CN105372650A - 一种无人机飞行航迹精度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无人机飞行航迹精度检测方法和装置，该方法包括：通过无人机中机载的差分GPS单元对无人机飞行三维航迹进行实时采集，得到无人机飞行的预设三维航迹；对雷达检测单元的至少三个检测雷达到无人机的距离进行实时测量，得到至少三个距离数据；根据所述至少三个距离数据计算得到无人机飞行的实际三维航迹；根据所述预设三维航迹和实际三维航迹，计算得到无人机飞行三维航迹精确评估参数。本申请的方案通过增加的检测雷达能够实现无人机三维定位，可以对无人机实际飞行航迹进行高精度定位。并通过与差分GPS检测的无人机三维航迹的比对分析，可以得到精确的无人机飞行三维航迹精度，实现对无人机实际飞行航迹的高精度定位。

Description

一种无人机飞行航迹精度检测方法及装置

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机飞行航迹精度检测方法及装置。

背景技术

随着无人机在电力巡检领域应用的迅速发展，传统利用人工进行输电线路实地巡检的工作模式正在慢慢改变。传统人工巡检方法花费的时间长、人工成本高、难度大，且在特殊环境下容易影响到巡检人员的人身安全。而无人机巡检不但能够提高巡检作业效率，节约成本，还能以不同形式(包括视频、可见光/红外图像等)记录输电线路特征、输电线路环境以及无人机巡检轨迹，并进行有效存储。

但是，无人机执行输电线路巡检过程中，飞行高度较低，障碍多，巡检任务受周围环境影响大。在实际巡检过程中，往往会出现无人机的预设飞行航迹与实际飞行航迹存在误差的现象。因此，需要对无人机的飞行航迹进行实时记录，并精确检测无人机的实际飞行航迹，通过预设飞行航迹与实际飞行航迹等数据的综合处理，得到无人机飞行三维航迹的精度。当再次执行飞行任务时，即可根据该精度对无人机的预设飞行航迹进行修正。因此，要实现这一功能就必须精确测量无人机在空中的实际飞行航迹。

利用单GPS系统对无人机飞行三维航迹进行定位，其定位精度仅能够达到25m。因此，现阶段多采用差分GPS系统对无人机飞行三维航迹进行定位。差分GPS的定位精度可达到厘米级。但是，差分GPS仅能够对无人机的预设航迹数据进行修正，不能对无人机实际飞行航迹进行精确测量，定位精度较低。如专利CN201020519831.7——无人机实时定位监控管理系统，该系统包括设置于无人机的机载定位通信装置和设置于地面监控中心的地面监控通信装置，通过将移动通信的高传输数据率技术与北斗通讯数据传输技术相结合，提高机载设备与地面设备的通信，实现无人机的定位。

上述现有的方案中，多数用机载差分GPS检测无人机的三维航迹，只能够提高无人机预设航迹的精确性，仍然无法检测无人机的实际飞行航迹，因此无法得到精确的无人机飞行三维航迹精度。

