CN107490375B - 定点悬停精度测量装置、方法及无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了定点悬停精度测量装置、方法及无人飞行器，包括：主控制器、测试平台、目标靶球、设置于测试平台上的至少一个激光发射器件、至少一个目标跟踪光路、分别与主控制器相连接的至少一个激光跟踪模块、至少一个激光测距模块和至少一个角度测量模块；目标跟踪光路输出激光发射器件发射出的激光与目标靶球的反射光干涉后的干涉光；激光跟踪模块根据干涉光调整激光的发射方向；主控制器根据激光测距模块测得的直线距离和角度测量模块测得的实际夹角确定无人飞行器定点悬停精度。该装置结构简单、测量方便、快速，整个测量过程无需人为参与，提高了测量自动化程度，简化了定点悬停精度测量过程，提高了定点悬停精度测量准确度。

Description

定点悬停精度测量装置、方法及无人飞行器

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，具体而言，涉及一种定点悬停精度测量装置、方法及无人飞行器。

背景技术

目前，无人飞行器广泛应用于日常生活中，如无人机驾驶飞行器简称无人机，英文缩写为UAV(Unmanned Aerial Vehicle)，即不载人的飞行器。按照工作原理划分，可以分为：直升机和多旋翼无人机两大类；按照应用领域划分，可以分为：军用无人机和民用无人机。随着无人机的快速发展，无人机应用技术不断成熟，同时，由于其具有体积小、重量轻、价格低、使用便捷、安全性高、灵活性强、运用广等特点，近年来，旋翼无人机广泛的应用于各种领域，如：商业活动、农药喷洒、电力巡检、航拍摄影、气象研究等。

一般来说，定点悬停精度是用来评价无人飞行器的性能的重要评价指标之一。通常，万元以下的发烧玩家级无人飞行器的悬停精度可以实现误差在垂直0.8米、水平2.5米精度范围内自动悬停，工业级无人飞行器的悬停精度能达到分米(甚至厘米级)，然而，定点悬停精度主要来源于购买无人飞行器时配带说明书中记载的，后续买家在使用该无人飞行器的过程中，只能通过人工目测来确定定点悬停性能是否达标，或是通过铅锤标记法粗略地测量无人飞行器的定点悬停精度。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术中至少存在以下问题：相关技术中给出的无人飞行器的定点悬停精度测量方式存在准确度低、可信度差、参考度不够的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种定点悬停精度测量装置、方法及无人飞行器，以提高测量的自动化程度，简化定点悬停精度测量的过程，提高定点悬停精度测量的准确度。

第一方面，本发明实施例提供了一种定点悬停精度测量装置，包括：主控制器、测试平台、用于安装在待测量无人飞行器的质心处的目标靶球、设置于所述测试平台上的至少一个激光发射器件、至少一个目标跟踪光路、以及分别与所述主控制器相连接的至少一个激光跟踪模块、至少一个激光测距模块和至少一个角度测量模块；

所述目标跟踪光路，用于输出所述激光发射器件发射出的激光与所述目标靶球的反射光干涉后的干涉光；

所述激光跟踪模块，设置于所述目标跟踪光路输出所述干涉光的出光侧，用于在所述无人飞行器位于定点悬停位置时，根据所述干涉光调整所述激光的发射方向，以使所述激光发射器件发射出的激光经所述目标跟踪光路入射至所述目标靶球的中心，并向所述主控制器发送跟踪完成信号；

所述主控制器，用于当接收到所述跟踪完成信号时，向所述激光测距模块发送距离测量指令，以及向所述角度测量模块发送角度测量指令，并在接收到所述激光测距模块测量的直线距离和所述角度测量模块测量的实际夹角后，根据所述直线距离和所述实际夹角确定所述无人飞行器的定点悬停精度；

所述激光测距模块，用于在接收到所述距离测量指令后，测量所述目标靶球与所述测试平台的基准点之间的直线距离；

所述角度测量模块，用于在接收到所述角度测量指令后，测量所述激光发射器件的激光发射方向与所述测试平台的竖直方向之间的实际夹角。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述目标跟踪光路包括：分光棱镜、跟踪转镜和干涉滤光片；

所述分光棱镜设置于所述激光发射器件出光侧，所述干涉滤光片垂直于所述分光棱镜发出所述目标靶球反射光方向，所述跟踪转镜设置于所述目标靶球和所述分光棱镜的光路上且与所述激光发射器件固定连接；

所述分光棱镜，用于将所述激光发射器件发射出的激光分为传输至所述干涉滤光片的第一激光光束、以及传输至所述跟踪转镜的第二激光光束，并将所述跟踪转镜反射的所述目标靶球反射回的反射光再反射至所述干涉滤光片；

