防无人机的初始的位置、速度、加速度、角速度、横滚角、俯仰角和偏航角；将所述消防无人机的初始的位置、速度、加速度、角速度、横滚角、俯仰角和偏航角经状态最优估计校正后输出GNSS/INS松组合后的数据，以基于所述GNSS/INS松组合后的数据进行导航；所述状态最优估计包括状态预测、状态预测均方误差、滤波增益矩阵、状态估计和状态估计均方误差的解算。
[0008]根据本专利技术提供的一种消防无人机导航方法，所述控制所述光纤惯导定位模块导航包括：更新所述消防无人机从载体坐标系转换到导航坐标系的转动加速度；对所述转动加速度积分以更新所述消防无人机在所述导航坐标系下预设时间段内的运动速度；对更新的所述消防无人机在所述导航坐标系下预设时间段内的运动速度积分以更新消防无人机在所述导航坐标系下预设时间段内的位置，以基于更新的所述消防无人机在所述导航坐标系下预设时间段内的位置进行导航。
[0009]根据本专利技术提供的一种消防无人机导航方法，所述更新所述消防无人机从载体坐标系转换到导航坐标系的转动加速度，包括：通过捷联矩阵来完成从载体坐标系到导航坐标系的坐标转换；通过解算四元法微分方程以更新所述捷联矩阵，所述四元数微分方程表示从载体坐标系到导航坐标系的转动加速度；采用四阶龙格库塔法修正所述捷联矩阵以更新所述消防无人机从载体坐标系转换到导航坐标系的转动加速度。
[0010]根据本专利技术提供的一种消防无人机导航方法，还包括：监测视觉定位模块的状态，生成第三状态监测信号；在所述状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块异常、所述光纤惯导定位模块异常和所述视觉定位模块正常信号时，启用所述视觉定位模块，生成第五启用模块工作信号；根据所述第五启用模块工作信号控制所述视觉定位模块导航；所述视觉定位模块获取设置在地面坐标系上的二维码图像，并根据所述二维码图像得到所述消防无人机的位姿，以基于所述消防无人机的位姿进行导航。
[0011]根据本专利技术提供的一种消防无人机导航方法，还包括：监测毫米波雷达定位模块的状态，生成第四状态监测信号；在所述第四状态监测信号为所述毫米波雷达定位模块正常信号时，启动所述毫米波雷达定位模块，生成第六启用模块工作信号；根据所述第六启用模块工作信号控制所述毫米波雷达定位模块导航；所述毫米波雷达定位模块通过周期性检测所述消防无人机与周围环境的实际距离，并当所述实际距离小于预设安全距离时，导航所述消防无人机向相反方向移动。
[0012]本专利技术还提供一种消防无人机导航系统，包括：监测模块，用于监测GNSS
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RTK模块和光纤惯导定位模块的状态，生成第一状态监测信号；GNSS
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RTK模块，用于在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块正常信号时开启；光纤惯导定位模块，用于在所述第一状态监测信号为所述光纤惯导定位模块正常信号时开启；控制模块，用于控制所述GNSS
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RTK模块和/或所述光纤惯导定位模块导航。
[0013]根据本专利技术提供的一种消防无人机导航系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消防无人机导航方法，其特征在于，包括：监测GNSS
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RTK模块和光纤惯导定位模块的状态，生成第一状态监测信号；在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块正常和所述光纤惯导定位模块正常信号时，启用所述GNSS
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RTK模块和所述光纤惯导定位模块，生成第一启用模块工作信号；根据所述第一启用模块工作信号控制所述GNSS
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RTK模块和所述光纤惯导定位模块组合导航；在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块正常和所述光纤惯导定位模块异常信号时，启用所述GNSS
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RTK模块，生成第二启用模块工作信号；根据所述第二启用模块工作信号控制所述GNSS
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RTK模块导航；在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块异常和所述光纤惯导定位模块正常信号时，启用所述光纤惯导定位模块，生成第三启用模块工作信号；根据所述第三启用模块工作信号控制所述光纤惯导定位模块导航。2.根据权利要求1所述的消防无人机导航方法，其特征在于，所述监测GNSS
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RTK模块和光纤惯导定位模块的状态，生成第一状态监测信号之后，还包括：监测MEMS惯性导航模块的状态，生成第二状态监测信号；在所述第一状态监测信号为所述GNSS
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RTK模块正常和所述光纤惯导定位模块异常信号、所述第二状态监测信号为所述MEMS惯性导航模块正常信号时，启用所述GNSS
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RTK模块和所述MEMS惯性导航模块，生成第四启用模块工作信号；根据所述第四启用模块工作信号控制所述GNSS
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RTK模块和所述MEMS惯性导航模块组合导航。3.根据权利要求1所述的消防无人机导航方法，其特征在于，所述控制所述GNSS
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RTK模块导航包括：获取所述消防无人机的初始的位置、速度、加速度、角速度、横滚角、俯仰角和偏航角；将所述消防无人机的初始的位置、速度、加速度、角速度、横滚角、俯仰角和偏航角经状态最优估计校正后输出GNSS/INS松组合后的数据，以基于所述GNSS/INS松组合后的数据进行导航；所述状态最优估计包括状态预测、状态预测均方误差、滤波增益矩阵、状态估计和状态估计均方误差的解算。4.根据权利要求1所述的消防无人机导航方法，其特征在于，所述控制所述光纤惯导定位模块导航包括：更新所述消防无人机从载体坐标系转换到导航坐标系的转动加速度；对所述转动加速度积分以更新所述消防无人机在所述导航坐标系下预设时间段内的运动速度；对更新的所述消防无人机在所述导航坐标系下预设时间段内的运动速度积分以更新消防无人机在所述导航坐标系下预设时间段内的位置，以基于更新的所述消防无人机在所述导航坐标系下预设时间段内的位置进行导航。5.根据权利要求4所述的消防无人机导航方法，其特征在于，所述更新所述消防无人机从载体坐标系转换到导航坐标系的转动加速度，包括：通过捷联矩阵来完成从载体坐标系到导航...

【专利技术属性】
技术研发人员：王科，尤向荣，孔凡忠，王锐，焦禹舜，张震，
申请(专利权)人：新兴际华北京智能装备技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：