发明内容

为此，本发明目的在提供一种无人机飞行航迹精度检测方法及装置，以解决现有技术中无法检测无人机的实际飞行航迹，进而无法得到精确的无人机飞行三维航迹精度的缺陷。

本发明提供的技术方案如下：

一种无人机飞行航迹精度检测方法，包括：

通过无人机中机载的差分GPS单元对无人机飞行三维航迹进行实时采集，得到无人机飞行的预设三维航迹；

对雷达检测单元的至少三个检测雷达到无人机的距离进行实时测量，得到至少三个距离数据；

根据所述至少三个距离数据计算得到无人机飞行的实际三维航迹；

根据所述预设三维航迹和实际三维航迹，计算得到无人机飞行三维航迹精确评估参数。

较佳的，所述的无人机飞行三维航迹精度检测方法，还包括：

通过第一计时单元对差分GPS单元对无人机飞行三维航迹的实时采集的时间进行记录，得到与采集时间对应的第一三维坐标；

较佳的，所述的无人机飞行航迹精度检测方法，还包括：

将实时采集到的无人机飞行的预设三维航迹，存储在机载的第一数据存储模块。

较佳的，所述的无人机飞行三维航迹精度检测方法，还包括：

将所述第一数据存储模块存储的无人机飞行的预设三维航迹，通过无线方式发送到地面控制中心。

较佳的，所述的无人机飞行航迹精度检测方法，还包括：

所述检测雷达向无人机发送测量信号，并根据接收到的反馈信号得到该检测雷达到无人机的距离数据；

通过第二计时单元对检测雷达发送测量信号和接收反馈信号的时间进行记录，得到时间数据。

较佳的，所述的无人机飞行航迹精度检测方法，还包括：

将所述时间数据和距离数据，通过无线方式发送到地面控制中心。

较佳的，所述无人机飞行航迹精度检测方法，还包括：

将所述时间数据和距离数据，存储在地面控制中心中的第二数据存储模块。

较佳的，根据所述至少三个距离数据计算得到无人机飞行的实际三维航迹，包括：

选择至少三个距离数据作为一组距离数据进行定位计算，得到无人机的一组第二三维坐标。

较佳的，所述的无人机飞行航迹精度检测方法，还包括：

选择至少两组距离数据进行定位计算，得到至少两组无人机的第二三维坐标；

计算所述无人机的至少两组第二三维坐标值的平均值和标准差；

用所述标准差对平均值进行修正，得到无人机实际飞行航迹的精确三维坐标，以确认无人机飞行的实际三维航迹。

较佳的，根据所述预设三维航迹和实际三维航迹，计算得到无人机飞行三维航迹精确评估参数，包括：

根据预设三维航迹和实际三维航迹中的坐标值，计算设定时间段或者工作内，无人机飞行三维航迹水平位置控制精度、高度控制精度、水平位置的误差方差和高度的误差方差。

相应于上述方法，本发明还提供了一种无人机航迹精度检测装置，包括：

差分GPS单元，设置在无人机的机载设备中，用于对无人机飞行三维航迹进行实时采集，得到无人机飞行的预设三维航迹；

雷达检测单元，设置在雷达检测系统中，所述雷达检测单元包括至少三个检测雷达，所述检测雷达用于对其到无人机的距离进行实时测量，得到至少三个距离数据；

第一数据处理单元，设置在地面控制中心中，用于根据所述至少三个距离数据计算得到无人机飞行的实际三维航迹；

所述第一数据处理单元，还用于根据所述预设三维航迹和实际三维航迹，计算得到无人机飞行三维航迹精确评估参数。

较佳的，所述机载设备中，还包括：

第一计时单元，用于对差分GPS单元对无人机飞行三维航迹的实时采集的时间进行记录，得到与采集时间对应的第一三维坐标。

较佳的，所述机载设备中，还包括：

第一数据存储单元，用于存储实时采集到的无人机飞行的预设三维航迹。

较佳的，所述机载设备中，还包括：

第一无线通信单元，用于将所述第一数据存储模块存储的无人机飞行的预设三维航迹，通过无线方式发送到地面控制中心。

较佳的，所述雷达检测系统，还包括：

第二计时单元，设置在所述雷达检测单元中；

所述检测雷达向无人机发送测量信号，并根据接收到的反馈信号得到该检测雷达到无人机的距离数据；

所述第二计时单元，用于对检测雷达发送测量信号和接收反馈信号的时间进行记录，得到时间数据。

较佳的，所述雷达检测系统还包括：

第二无线通信单元，设置在所述雷达检测单元中，用于将所述时间数据和距离数据，通过无线方式发送到地面控制中心。