所述跟踪转镜，用于将所述第二激光光束反射至所述目标靶球，并将所述目标靶球反射回的反射光反射至所述分光棱镜；

所述干涉滤光片，用于输出所述第一激光光束和所述分光棱镜传输的所述反射光干涉形成的干涉光。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述激光跟踪模块包括：光电位置探测器、跟踪控制单元和驱动电机；

所述光电位置探测器设置于所述干涉滤光片输出所述干涉光一侧，所述跟踪控制单元分别与所述光电位置探测器和所述驱动电机电连接，所述驱动电机与所述跟踪转镜相连接；

所述光电位置探测器，用于接收所述干涉滤光片输出的所述干涉光，并将所述干涉光的光斑与标定光斑之间的偏差信号传输至所述跟踪控制单元；

所述跟踪控制单元，用于根据所述偏差信号确定所述干涉光的光斑距所述标定光斑的偏移距离和偏移方向，并根据所述偏移距离和所述偏移方向生成相应的电机控制指令；

所述驱动电机，用于接收所述电机控制指令，驱动所述跟踪转镜带动所述激光发射器件转动，以使所述激光发射器件发射出的激光经所述分光棱镜和所述跟踪转镜入射至所述目标靶球的中心。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述主控制器，还用于当接收到所述跟踪完成信号时，控制所述激光发射器件向所述激光测距模块发送发射信号，以及控制所述激光跟踪模块向所述激光测距模块发送与所述发射信号对应的回波信号；

所述激光测距模块，具体用于当接收到距离测量指令时，根据接收到的所述发射信号的接收时间、所述回波信号的接收时间和公式L＝cΔt/2确定所述目标靶球与所述测试平台的基准点之间的直线距离；

其中，L表示直线距离，Δt表示发射信号的接收时间与回波信号的接收时间之间的差值，c表示光速。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述角度测量模块包括：垂直陀螺仪。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述主控制器，具体用于：

根据所述直线距离、所述实际角度和计算公式计算得到所述无人飞行器的水平偏移和垂直偏移；

将多个所述水平偏移中最大值作为所述无人飞行器的定点悬停水平精度；

将多个所述垂直偏移中最大值作为所述无人飞行器的定点悬停垂直精度；

其中，所述计算公式为R_i＝L_i×sinα_i和V_i＝L_i×cosα_i-H₀，i表示测量数据序号，i＝1,2,...n，R_i表示水平偏移，V_i表示垂直偏移，H₀表示定点悬停精度测量时无人飞行器距测试平台的初始高度，L_i表示第i组测试数据中的直线距离，α_i表示第i组测试数据中的实际角度。

结合第一方面至第一方面的第五种可能的实施方式中任一项，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述主控制器，还用于按照预设时间间隔向所述激光跟踪模块发送跟踪指令，以使所述激光跟踪模块根据所述干涉光调整所述激光的发射方向。

结合第一方面至第一方面的第五种可能的实施方式中任一项，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述主控制器，还用于接收所述激光测距模块返回的第一指令接收时间、以及所述角度测量模块返回的第二指令接收时间；

判断所述第一指令接收时间和第二指令接收时间之间的差值是否大于预设差值阈值；

如果大于，则剔除与所述第一指令接收时间对应的直线距离和与所述第二指令接收时间对应的实际角度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无人飞行器，包括：如第一方面至第一方面的第七种可能的实施方式中任一项所述的定点悬停精度测量装置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种定点悬停精度测量方法，该方法包括：

目标跟踪光路输出激光发射器件发射出的激光与目标靶球的反射光干涉后的干涉光；

激光跟踪模块在待测量无人飞行器位于定点悬停位置时，根据所述干涉光调整所述激光的发射方向，以使所述激光发射器件发射出的激光经所述目标跟踪光路入射至所述目标靶球的中心，并向主控制器发送跟踪完成信号；

所述主控制器当接收到所述跟踪完成信号时，向激光测距模块发送距离测量指令，以及向角度测量模块发送角度测量指令；

所述激光测距模块在接收到所述距离测量指令后，测量目标靶球与测试平台的基准点之间的直线距离；

所述角度测量模块在接收到所述角度测量指令后，测量所述激光发射器件的激光发射方向与所述测试平台的竖直方向之间的实际夹角；

所述主控制器接收所述直线距离和所述实际夹角，根据所述直线距离和所述实际夹角确定所述无人飞行器的定点悬停精度。

在本发明实施例提供的定点悬停精度测量装置、方法及无人飞行器中，该装置包括：主控制器、测试平台、用于安装在待测量无人飞行器的质心处的目标靶球、设置于测试平台上的至少一个激光发射器件、至少一个目标跟踪光路、分别与主控制器相连接的至少一个激光跟踪模块、至少一个激光测距模块和至少一个角度测量模块；目标跟踪光路输出激光发射器件发射出的激光与目标靶球的反射光干涉后的干涉光；激光跟踪模块根据干涉光调整激光的发射方向；主控制器根据激光测距模块测得的直线距离和角度测量模块测得的实际夹角确定无人飞行器的定点悬停精度。该装置结构简单、测量方便、快速，且整个测量过程中无需人为参与，提高了测量的自动化程度，简化了定点悬停精度测量的过程，提高了定点悬停精度测量的准确度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1a示出了本发明实施例所提供的一种定点悬停精度测量装置的结构示意图；

