CN109143303A - 飞行定位方法、装置及固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出了一种飞行定位方法、装置及固定翼无人机，涉及飞行控制技术领域，该方法包括：依据视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标及GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成固定翼无人机的当前定位坐标。本发明实施例所提供的一种飞行定位方法、装置及固定翼无人机，提升了固定翼无人机定位的准确度。

Description

飞行定位方法、装置及固定翼无人机

技术领域

本发明涉及飞行控制技术领域，具体而言，涉及一种飞行定位方法、装置及固定翼无人机。

背景技术

当前固定翼无人机的飞行定位导航中，主要采用GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)定位设备进行定位导航，但对于基于GPS定位设备进行导航的方案，在GPS定位设备信号较弱或者是有第三方干扰时，会由于丢失观测位置而失控，这对于超视距的固定翼无人机驾驶飞机非常危险，因此超视距，无法通过地面遥控器控制飞机，且由于无人驾驶，操作人员也无法手动控制固定翼无人机的飞行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞行定位方法、装置及固定翼无人机，提升了固定翼无人机定位的准确度。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种飞行定位方法，应用于固定翼无人机，所述固定翼无人机配置有GPS定位设备及视觉惯导里程计，所述方法包括：依据所述视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标及所述GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标。

第二方面，本发明实施例提供了一种飞行控制装置，应用于固定翼无人机，所述固定翼无人机配置有GPS定位设备及视觉惯导里程计，所述装置包括：融合坐标定位模块，用于依据所述视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标及所述GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标。

第三方面，本发明实施例提供了一种固定翼无人机，包括飞行控制器、GPS定位设备及视觉惯导里程计，所述飞行控制器分别与所述GPS定位设备及所述视觉惯导里程计建立通信；所述视觉惯导里程计用于获得所述固定翼无人机在视觉定位坐标系下的当前视觉定位坐标并发送给所述飞行控制器；所述GPS定位设备用于获得所述固定翼无人机在大地坐标系下的当前大地定位坐标并发送给所述飞行控制器；所述飞行控制器用于依据所述当前视觉定位坐标及所述当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标。

相对于现有技术，本发明实施例所提供的一种飞行定位方法、装置及固定翼无人机，通过利用视觉惯导里程计的尺度比例相应，在协调控制固定翼无人机的飞行速度与飞行高度下，利用GPS定位设备与视觉惯导里程计相配合的方式共同对固定翼无人机进行定位，使固定翼无人机的当前定位坐标由当前大地定位坐标与当前视觉定位坐标融合后获得，提升了固定翼无人机定位的准确度。

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它相关的附图。

图1为摄像设备尺度比例相应的示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种固定翼无人机的一种示意性结构图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种飞行定位方法的一种示意性流程图；

图4为图3中步骤S200的子步骤的一种示意性流程图；

图5为图3中步骤S100的子步骤的一种示意性流程图；

图6为坐标转换矩阵求解示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种飞行定位装置的一种示意性结构图；

图8示出了本发明实施例所提供的一种飞行定位装置的融合坐标定位模块的一种示意性结构图；

图9示出了本发明实施例所提供的一种飞行定位装置的转换矩阵更新模块的一种示意性结构图。

图中：10-固定翼无人机；100-飞行控制器；200-GPS定位设备；300-视觉惯导里程计；310-惯性测量单元；320-摄像设备；400-飞行定位装置；410-转换矩阵更新模块；411-分段矩阵获取单元；412-转换矩阵计算单元；420-融合坐标定位模块；421-视觉坐标转换单元；422-当前坐标定位单元。

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的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

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。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前，一般采用GPS定位设备对固定翼无人机进行定位与导航，但由于GPS定位设备需要接收卫星信号来实现定位，且GPS定位设备易受外界电磁干扰或者诱骗，导致固定翼无人机失去控制。