较佳的，所述地面控制中心，还包括：

第二数据存储单元，用于存储所述时间数据和距离数据。

较佳的，所述机载设备中，还包括：

第一智能控制单元，用于控制无人机按预设航迹飞行、控制所述差分GPS单元和第一计时单元进行数据采集以及第一数据存储单元进行数据存储。

较佳的，所述地面控制中心，还包括：

第二智能控制模块，用于地面控制中心中各类型数据的接收、调用和处理；

显示模块，用于显示上述数据及处理结果。

较佳的，所述地面控制中心，还包括：

第三无线通信单元，用于与所述第一无线通信单元以及第二无线通信单元进行数据的传输。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明通过增加的检测雷达能够实现无人机三维定位，可以对无人机实际飞行航迹进行高精度定位。并通过与差分GPS检测的无人机三维航迹的比对分析，能够得到无人机飞行三维航迹水平位置控制精度、高度控制精度、水平位置的误差方差和高度的误差方差，得到了精确的无人机飞行三维航迹精度，可以实现对无人机实际飞行航迹的高精度定位。

此外，通过对检测时间的记录，可有效保证差分GPS单元的采集数据和雷达检测单元的检测数据的可比较性和时间的一致性。同时，将差分GPS单元的采集数据存储并发送到地面控制中心进行计算处理，可以解决无人机的载荷较大以及数据采集量大、处理复杂度高的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的无人机飞行航迹精度检测方法流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的无人机飞行航迹精度检测装置组成示意图。

具体实施方式

为解决现有技术中无法检测无人机的实际飞行航迹，进而无法得到精确的无人机飞行三维航迹精度的缺陷，本发明提供了一种无人机飞行三维航迹精度检测方法及系统，下面结合附图对本发明做进一步的描述。

实施例一：

参照图1所示的无人机飞行航迹精度检测方法流程示意图，本发明具体步骤实施如下：

步骤S101，通过无人机中机载的差分GPS单元对无人机飞行三维航迹进行实时采集，得到无人机飞行的预设三维航迹；

差分GPS单元设置在无人机的机载设备中，无人机在飞行过程中，机载设备中的第一智能控制单元控制无人机按照预设航迹飞行，差分GPS模块对无人机飞行的三维航迹进行实时采集。

本步骤中，为了保证采集时间和三维航迹的一一对应，还可以在机载设备中设置第一计时单元，第一智能控制单元控制第一计时单元，通过第一计时单元对差分GPS单元对无人机飞行三维航迹的实时采集的时间进行记录，得到与采集时间对应的第一三维坐标，如t时刻的三维坐标记为(x_t，y_t，z_t)。

此外，如果对采集到的数据进行实时的处理，可能会存在无人机的载荷较大以及数据采集量大、处理复杂度高的问题。对应的本步骤中，可以采用线上数据实时采集及存储与事后数据综合处理相结合的无人机三维航迹精度检测方法。具体的，可以将差分GPS单元实时采集到的无人机飞行的预设三维航迹，存储在机载设备的第一数据存储模块。此外，还可以在机载设备中设置第一无线通信单元，用于将所述第一数据存储模块存储的无人机飞行的预设三维航迹，通过无线方式发送到地面控制中心。当然也可以通过其它方式发送所述第一数据存储模块存储的数据信息，如时间、坐标、状态参数等。

步骤S102，对雷达检测单元的至少三个检测雷达到无人机的距离进行实时测量，得到至少三个距离数据；

依据三个检测雷达即可实现无人机三维定位的理论，本步骤中可以采用至少三个高精度的检测雷达，对无人机实际飞行航迹进行高精度定位，不仅可以有效提高无人机实际飞行航迹的定位精度，还能够提高计算结果的可靠性。根据对无人机的监控区域的大小，也可以选择更多的检测雷达。

具体的所述至少三个检测雷达分别向所述无人机发送测量信号，并根据接收到的反馈信号得到该检测雷达到无人机的距离数据。同样的，为了保证采集时间和三维航迹的一一对应，还可以在雷达检测单元中设置第二计时单元，通过第二计时单元对检测雷达发送测量信号和接收反馈信号的时间进行记录，得到时间数据。