图1b示出了本发明实施例所提供的又一种定点悬停精度测量装置的结构示意图；

图1c示出了本发明实施例所提供的另一种定点悬停精度测量装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的定点悬停精度测量装置中目标跟踪光路和激光跟踪模块的结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的定点悬停精度测量装置中激光测距过程的原理示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种无人飞行器的结构示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种定点悬停精度测量方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到相关技术中给出的无人飞行器的定点悬停精度测量方式存在准确度低、可信度差、参考度不够的问题。基于此，本发明实施例提供了一种定点悬停精度测量装置、方法及无人飞行器，下面通过实施例进行描述。

如图1a、图1b、图1c所示的定点悬停精度测量装置的结构示意图，该装置包括：主控制器101、测试平台102、用于安装在待测量无人飞行器的质心处的目标靶球103、设置于该测试平台102上的至少一个激光发射器件104、至少一个目标跟踪光路105、以及分别与主控制器101相连接的至少一个激光跟踪模块106、至少一个激光测距模块107和至少一个角度测量模块108；其中，该无人飞行器可以是无人机、飞行机器人、飞艇、个人飞行器等；

上述目标跟踪光路105，用于输出上述激光发射器件104发射出的激光与上述目标靶球103的反射光干涉后的干涉光；

上述激光跟踪模块106，设置于上述目标跟踪光路105输出上述干涉光的出光侧，用于在上述无人飞行器位于定点悬停位置时，根据上述干涉光调整激光的发射方向，以使上述激光发射器件104发射出的激光经上述目标跟踪光路105入射至上述目标靶球103的中心，并向上述主控制器101发送跟踪完成信号；

上述主控制器101，用于当接收到上述跟踪完成信号时，向上述激光测距模块107发送距离测量指令，以及向上述角度测量模块108发送角度测量指令，并在接收到上述激光测距模块107测量的直线距离和上述角度测量模块108测量的实际夹角后，根据该直线距离和该实际夹角确定无人飞行器的定点悬停精度；

上述激光测距模块107，用于在接收到上述距离测量指令后，测量目标靶球103与测试平台102的基准点之间的直线距离，即当接收到距离测量指令时，开始测量目标靶球103与测试平台102的基准点之间的直线距离；

上述角度测量模块108，用于在接收到上述角度测量指令后，测量激光发射器件104的激光发射方向与测试平台102的竖直方向之间的实际夹角，即当接收到角度测量指令时，开始测量激光发射器件104的激光发射方向与测试平台102的竖直方向之间的实际夹角。

其中，设置于该测试平台102上的激光发射器件104可以为多个，也可以为一个，即能够同时测量多架无人飞行器的定点悬停精度，又能够逐个分时测量多架无人飞行器的定点悬停精度或只测量一架无人飞行器的定点悬停精度，具体为：

在图1a中，当激光发射器件104为多个时，定点悬停精度测量装置可以同时测量多架无人飞行器的定点悬停精度(即此时测试对象-目标靶球103的数量为N，N大于1)，对应的，每个激光发射器件104对准一个目标靶球103，激光发射器件104的数量为N个，目标跟踪光路105、激光跟踪模块106、激光测距模块107和角度测量模块108的数量均为N个，目标跟踪光路105、激光跟踪模块106、激光测距模块107、角度测量模块108和激光发射器件104一一对应，每套跟踪测量装置(目标跟踪光路105、激光跟踪模块106、激光测距模块107、角度测量模块108和激光发射器件104)独立工作，为多个激光发射器件104分别设置一定的编号，同样的，也为目标跟踪光路105、激光跟踪模块106、激光测距模块107、角度测量模块108设置一定的编号，在主控制器101中存储无人飞行器的标识与激光发射器件104、目标跟踪光路105、激光跟踪模块106、激光测距模块107、角度测量模块108的编号之间的对应关系，每个无人飞行器通过各自的激光发射器件104、目标跟踪光路105和激光跟踪模块106对该无人飞行器进行跟踪定位，另外，激光跟踪模块106向主控制器101发送携带有该激光跟踪模块106编号的跟踪完成信号，对应的，主控制器101向与该激光跟踪模块106对应的激光测距模块107发送距离测量指令，以及向与该激光跟踪模块106对应的角度测量模块108发送角度测量指令；