为解决上述问题，目前现有技术提供的方案为：采用高精度的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)在GPS定位设备受到干扰时，高精度的惯性测量单元通过加速度计和陀螺仪分别对固定翼无人机的加速度和角速度测量，来推算出固定翼无人机的当前三维姿态及当前位置，从而实现固定翼无人机的定位与导航。该方案能够在短时间内保持飞机可控，但由于加速度计和陀螺仪存在零点漂移，随着时间的推移，积分得到的固定翼无人机的速度误差和位置误差会不断变大，将固定翼无人机导航控制到错误的位置，从而偏离预设的航线；并且，由于高精度的惯性测量单元价格较为昂贵，一般用在国防军工或者是民用航空领域，民工无人机领域受成本限制，高精度的惯性测量单元适用性则较差，难以广泛应用。

视觉惯导里程计(Visual–Inertial Odometry，VIO)是一种结合了计算机视觉图像和惯性传感器的定位设备，因为其相对高精度的惯性测量单元来讲，仅需要普通的惯性测量单元和普通的摄像设备即可实现，比高精度的惯性测量单元更具有成本优势。

但值得说明的是，目前在无人机领域，普遍认为视觉惯导里程计仅能够应用在低空低速飞行的多旋翼无人机上，因为视觉惯导里程计采用的惯性测量单元定位的精度较低，存在噪声，会导致计算得到的速度随时间积累产生较大误差，因此，需要利用摄像设备拍摄连续的两帧图像对惯性测量单元的定位进行校正，因为通过摄像设备拍摄的连续两帧图像得到的无人机的飞行位移是无人机在两帧图像时间间隔内飞行的绝对位移，不存在误差积累相应，采用该飞行位移能够提高惯导测量单元的定位精度。

基于上述的原因，这就导致摄像设备拍摄的连续两帧图像必须要有像素的重合，因为只有存在像素的重合，才有可能使摄像设备可以通过连续的两帧图像获取无人机的飞行位移，从而依据该飞行位移去对惯性测量单元的定位进行校正。而固定翼无人机的飞行速度一般在70-140km/h，在这样的速度下，很难确保摄像设备拍摄的连续两帧图像能够有像素的重合。

因此，在无人机领域普遍存在的技术偏见为：视觉惯导里程计不能应用在固定翼无人机上进行定位导航。

然而，发明人在实际的工作中发现，利用视觉惯导里程计的尺度比例效应，在协调控制固定翼无人机的飞行速度和飞行高度下，能够将视觉惯导里程计应用在固定翼无人机上进行定位导航。

请参阅图1，图1为摄像设备尺度比例相应的示意图，摄像设备拍摄的视场角为FOV，此时无人机的飞行高度为H，则摄像设备能够拍摄的地面距离L为：

L＝2H·tan(FOV/2)。

一般来说，摄像设备的视场角固定不变，则依据上式可以，无人机的飞行高度越高，能够拍摄的底面距离就越长。对于常见摄像设备的分辨率，以640*480的摄像设备为例，摄像设备所拍摄的图像中，每个像素对应的长度ΔL为：

ΔL＝2H·tan(FOV/2)/640。

一般来说，为了保证摄像设备拍摄的图像稳定不模糊，需要从图像采集开始到图像采集结束之间成像模块上的图像移动不超过3个像素点的距离。假定摄像设备采集1帧图像所需时间为Δt，那么无人机飞行的最大飞行速度表示为：

V<3ΔL/Δt。

以常规摄像设备视场角FOV＝70°，采集图像时间间隔1ms为例，那么此时无人机的飞行速度V与飞行高度H之间的关系表示为：

V<6.54H。

依据上式可知，当无人机的飞行高度超过100米时，无人机的最大飞行速度为654m/s，这与固定翼无人机的常规飞行高度(100～1000m)和巡航速度(70～140km/h)是相匹配的。