同样的，所述雷达检测单元中还可以设置第二无线通信单元，用于将所述时间数据和距离数据，通过无线方式发送到地面控制中心。

在地面控制中心对应的可以设置有第二数据存储模块，用于存储所述时间数据和所述至少三个距离数据。

步骤S103，根据所述至少三个距离数据计算得到无人机飞行的实际三维航迹；

地面控制中心的第一数据处理单元，从第二数据存储模块中存储的多个距离数据中随机选择3个，对无人机进行一次定位计算，可以得到一组无人机的三维坐标。

为了提高计算得到的实际三维航迹的准确性，本步骤中，还可以通过如下方案对坐标值进行修正：

选择至少两组距离数据进行定位计算，得到至少两组无人机的第二三维坐标；

计算所述无人机的至少两组第二三维坐标值的平均值和标准差；

用所述标准差对平均值进行修正，得到无人机实际飞行航迹的精确三维坐标，以确认无人机飞行的实际三维航迹。

具体的，n组举例数据可以得到组三维航迹坐标(设)，计算I组无人机三维坐标值的平均值(x_t′、y_t′、z_t′)，计算公式如下式(1)所示：

$x_t^{\′}=\frac{1}{I}{\Σ}_{i=1}^I{x}_i,y_t^{\′}=\frac{1}{I}{\Σ}_{i=1}^I{y}_i,z_t^{\′}=\frac{1}{I}{\Σ}_{i=1}^I{z}_i$ 式(1)；

计算I组无人机三维坐标值的标准差(σ_x、σ_y、σ_z)，计算公式如下式(2)所示：

${\mathrm{\σ}}_x=\sqrt{\frac{1}{I}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^I{(x_i-x_t^{\′})}^2},{\mathrm{\σ}}_y=\sqrt{\frac{1}{I}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^I{(y_i-y_t^{\′})}^2},{\mathrm{\σ}}_z=\sqrt{\frac{1}{1}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^I{(z_i-z_t^{\′})}^2}$ 式(2)；

然后用计算得到的标准差值对平均坐标值进行修正，就可得到t时刻(t＝(t₁+t₂)/2)无人机实际飞行航迹的精确三维坐标即 ${\hat{x}}_t=x_t^{\′}\±{\mathrm{\σ}}_x,{\hat{y}}_t=y_t^{\′}\±{\mathrm{\σ}}_y,{\hat{z}}_t=z_t^{\′}+z_x.$

步骤S104，根据所述预设三维航迹和实际三维航迹，计算得到无人机飞行三维航迹精确评估参数。

在上述步骤分别得到预设三维航迹和实际三维航迹的基础上，本步骤中，根据预设三维航迹和实际三维航迹中的坐标值，计算设定时间段或者工作内，无人机飞行三维航迹水平位置控制精度、高度控制精度、水平位置的误差方差和高度的误差方差。

具体的，计算方法可以为：

设飞行总时间为T，t时刻的三维坐标记为(x_t，y_t，z_t)，无人机实际飞行航迹的精确三维坐标则：

${\mathrm{\Δ}}_x=\frac{1}{T}{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^T(x_t-{\hat{x}}_t),{\mathrm{\Δ}}_y=\frac{1}{T}{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^T(y_t-{\hat{y}}_t),{\mathrm{\Δ}}_z=\frac{1}{T}{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^T(z_t-z_t).$

其中：Δ_x和Δ_y为该工作区内无人机飞行三维航迹水平位置控制精度，Δ_z为高度控制精度。

${\mathrm{\ϵ}}_x=\sqrt{\frac{1}{T}{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^T{(x_t-{\hat{x}}_t)}^2},{\mathrm{\ϵ}}_y=\sqrt{\frac{1}{T}{\Σ}_{t=1}^T{(y_t-{\hat{y}}_t)}^2},{\mathrm{\ϵ}}_z=\sqrt{\frac{1}{T}{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^T{(z_t-{\hat{z}}_t)}^2}.$