在图1b中，当激光发射器件104为一个时，目标跟踪光路105、激光跟踪模块106、激光测距模块107和角度测量模块108的数量均为一个，定点悬停精度测量装置可以逐个分时测量多架无人飞行器的定点悬停精度(即此时测试对象-目标靶球103的数量为M，M大于1)，此时，在首次通过目标跟踪光路105和激光跟踪模块106分别对每个无人飞行器进行跟踪定位后，通过主控制器101分别记录各无人飞行器的标识与位置信息(角度信息)的对应关系，这样后续再对各无人飞行器进行跟踪定位时，能够直接根据该无人飞行器对应的位置信息(角度信息)粗略确定该无人飞行器的第一目标位置(大概位置)，再通过上述跟踪方式确定该无人飞行器的第二目标位置(精准位置)，具体为，首先，主控制器101根据该位置信息控制激光跟踪模块106调整激光的发射方向，以使激光发射器件104发射出的激光经该目标跟踪光路105入射至该第一目标位置，然后，在定位到该第一目标位置后，激光跟踪模块106根据接收到的干涉光继续调整激光的发射方向，以使激光发射器件104发射出的激光经目标跟踪光路105入射至目标靶球103的中心(第二目标位置)；

在图1c中，当激光发射器件104为一个时，目标跟踪光路105、激光跟踪模块106、激光测距模块107和角度测量模块108的数量均为一个，定点悬停精度测量装置也可以只实时测量一架无人飞行器的定点悬停精度(即此时测试对象-目标靶球103的数量为1)，激光发射器件104对准唯一的目标靶球103，对该目标靶球103进行持续跟踪定位。

优选的，当激光发射器件104为一个时，可以将激光发射器件104设置于测试平台102的中心位置，此时测试平台102的基准点为中心点，即在测试平台102设一基点(0,0,0)，将该基点作为激光发射器件104的安装位置，即激光发射器件104的初始位置为(0,0,0)，为了提高测量精度，需要保证测试平台102完全水平，激光发射器件104的初始状态垂直于该测试平台102；其中，可以将激光发射器件104、目标跟踪光路105和激光跟踪模块106制作为一个激光发射器件安装在激光跟踪装置上，激光发射器件可以跟随激光跟踪装置转动。

在本发明提供的实施例中，给出的定点悬停精度测量装置结构简单、测量方便、快速，且整个测量过程中无需人为参与，提高了测量的自动化程度，简化了定点悬停精度测量的过程，提高了定点悬停精度测量的准确度。

需要说明的是，目标跟踪光路105、激光发射器件104和激光跟踪模块106均设置于测试平台102上，为了便于展示激光光路，将图1a、图1b、图1c中的目标跟踪光路105和激光跟踪装置与激光发射器件104分离开。

具体的，如图2所示，上述目标跟踪光路105包括：分光棱镜1051、跟踪转镜1052和干涉滤光片1053；

上述分光棱镜1051设置于上述激光发射器件104出光侧，上述干涉滤光片1053垂直于上述分光棱镜1051发出上述目标靶球103反射光方向(或垂直于上述分光棱镜1051发出第一激光光束的方向)，上述跟踪转镜1052设置于上述目标靶球103和上述分光棱镜1051的光路上且与上述激光发射器件104固定连接；

上述分光棱镜1051，用于将上述激光发射器件104发射出的激光分为传输至上述干涉滤光片1053的第一激光光束、以及传输至上述跟踪转镜1052的第二激光光束，并将上述跟踪转镜1052反射的上述目标靶球103反射回的反射光再反射至上述干涉滤光片1053；

上述跟踪转镜1052，用于将上述第二激光光束反射至上述目标靶球103，并将上述目标靶球103反射回的反射光反射至上述分光棱镜1051；

上述干涉滤光片1053，用于输出上述第一激光光束和上述分光棱镜1051传输的上述反射光干涉形成的干涉光。

具体的，如图2所示，上述激光跟踪模块106包括：光电位置探测器1061、跟踪控制单元1062和驱动电机1063；

上述光电位置探测器1061设置于上述干涉滤光片1053输出上述干涉光一侧，上述跟踪控制单元1062分别与上述光电位置探测器1061和上述驱动电机1063电连接，上述驱动电机1063与上述跟踪转镜1052相连接；

上述光电位置探测器1061，用于接收上述干涉滤光片1053输出的上述干涉光，并将所述干涉光的光斑与标定光斑之间的偏差信号传输至所述跟踪控制单元1062；

所述跟踪控制单元1062，用于根据所述偏差信号确定所述干涉光的光斑距所述标定光斑的偏移距离和偏移方向，并根据所述偏移距离和所述偏移方向生成相应的电机控制指令；

上述驱动电机1063，用于接收上述电机控制指令，驱动上述跟踪转镜1052带动上述激光发射器件104转动，以使上述激光发射器件104发射出的激光经上述分光棱镜1051和上述跟踪转镜1052入射至上述目标靶球103的中心。