并且，由于需要拍摄的连续两帧图像需要有区别，摄像设备才能通过连续的两帧图像获得无人机的飞行距离，则要求从图像采集开始到图像采集结束之间成像模块上的图像移动不低于1个像素点的距离，假定采样时间间隔为Δt_s，则无人机飞行的最小速度表示为：

V>ΔL/Δt_s。

以常规摄像设备视场角FOV＝70°，帧率在50帧/s的情况下，无人机的速度下限与飞行高度之间的关系表示为：

V>0.11H。

当飞行高度超过100米时，无人机的速度下限为11m/s，这与固定翼无人机的常规飞行高度(100～1000m)和巡航速度(70～140km/h)也是相匹配的。

因此，发明人通过实际的工作认为：利用视觉惯导里程计的尺度比例效应，在协调控制固定翼无人机的飞行速度和飞行高度下，能够将视觉惯导里程计应用在固定翼无人机上进行定位导航。具体地，如上所述的飞行速度V与飞行高度H之间的关系表示为：

0.11H<V<6.54H。

请参阅图2，图2示出了本发明实施例所提供的一种固定翼无人机10的一种示意性结构图，在本发明实施例中，该固定翼无人机10包括飞行控制器100、GPS定位设备200及视觉惯导里程计300，飞行控制器100分别与GPS定位设备200及视觉惯导里程计300均建立通信。

视觉惯导里程计300用于获得固定翼无人机10在视觉定位坐标系下的当前视觉定位坐标，并发送给飞行控制器100。

GPS定位设备200用于获得固定翼无人机10在大地坐标系下的当前大地定位坐标，并发送给飞行控制器100。

飞行控制器100用于依据当前视觉定位坐标及当前大地定位坐标，生成固定翼无人机10的当前定位坐标，其中，该当前定位坐标为大地坐标系下的坐标。

具体地，请继续参阅图2，在本发明实施例中，视觉惯导里程计300包括摄像设备320及惯性测量单元310，惯性测量单元310与摄像设备320及飞行控制器100均建立通信。

摄像设备320用于依据连续的两帧图像，获得固定翼无人机10的飞行位移，并发送给惯性测量单元310。

惯性测量单元310用于依据飞行位移，校正惯性测量坐标，并将校正后的惯性测量坐标作为当前视觉定位坐标发送给飞行控制器100。

惯性测量单元310在对固定翼无人机10定位获得惯性测量坐标时，由于采用的是对固定翼无人机10的加速度和角速度进行测量，并不断积分后，推算出的固定翼无人机10的当前姿态和位置，但由于加速度计和陀螺仪存在零点漂移，随着时间的推移，惯性测量单元310积分得到的速度和位置误差会不断变大；但摄像设备320依据连续的两帧图像得到的飞行位移是固定翼无人机10飞行的绝对位移，且每一次计算得到的飞行位移均是独立的，不存在误差累积的问题，因此，采用摄像设备320对惯性测量单元310获得的惯性测量坐标进行校正，能够提升当前视觉定位坐标的精度。

并且，作为一种实施方式，飞行控制器100还用于，当GPS定位设备200工作异常时，将当前视觉定位坐标转换至大地坐标系下的坐标，并将转换得到的坐标作为固定翼无人机10的当前定位坐标。也就是说，当GPS定位设备200工作异常时，固定翼无人机10退化到仅采用视觉惯导里程计300进行定位。

具体地，请参阅图3，图3示出了本发明实施例所提供的一种飞行定位方法的一种示意性流程图，该飞行定位方法应用于如图2所示的固定翼无人机10，如上所述，利用视觉惯导里程计300的尺度比例效应，在协调控制固定翼无人机10的飞行速度和飞行高度下，能够将视觉惯导里程计300应用在图2所示的固定翼无人机10上进行定位导航。具体地，在本发明实施例中，该飞行定位方法包括以下步骤：

步骤S200，依据视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标及GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成固定翼无人机的当前定位坐标。