其中：ε_x和ε_y作为水平位置的误差方差，ε_z作为高度的误差方差。

上述方法步骤，通过航迹精度的评估，针对两组数据分别计算各维度坐标值差的平均值和均方根误差，可以作为该工作区内无人机飞行三维航迹水平位置和高度的精度评定指标，完成无人机三维航迹精度的检测，检测结果可以通过显示器显示，以供相关人员据以调整无人机的飞行航迹，解决无人机预设飞行航迹与实际飞行航迹存在误差的问题。

本实施例公开的上述方案中，通过增加的检测雷达能够实现无人机三维定位，可以对无人机实际飞行航迹进行高精度定位。并通过与差分GPS检测的无人机三维航迹的比对分析，能够得到无人机飞行三维航迹水平位置控制精度、高度控制精度、水平位置的误差方差和高度的误差方差，得到了精确的无人机飞行三维航迹精度，可以实现对无人机实际飞行航迹的高精度定位。

此外，通过对检测时间的记录，可有效保证差分GPS单元的采集数据和雷达检测单元的检测数据的可比较性和时间的一致性。同时，将差分GPS单元的采集数据存储并发送到地面控制中心进行计算处理，可以解决无人机的载荷较大以及数据采集量大、处理复杂度高的问题。

实施例二：

相应于实施例一提供的方法，本实施例提供了一种无人机飞行航迹精度检测装置，如图2所示的系统架构图，该系统包括以下模块：

差分GPS单元101，设置在无人机的机载设备100中，用于对无人机飞行三维航迹进行实时采集，得到无人机飞行的预设三维航迹；

雷达检测单元201，设置在雷达检测系统200中，所述雷达检测系统200包括至少三个雷达检测单元，每个雷达检测单元至少包括一个检测雷达2011，所述检测雷达2011用于对其到无人机的距离进行实时测量，得到至少三个距离数据；

根据对无人机的监控区域的大小，也可以选择更多的雷达检测单元。

第一数据处理单元301，设置在地面控制中心300中，用于根据所述至少三个距离数据计算得到无人机飞行的实际三维航迹；

所述第一数据处理单元301，还用于根据所述预设三维航迹和实际三维航迹，计算得到无人机飞行三维航迹精确评估参数。

为了保证采集时间和三维航迹的一一对应，所述机载设备100中，还可以包括：

第一计时单元102，用于对差分GPS单元101对无人机飞行三维航迹的实时采集的时间进行记录，得到与采集时间对应的第一三维坐标。通过第一计时单元102对差分GPS单元101对无人机飞行三维航迹的实时采集的时间进行记录，得到与采集时间对应的第一三维坐标，如t时刻的三维坐标记为(x_t，y_t，z_t)。

如果对采集到的数据进行实时的处理，可能会存在无人机的载荷较大以及数据采集量大、处理复杂度高的问题。因此所述机载设备100中，还可以包括：

第一数据存储单元103，用于存储实时采集到的无人机飞行的预设三维航迹。

此外，所述机载设备100中，还可以包括：

第一无线通信单元104，用于将所述第一数据存储模块103存储的无人机飞行的预设三维航迹，通过无线方式发送到地面控制中心300。当然也可以通过其它方式发送所述第一数据存储模块存储的数据信息，如时间、坐标、状态参数等。

同样的，为了保证采集时间和三维航迹的一一对应，所述雷达检测200系统，还可以包括：

第二计时单元2012，设置在所述雷达检测单元201中；

所述检测雷达2011向无人机发送测量信号，并根据接收到的反馈信号得到该检测雷达到无人机的距离数据；

所述第二计时单元2012，用于对检测雷达2011发送测量信号和接收反馈信号的时间进行记录，得到时间数据。

同样的，所述雷达检测系统200，还可包括：

第二无线通信单元2013，设置在所述雷达检测单元201中，用于将所述时间数据和距离数据，通过无线方式发送到地面控制中心300。在地面控制中心对应的可以设置有第二数据存储模块302，用于存储所述时间数据和所述至少三个距离数据。