其中，上述光电位置探测器1061为基于PSD(Position Sensitive Detector)的光电器件；上述跟踪控制单元1062包括：AD采样模块、信号采集模块、主控芯片，跟踪控制电路、DA转换模块、电机驱动模块；驱动电机1063包括：水平伺服电机和俯仰伺服电机。

需要说明的是，在图2中示意出了对某一无人飞行器进行激光跟踪过程的过程，当需要通过定点悬停精度测量装置逐个分时对多架无人飞行器进行跟踪定位时，对任意无人飞行器进行激光跟踪过程的过程类似。

具体的，在本发明提供的实施例中激光跟踪过程，具体为：

激光发射器件104发出的激光(测量光束)经过目标跟踪光路105中的一系列光路从目标靶球103中心入射，然后被目标靶球103反射并按原光路返回，返回的反射光进入分光棱镜1051之后，反射至干涉滤光片1053，第一激光光束和该反射光经干涉滤光片1053干涉后形成的干涉光在光电位置探测器1061PSD上形成光斑，该光斑的初始位置为平衡位置，表示了待测量无人飞行器位于定点悬停位置的初始位置，此时形成的光斑视为标定光斑，即激光入射至目标靶球103中心后返回的反射光与激光发射器件104发射出的激光干涉形成的光斑；

当目标靶球103随待测量无人飞行器移动时，第一激光光束和目标靶球103反射回的反射光经干涉滤光片1053干涉后形成的干涉光在光电位置探测器1061PSD上形成光斑将偏离初始位置，即该光斑的中心点将按某一方向偏离标定光斑的中心点，且与标定光斑的中心点之间形成一定的距离，该距离和方向反映了待测量无人飞行器的移动位；

由于确定出当前干涉光在光电位置探测器1061PSD上形成的光斑偏离了标定光斑，此时激光发射器件104发射出的激光经分光棱镜1051和跟踪转镜1052并未入射至目标靶球103的中心，需要通过激光跟踪模块106跟踪到目标靶球103的中心，跟踪控制单元1062通过AD采样模块和信号采集模块采集光电位置探测器1061PSD传输的光斑偏离平衡位置的信号，通过主控芯片进行位移偏差计算，确定位移偏差量，通过DA转换模块将数学信号转换为模拟信号，生成相应的电机控制指令，控制水平伺服电机和俯仰伺服电机驱动跟踪转镜1052绕水平轴和垂直轴进行回转和俯仰两个方向的旋转，从而带动激光发射器件104转动，直到干涉滤光片1053输出的干涉光的光斑与标定光斑重合，此时激光发射器件104发射出的激光经分光棱镜1051和跟踪转镜1052入射至目标靶球103的中心，从而达到对待测量无人飞行器进行跟踪的目的，进而确定无人飞行器的位置偏差。也就是说，跟踪控制单元1062通过检测干涉滤光片1053输出的干涉光在光电位置探测器1061PSD上的偏移位置，结合信号采集和主控芯片，控制水平伺服电机和俯仰伺服电机驱动跟踪转镜1052带动激光发射器件104转动，从而实现对目标靶球103进行实时跟踪，进而实现对待测量无人飞行器进行实时跟踪，完成跟踪后，可以计算出目标靶球103(无人飞行器)的悬停偏移。

具体的，如图3所示，上述主控制器101，还用于当接收到上述跟踪完成信号时，控制上述激光发射器件104向上述激光测距模块107发送发射信号，以及控制上述激光跟踪模块106向上述激光测距模块107发送与上述发射信号对应的回波信号；

上述激光测距模块107，具体用于当接收到距离测量指令时，根据接收到的上述发射信号的接收时间、上述回波信号的接收时间和公式L＝cΔt/2确定上述目标靶球103与上述测试平台102的基准点之间的直线距离，其中，该激光测距模块107的精度为1mm，；

其中，L表示直线距离，Δt表示发射信号的接收时间与回波信号的接收时间之间的差值，c表示光速。

其中，激光测距模块107接收到的发射信号和回波信号是一一对应的，也就是说，激光测距模块107进行激光测距时，需要保证回波信号为：激光跟踪模块106接收的激光发射器件104发出的激光经目标靶球103返回的反射光与该激光之间的干涉光时所发出的信号，具体的，考虑到每次在激光发射器件104发出的激光经目标靶球103的中心返回再传输到干涉滤光片1053的时间变化不大，因此可以通过判断发射信号的接收时间与回波信号的接收时间之间的时间差是否满足预设条件，来确定回波信号和发射信号是否一一对应。

需要说明的是，在图3中示意出了对某一无人飞行器进行激光测距过程的过程，当需要通过定点悬停精度测量装置逐个分时对多架无人飞行器进行激光测距时，对任意无人飞行器进行激光测距过程的过程类似。

