CN104316949B - 一种无人机搜索目标快速定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机搜索目标快速定位方法。本方法采用一架搜索无人机搜索旷野中目标，通过自身无线系统传输可视图像进行目标锁定，通过特定航行轨迹配合无人机多点视角切换和所处的姿态信息、高度信息和GPS定位信息进行多点定位迭代计算来快速获得旷野目标的具体定位信息。本搜索定位方法可广泛适用于无人机目标搜索的目标定位。

Description

一种无人机搜索目标快速定位方法
技术领域
本发明涉机器人搜索领域，特别是涉及一种无人机搜索目标快速定位方法。
背景技术
随着无人机应用的推广，旷野目标搜索逐步成为一种应用热点。
旷野目标搜索中，目标定位的快速性和准确性是目标搜索定位的重要评定指标。
目前在现有技术的无人机搜索定位中，有些采用单机搜索定位，但是姿态传感传感器、GPS定位系统等存在误差，使得单机定位精度不高的结果。
有些场合采用多机、双机搜索，存在成本高、资源浪费等缺点。
在多机搜索中采用视觉定位过程中，图像数据为平面两位数据且无法有效确立精确的视角，为目标精确定位带来困难。
发明内容
本发明的目的在于要解决现有技术存在的问题，提供一种无人机单机搜索目标的快速定位方法，实现成本低、计算简单、快速快，精度高。
为解决上述技术问题，本发明的构思是：本发明采用一架无人机系统进行搜索定位，采用目标锁定后的垂直、平移、直飞的多点特定动作视角切换和坐标定位，配合在完成相同视角锁定目标情况下的无人机捷联惯导信息、GPS信息、高度信息和视角信息进行数据融合迭代定位计算，最终快速精确计算旷野目标的定位信息。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种无人机搜索目标快速定位方法，其特征在于：采用一架搜索无人机搜索旷野目标信息，通过无线传输给所述接收基站，由接收基站进行目标定位迭代计算，快速精确获得目标定位信息。
上述搜索无人机包括一个无人机飞行机构、一个捷联惯导传感系统、一个高清摄像机、一个高度传感器、一个GPS定位系统、一个中央控制器和一个无线通讯系统，所述中央控制器分别与所述捷联惯导传感系统、高清摄像机、高度传感器、GPS定位系统、中央控制器和无线通讯系统相连，并一起安装在所述无人机飞行机构之上，所述高清摄像机安装固定在所述无人机飞行机构，中心视角预先测量确定。
上述接收基站主要用于接收所述搜索无人机的捷联惯导信息、高度信息、GPS定位信息和视角信息，控制无人机完成多点特定航迹巡航和定位，根据多点信息迭代计算，来确定快速搜索目标的坐标。
上述多点信息迭代计算方法是通过所述无人机锁定目标后获得无人机垂直、平移和直飞的多点特定动作视角切换和坐标定位，完成相同视角锁定目标情况下所处的捷联惯导信息、高度信息、GPS定位信息和视角信息进行定位迭代三角计算，获得旷野目标的具体定位信息。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本发明采用单机视觉定位配合捷联惯导信息、高度信息、GPS定位信息，通过特定动作视角切换和坐标定位，采用迭代三角计算获得旷野目标的具体定位信息。
本发明的目标搜索定位方法可广泛适用于无人机目标搜索定位。
附图说明
附图1是本发明一个实施例的框图。
附图2是图1示例中搜索无人机的结构示意图。
附图3是本发明的迭代三角计算算法示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
如图1所示，在本无人机搜索目标快速定位方法：采用两架搜索无人机（1）搜索旷野目标信息，通过无线传输给接收基站（2），由接收基站（2）进行目标定位迭代计算，快速精确获得目标定位信息。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