所述机载设备100中，还包括：

第一智能控制单元105，用于控制无人机按预设航迹飞行、控制所述差分GPS单元101和第一计时单元102进行数据采集以及第一数据存储单元103进行数据存储。

所述地面控制中心300，还可以包括：

第二智能控制模块303，用于地面控制中心300中各类型数据的接收、调用和处理；

显示模块304，用于显示上述数据及处理结果，以供相关人员据以调整无人机的飞行航迹，解决无人机预设飞行航迹与实际飞行航迹存在误差的问题。

所述地面控制中心300，还可以包括：

第三无线通信单元305，用于与所述第一无线通信单元104以及第二无线通信单元2013进行数据的传输。

本实施例公开的上述方案中，通过增加的检测雷达能够实现无人机三维定位，可以对无人机实际飞行航迹进行高精度定位。并通过与差分GPS检测的无人机三维航迹的比对分析，能够得到无人机飞行三维航迹水平位置控制精度、高度控制精度、水平位置的误差方差和高度的误差方差，得到了精确的无人机飞行三维航迹精度，可以实现对无人机实际飞行航迹的高精度定位。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本实施例为方法实施例一对应的系统实施例，其类同之处相互参见即可，不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种无人机飞行航迹精度检测方法，其特征在于，包括：

对雷达检测单元的至少三个检测雷达到无人机的距离进行实时测量，得到至少三个距离数据；

根据所述至少三个距离数据计算得到无人机飞行的实际三维航迹；

根据所述预设三维航迹和实际三维航迹，计算得到无人机飞行三维航迹精确评估参数。

2.根据权利要求1所述的无人机飞行航迹精度检测方法，其特征在于，还包括：

通过第一计时单元对差分GPS单元对无人机飞行三维航迹的实时采集的时间进行记录，得到与采集时间对应的第一三维坐标。

3.根据权利要求1或2所述的无人机飞行航迹精度检测方法，其特征在于，还包括：

将所述第一数据存储模块存储的无人机飞行的预设三维航迹，通过无线方式发送到地面控制中心。

4.根据权利要求1所述的无人机飞行三维航迹精度检测方法，其特征在于，还包括：

所述检测雷达向无人机发送测量信号，并根据接收到的反馈信号得到该检测雷达到无人机的距离数据；

通过第二计时单元对检测雷达发送测量信号和接收反馈信号的时间进行记录，得到时间数据。

5.一种无人机飞行航迹精度检测装置，其特征在于，包括：

雷达检测单元，设置在雷达检测系统中，所述雷达检测单元包括至少三个检测雷达，所述检测雷达用于对其到无人机的距离进行实时测量，得到至少三个距离数据；

第一数据处理单元，设置在地面控制中心中，用于根据所述至少三个距离数据计算得到无人机飞行的实际三维航迹；

所述第一数据处理单元，还用于根据预设三维航迹和实际三维航迹，计算得到无人机飞行三维航迹精确评估参数。

6.根据权利要求5所述的无人机飞行航迹精度检测装置，其特征在于，所述机载设备中，还包括：

第一计时单元，用于对差分GPS单元对无人机飞行三维航迹的实时采集的时间进行记录，得到与采集时间对应的第一三维坐标。

7.根据权利要求6所述的无人机飞行三维航迹精度检测装置，其特征在于，所述雷达检测系统，还包括：

第二计时单元，设置在所述雷达检测单元中；

所述检测雷达向无人机发送测量信号，并根据接收到的反馈信号得到该检测雷达到无人机的距离数据；

所述第二计时单元，用于对检测雷达发送测量信号和接收反馈信号的时间进行记录，得到时间数据。

8.根据权利要求6述的无人机飞行三维航迹精度检测装置，其特征在于，所述机载设备中，还包括：

第一智能控制单元，用于控制无人机按预设航迹飞行、控制所述差分GPS单元和第一计时单元进行数据采集以及第一数据存储单元进行数据存储。

9.根据权利要求6所述的无人机飞行三维航迹精度检测装置，其特征在于，所述地面控制中心，还包括：

第二智能控制模块，用于地面控制中心中各类型数据的接收、调用和处理；

显示模块，用于显示上述数据及处理结果。