具体的，在本发明提供的实施例中激光测距过程，具体为：

激光发射器件104发出的激光脉冲经过目标跟踪光路105中的一系列光路从目标靶球103中心入射，然后被目标靶球103反射并按原光路返回，返回的反射光进入分光棱镜1051之后，反射至干涉滤光片1053，第一激光光束和该反射光经干涉滤光片1053干涉后形成的干涉光，该干涉光传输至激光跟踪模块106并放大,激光测距模块107确定激光往返于目标靶球103所需要的时间Δt,再根据公式L＝cΔt/2来计算出目标靶球103与测试平台102的基准点之间的直线距离，其中，由于目标跟踪光路105、激光发射器件104和激光跟踪模块106均设置于测试平台102上，激光光束的主要行程是由测试平台102到目标靶球103再到测试平台102。

其中，上述角度测量模块108可以是垂直陀螺仪，其中，该垂直陀螺仪的精度为0.1°。

具体的，在本发明提供的实施例中角度测量过程，具体为：

在通过激光跟踪装置跟踪到目标靶球103后，即激光发射器件104发射出的激光经分光棱镜1051和跟踪转镜1052入射至目标靶球103的中心，当接收到角度测量指令时，测量激光发射器件104的当前激光发射方向与测试平台102的竖直方向之间的实际夹角。

其中，在通过激光测距模块107测量出目标靶球103与测试平台102的基准点之间的直线距离，以及通过角度测量模块108测量出激光发射器件104的激光发射方向与测试平台102的竖直方向之间的实际夹角后，可以由主控制器101来计算得到无人飞行器的定点悬停精度，为了确定出无人飞行器在定点悬停过程中的最大偏移，基于此，上述主控制器101，具体用于：

根据上述直线距离、上述实际角度和计算公式计算得到上述无人飞行器的水平偏移和垂直偏移，其中，通过激光测距模块107和角度测量模块108测得多对一一对应的直线距离和实际角度，进而通过主控制器101可以计算得到多对水平偏移和垂直偏移，每一对直线距离和实际角度对应于一对水平偏移和垂直偏移；

将多个上述水平偏移中最大值作为上述无人飞行器的定点悬停水平精度；

将多个上述垂直偏移中最大值作为上述无人飞行器的定点悬停垂直精度；

其中，上述计算公式为R_i＝L_i×sina_i和V_i＝L_i×cosa_i-H₀，i表示测量数据序号，i＝1,2,...n，R_i表示水平偏移，V_i表示垂直偏移，H₀表示定点悬停精度测量时无人飞行器距测试平台102的初始高度，L_i表示第i组测试数据中的直线距离，α_i表示第i组测试数据中的实际角度。

具体的，使得激光测距模块107和角度测量模块108测得多对一一对应的直线距离和实际角度是通过如下方式实现的，上述主控制器101，还用于按照预设时间间隔向上述激光跟踪模块106发送跟踪指令，以使上述激光跟踪模块106根据上述干涉光调整激光的发射方向，最终实现在无人飞行器位于定点悬停位置时对于目标靶球103进行多次跟踪，每次跟踪完成后，通过激光测距模块107和角度测量模块108测量出一对直线距离和实际角度，进而在定点悬停测量时，向主控制器101输入多对直线距离和实际角度，定点悬停测试结束后，由主控制器101根据接收到的多组数据计算得到定点悬停精度，这样能够确定出无人飞行器在定点悬停过程中的最大偏移。

进一步的，考虑到需要保证每一对直线距离和实际角度为目标靶球103位于同一位置时由激光测距模块107和角度测量模块108分别测量得到的，即激光测距模块107和角度测量模块108是同时开始测量的，基于此，上述主控制器101，还用于接收上述激光测距模块107返回的第一指令接收时间、以及上述角度测量模块108返回的第二指令接收时间，第一指令接收时间为激光测距模块107接收到距离测量指令的时间，该第二指令接收时间为角度测量模块108接收到角度测量指令的时间；

判断上述第一指令接收时间和第二指令接收时间之间的差值是否大于预设差值阈值；

如果大于，则剔除与上述第一指令接收时间对应的直线距离和与上述第二指令接收时间对应的实际角度，此时说明激光测距模块107和角度测量模块108是开始测量时间差比较大，激光测距模块107开始测量时目标靶球103所在位置与角度测量模块108开始测量时目标靶球103所在位置可能不是同一位置，此时得到的直线距离和实际角度可能不一一对应，为了提高确定出的定点悬停精度的准确度，可以将此类数据剔除。

本发明实施例还提供了一种无人飞行器，如图4所示，该无人飞行器包括：上述定点悬停精度测量装置，该装置主控制器101、测试平台102、用于安装在待测量无人飞行器的质心处的目标靶球103、设置于该测试平台102上的至少一个激光发射器件104、至少一个目标跟踪光路105、以及分别与主控制器101相连接的至少一个激光跟踪模块106、至少一个激光测距模块107和至少一个角度测量模块108；