参见图2，所述搜索无人机（1）包括一个无人机飞行机构（101）、一个捷联惯导传感系统（102）、一个高清摄像机（103）、一个高度传感器（104）、一个GPS定位系统（105）、一个中央控制器（106）和一个无线通讯系统（107），所述中央控制器（106）分别与所述捷联惯导传感系统（102）、高清摄像机（103）、高度传感器（104）、GPS定位系统（105）、中央控制器（106）和无线通讯系统（107）相连，并一起安装在所述无人机飞行机构（101）之上，所述高清摄像机（103）安装固定在所述无人机飞行机构（101），中心视角预先测量确定。
参见图3，所述多点信息迭代计算方法的具体操作步骤如下：
①设在三维坐标图中目标为T点，无人机起始点为A；
②通过捷联惯导信息对GPS定位信息进行校正计算出无人机所处各点的GPS定位信息；
③在目标锁定情况下，记录目标锁定视角点，无人机锁定目标后对应视角为∠A＇AT，其中A＇为所述无人机锁定目标后的位置点，获得视角角度过程中通过姿态角度信息进行修正，以保证锁定视角的参考坐标为地面三维坐标系，且无姿态角偏差。记录A的GPS坐标和高度,得A（xa,ya,ha），其中xa,ya,ha为A点的三维坐标值；
④无人机偏转一定角度后保持航行角度β，保持A的相同高度水平移动l距离后到B1点，记录B1的GPS坐标和高度，得 B1点三维坐标（xb,yb,ha）；
⑤无人机在B1点垂直下降h1到达B点，使得目标在无人机图像中的对应点相同，即视角相同（∠A＇AT=∠B＇BT），记录B点坐标（xb，yb，ha-h1）；
⑥保持航行角度β，保持B的相同高度水平移动l距离到达C1后垂直下降h2到达C点，使得目标在无人机图像中的对应点相同，即视角相同（∠A＇AT=∠B＇BT=∠C＇CT），记录C点坐标（xc,yc,ha-h1-h2）；
⑦根据三维坐标图中已确定A、B、C、A1、B1和C1 的GPS坐标和高度，通过三角形投影和三角形相似的三角坐标计算，可在不必知道具体目标锁定视角∠A＇AT、∠B＇BT、∠C＇CT的精确大小的情况下，就可以精确获得目标T的GPS定位坐标；
⑧具体计算如下：
i)根据三角形投影，可以获得：
|A＇B＇|=|AB1|=l （1）
| B＇C＇|=|BC1|=l （2）
ii)根据∠A＇AT=∠B＇BT=∠C＇CT，直角三角形⊿A＇AT与⊿B＇BT三角形相似，直角三角形⊿C＇CT与⊿B＇BT三角形相似。
iii）根据三角形相似原理，可以获得：
（3）
（4）
iv）在△A＇C＇T和△A＇B＇T中，根据余弦定理可以获得
（5）
在△B＇C＇T中，设∠C＇B＇T为，
（6）
v）由于l、ha、h1、h2已知，公式（1）、（2）、（3）和（4）代入公式（5）、（6），即可以求出|A＇T|、|B＇T|和|C＇T|以及角度β，。
vi）在xoy平面进行分析，在△A＇B＇T中，根据点A＇（xa， ya）、B＇（xb，yb），以及角度β、：
设直线A＇C＇在xoy平面的斜率为ka,则
，
设直线T A＇的斜率为k1,则
在△B＇C＇T中，直线B＇C＇在xoy平面的斜率也为ka，设直线T B＇的斜率为k2,则：
，
即可得到直线T A＇的方程为：
(7)
直线T B＇的方程为：
(8)
直线T A＇和直线T B＇的交点即为T点坐标（xt,yt）：综合（7）、（8）得：
至此，目标T的精确坐标确定。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种无人机搜索目标快速定位方法，其特征在于：采用一架搜索无人机（1）搜索旷野目标信息，通过无线传输给接收基站（2），由接收基站（2）进行目标定位迭代计算，快速精确获得目标定位信息；所述接收基站（2）主要用于接收所述搜索无人机（1）的捷联惯导信息、高度信息、GPS定位信息和视角信息，控制无人机完成多点特定航迹巡航和定位，根据多点信息迭代计算，来确定快速搜索目标的坐标；所述多点信息迭代计算方法的具体操作步骤如下：