上述目标跟踪光路105，用于输出上述激光发射器件104发射出的激光与上述目标靶球103的反射光干涉后的干涉光；

上述激光跟踪模块106，设置于上述目标跟踪光路105输出上述干涉光的出光侧，用于在上述无人飞行器位于定点悬停位置时，根据上述干涉光调整激光的发射方向，以使上述激光发射器件104发射出的激光经上述目标跟踪光路105入射至上述目标靶球103的中心，并向上述主控制器101发送跟踪完成信号；

上述主控制器101，用于当接收到上述跟踪完成信号时，向上述激光测距模块107发送距离测量指令，以及向上述角度测量模块108发送角度测量指令，并在接收到上述激光测距模块107测量的直线距离和上述角度测量模块108测量的实际夹角后，根据该直线距离和该实际夹角确定无人飞行器的定点悬停精度；

上述激光测距模块107，用于在接收到上述距离测量指令后，测量目标靶球103与测试平台102的基准点之间的直线距离；

上述角度测量模块108，用于在接收到上述角度测量指令后，测量激光发射器件104的激光发射方向与测试平台102的竖直方向之间的实际夹角。

在本发明实施例提供的无人飞行器中，通过为该无人飞行器配备一定点悬停精度测量装置，能够对无人飞行器的定点悬停精度进行实时测量，且该装置结构简单、测量方便、快速，且整个测量过程中无需人为参与，提高了测量的自动化程度，简化了定点悬停精度测量的过程，提高了定点悬停精度测量的准确度。

本发明实施例还提供了一种定点悬停精度测量方法，该方法包括步骤S501至S506，具体为：

S501、目标跟踪光路105输出激光发射器件104发射出的激光与目标靶球103的反射光干涉后的干涉光；

S502、激光跟踪模块106在待测量无人飞行器位于定点悬停位置时，根据干涉光调整激光的发射方向，以使激光发射器件104发射出的激光经目标跟踪光路105入射至目标靶球103的中心，并向主控制器101发送跟踪完成信号；

S503、主控制器101当接收到跟踪完成信号时，向激光测距模块107发送距离测量指令，以及向角度测量模块108发送角度测量指令；

S504、激光测距模块107在接收到距离测量指令后，测量目标靶球103与测试平台102的基准点之间的直线距离；

S505、角度测量模块108在接收到角度测量指令后，测量激光发射器件104的激光发射方向与测试平台102的竖直方向之间的实际夹角；

S506、主控制器101接收直线距离和实际夹角，根据直线距离和实际夹角确定无人飞行器的定点悬停精度。

在本发明实施例提供的定点悬停精度测量方法中，基于上述定点悬停精度测量装置采用该测量方法对待测量无人飞行器的定点悬停精度进行测量，定点悬停精度测量装置结构简单、测量方便、快速，且整个测量过程中无需人为参与，提高了测量的自动化程度，简化了定点悬停精度测量的过程，提高了定点悬停精度测量的准确度。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种定点悬停精度测量装置，其特征在于，所述装置包括：主控制器、测试平台、用于安装在待测量无人飞行器的质心处的目标靶球、设置于所述测试平台上的至少一个激光发射器件、至少一个目标跟踪光路、以及分别与所述主控制器相连接的至少一个激光跟踪模块、至少一个激光测距模块和至少一个角度测量模块；

所述目标跟踪光路，用于输出所述激光发射器件发射出的激光与所述目标靶球的反射光干涉后的干涉光；

所述激光跟踪模块，设置于所述目标跟踪光路输出所述干涉光的出光侧，用于在所述无人飞行器位于定点悬停位置时，根据所述干涉光调整所述激光的发射方向，以使所述激光发射器件发射出的激光经所述目标跟踪光路入射至所述目标靶球的中心，并向所述主控制器发送跟踪完成信号；

所述主控制器，用于当接收到所述跟踪完成信号时，向所述激光测距模块发送距离测量指令，以及向所述角度测量模块发送角度测量指令，并在接收到所述激光测距模块测量的直线距离和所述角度测量模块测量的实际夹角后，根据所述直线距离和所述实际夹角确定所述无人飞行器的定点悬停精度；

所述激光测距模块，用于在接收到所述距离测量指令后，测量所述目标靶球与所述测试平台的基准点之间的直线距离；

所述角度测量模块，用于在接收到所述角度测量指令后，测量所述激光发射器件的激光发射方向与所述测试平台的竖直方向之间的实际夹角。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标跟踪光路包括：分光棱镜、跟踪转镜和干涉滤光片；

所述分光棱镜设置于所述激光发射器件出光侧，所述干涉滤光片垂直于所述分光棱镜发出所述目标靶球反射光方向，所述跟踪转镜置于所述目标靶球和所述分光棱镜的光路上且与所述激光发射器件固定连接；

所述分光棱镜，用于将所述激光发射器件发射出的激光分为传输至所述干涉滤光片的第一激光光束、以及传输至所述跟踪转镜的第二激光光束，并将所述跟踪转镜反射的所述目标靶球反射回的反射光再反射至所述干涉滤光片；

所述跟踪转镜，用于将所述第二激光光束反射至所述目标靶球，并将所述目标靶球反射回的反射光反射至所述分光棱镜；

所述干涉滤光片，用于输出所述第一激光光束和所述分光棱镜传输的所述反射光干涉形成的干涉光。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光跟踪模块包括：光电位置探测器、跟踪控制单元和驱动电机；

所述光电位置探测器设置于所述干涉滤光片输出所述干涉光一侧，所述跟踪控制单元分别与所述光电位置探测器和所述驱动电机电连接，所述驱动电机与所述跟踪转镜相连接；

所述光电位置探测器，用于接收所述干涉滤光片输出的所述干涉光，并将所述干涉光的光斑与标定光斑之间的偏差信号传输至所述跟踪控制单元；

所述跟踪控制单元，用于根据所述偏差信号确定所述干涉光的光斑距所述标定光斑的偏移距离和偏移方向，并根据所述偏移距离和所述偏移方向生成相应的电机控制指令；

所述驱动电机，用于接收所述电机控制指令，电机驱动所述跟踪转镜带动所述激光发射器件转动，以使所述激光发射器件发射出的激光经所述分光棱镜和所述跟踪转镜入射至所述目标靶球的中心。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主控制器，还用于当接收到所述跟踪完成信号时，控制所述激光发射器件向所述激光测距模块发送发射信号，以及控制所述激光跟踪模块向所述激光测距模块发送与所述发射信号对应的回波信号；

所述激光测距模块，具体用于当接收到距离测量指令时，根据接收到的所述发射信号的接收时间、所述回波信号的接收时间和公式L＝cΔt/2确定所述目标靶球与所述测试平台的基准点之间的直线距离；

其中，L表示直线距离，Δt表示发射信号的接收时间与回波信号的接收时间之间的差值，c表示光速。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述角度测量模块包括：垂直陀螺仪。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控制器，具体用于：

根据所述直线距离、所述实际夹角和计算公式计算得到所述无人飞行器的水平偏移和垂直偏移；

将多个所述水平偏移中最大值作为所述无人飞行器的定点悬停水平精度；

将多个所述垂直偏移中最大值作为所述无人飞行器的定点悬停垂直精度；

其中，所述计算公式为R_i＝L_i×sinα_i和V_i＝L_i×cosα_i-H₀，i表示测量数据序号，i＝1,2,...n，R_i表示水平偏移，V_i表示垂直偏移，H₀表示定点悬停精度测量时无人飞行器距测试平台的初始高度，L_i表示第i组测试数据中的直线距离，α_i表示第i组测试数据中的实际夹角。

7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述主控制器，还用于按照预设时间间隔向所述激光跟踪模块发送跟踪指令，以使所述激光跟踪模块根据所述干涉光调整所述激光的发射方向。

8.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述主控制器，还用于接收所述激光测距模块返回的第一指令接收时间、以及所述角度测量模块返回的第二指令接收时间；

判断所述第一指令接收时间和第二指令接收时间之间的差值是否大于预设差值阈值；

如果大于，则剔除与所述第一指令接收时间对应的直线距离和与所述第二指令接收时间对应的实际夹角。

9.一种无人飞行器，其特征在于，包括：如权利要求1至8任一项所述的定点悬停精度测量装置。

10.一种定点悬停精度测量方法，其特征在于，基于权利要求1至8中任一项所述的定点悬停精度测量装置，所述方法包括：

通过目标跟踪光路输出激光发射器件发射出的激光与目标靶球的反射光干涉后的干涉光；

通过激光跟踪模块在待测量无人飞行器位于定点悬停位置时，根据所述干涉光调整所述激光的发射方向，以使所述激光发射器件发射出的激光经所述目标跟踪光路入射至所述目标靶球的中心，并向主控制器发送跟踪完成信号；

通过所述主控制器当接收到所述跟踪完成信号时，向激光测距模块发送距离测量指令，以及向角度测量模块发送角度测量指令；

通过所述激光测距模块在接收到所述距离测量指令后，测量目标靶球与测试平台的基准点之间的直线距离；

通过所述角度测量模块在接收到所述角度测量指令后，测量所述激光发射器件的激光发射方向与所述测试平台的竖直方向之间的实际夹角；

通过所述主控制器接收所述直线距离和所述实际夹角，根据所述直线距离和所述实际夹角确定所述无人飞行器的定点悬停精度。