①设在三维坐标图中目标为T点，无人机起始点为A；
②通过捷联惯导信息对GPS定位信息进行校正计算出无人机所处各点的GPS定位信息；
③在目标锁定情况下，记录目标锁定视角点，无人机锁定目标后对应视角为∠A＇AT，其中A＇为所述无人机锁定目标后的位置点，获得视角角度过程中通过姿态角度信息进行修正，以保证锁定视角的参考坐标为地面三维坐标系，且无姿态角偏差；记录A的GPS坐标和高度,得A（xa,ya,ha），其中xa,ya,ha为A点的三维坐标值；
④无人机偏转一定角度后保持航行角度β，保持A点的相同高度水平移动l距离后到B1点，记录B1的GPS坐标和高度，得 B1点三维坐标（xb,yb,ha）；
⑤无人机在B1点垂直下降h1到达B点，使得目标在无人机图像中的对应点相同，即视角相同（∠A＇AT=∠B＇BT），记录B点坐标（xb，yb，ha-h1）；
⑥无人机保持航行角度β，保持B点的相同高度水平移动l距离到达C1后垂直下降h2到达C点，使得目标在无人机图像中的对应点相同，即视角相同（∠A＇AT=∠B＇BT=∠C＇CT），记录C点坐标（xc,yc,ha-h1-h2）；
⑦根据三维坐标图中已确定A、B、C、A1、B1和C1 的GPS坐标和高度，通过三角形投影和三角形相似的三角坐标计算，可在不必知道具体目标锁定视角∠A＇AT、∠B＇BT、∠C＇CT和偏转航行角度β的精确大小的情况下，就可以精确获得目标T的GPS定位坐标；
⑧具体计算如下：
i)根据三角形投影，可以获得：
|A＇B＇|=|AB1|=l （1）
| B＇C＇|=|BC1|=l （2）
ii)根据∠A＇AT=∠B＇BT=∠C＇CT，直角三角形⊿A＇AT与⊿B＇BT三角形相似，直角三角形⊿C＇CT与⊿B＇BT三角形相似；
iii）根据三角形相似原理，可以获得：
（3）
（4）
iv）在△A＇C＇T和△A＇B＇T中，根据余弦定理可以获得
（5）
在△B＇C＇T中，设∠C＇B＇T为，
（6）
v）由于l、ha、h1、h2已知，公式（1）、（2）、（3）和（4）代入公式（5）、（6），即可以求出|A＇T|、|B＇T|和|C＇T|以及角度β，；
vi）在xoy平面进行分析，在△A＇B＇T中，根据点A＇（xa， ya）、B＇（xb，yb），以及角度β、：
设直线A＇C＇在xoy平面的斜率为ka,则
，
设直线T A＇的斜率为k1,则
在△B＇C＇T中，直线B＇C＇在xoy平面的斜率也为ka，设直线T B＇的斜率为k2,则：
，
即可得到直线T A＇的方程为：
(7)
直线T B＇的方程为：
(8)
直线T A＇和直线T B＇的交点即为T点坐标（xt,yt）：综合（7）、（8）得：
至此，目标T的精确坐标确定。
2.根据权利要求1所述的无人机搜索目标快速定位方法，其特征在于：所述搜索无人机（1）包括一个无人机飞行机构（101）、一个捷联惯导传感系统（102）、一个高清摄像机（103）、一个高度传感器（104）、一个GPS定位系统（105）、一个中央控制器（106）和一个无线通讯系统（107），所述中央控制器（106）分别与所述捷联惯导传感系统（102）、高清摄像机（103）、高度传感器（104）、GPS定位系统（105）、中央控制器（106）和无线通讯系统（107）相连，并一起安装在所述无人机飞行机构（101）之上，所述高清摄像机（103）安装固定在所述无人机飞行机构（101），中心视角预先测量确定。
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