在利用GPS定位设备200与视觉惯导里程计300相配合的方式对固定翼无人机10进行定位导航时，由于GPS定位设备200定位固定翼无人机10获得的当前大地定位坐标精度较高，固定翼无人机10在飞行定位时，主要以GPS定位设备200进行定位为主。因此，在本发明实施例中，固定翼无人机10即依据GPS定位设备200定位得到的当前大地定位坐标和视觉惯导里程计300定位得到的当前视觉定位坐标共同进行定位，以得到固定翼无人机10的当前定位坐标。

值得说明的是，在利用GPS定位设备200与视觉惯导里程计300共同进行定位时，由于视觉惯导里程计300对固定翼无人机10进行定位得到的当前视觉定位坐标是固定翼无人机10在视觉惯导里程计300的视觉惯导坐标系下的坐标，而GPS定位设备200定位固定翼无人机10所得到的当前大地定位坐标为大地坐标系下的坐标，两者各自所得到的坐标处于不同的坐标系，不能直接进行融合定位。因此，需要将两者各自定位固定翼无人机10得到的坐标统一在相同的坐标系下后，得到固定翼无人机10的当前定位坐标。

本发明实施例所提供的一种实施方式为：将视觉惯导里程计300定位固定翼无人机10所获得的当前视觉定位坐标变换到大地坐标系下后，再与GPS定位设备200定位固定翼无人机10得到的当前大地定位坐标进行融合，得到固定翼无人机10的当前定位坐标，以使固定翼无人机10能够在GPS定位设备200无法正常工作的条件下实现连续定位。

具体地，请参阅图4，图4为图3中步骤S200的子步骤的一种示意性流程图，在本发明实施例中，步骤S200包括以下子步骤：

子步骤S210，依据最新更新的坐标转换矩阵将视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标转换为在大地坐标系中的坐标，作为当前视觉转换坐标。

如上所述，由于视觉惯导里程计300定位固定翼无人机10得到的当前视觉定位坐标与GPS定位设备200定位固定翼无人机10得到的当前大地定位坐标分别为视觉定位系和大地坐标系下的坐标，需要将二者的坐标变换到统一的坐标系下，才能实现固定翼无人机10的定位。一般来说，是将当前视觉定位坐标变换到大地坐标系下后与GPS定位设备200定位得到的当前大地定位坐标相配合。因此，一般来说，固定翼无人机10在GPS定位设备200及视觉惯导里程计300工作期间，按照预设的时间间隔，比如每2s，根据GPS定位设备200定位固定翼无人机10得到的当前大地定位坐标，和视觉惯导里程计300定位固定翼无人机10得到的当前视觉定位坐标，计算得到坐标换算矩阵，其中，该计算得到的坐标转换矩阵表征用于将视觉惯导里程计300的视觉定位坐标系与大地坐标系相互转换的矩阵。利用该坐标转换矩阵，可以将视觉惯导里程计300定位固定翼无人机10得到的当前视觉定位坐标变换到大地坐标系下，也可以将GPS定位设备200定位固定翼无人机10得到的当前大地定位坐标变换到视觉定位坐标系下。

因此，在利用GPS定位设备200和视觉惯导里程计300共同进行定位时，固定翼无人机10即利用最新更新的坐标转换矩阵，将视觉惯导里程计300定位固定翼无人机10获得的当前视觉定位坐标转换为在大地坐标系下的坐标，作为当前视觉转换坐标。

子步骤S220，依据当前视觉转换坐标及GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成固定翼无人机的当前定位坐标。

依据子步骤S210获得的的当前视觉转换坐标为当前视觉定位坐标在大地坐标系下的坐标，与GPS定位设备200定位固定翼无人机10所获得的当前大地定位坐标为同一坐标系下的坐标，此时固定翼无人机10即将该当前视觉转换坐标和GPS定位设备200定位固定翼无人机10得到的当前大地定位坐标相融合，得到固定翼无人机10的当前定位坐标。

具体地，将当前视觉转换坐标和当前大地定位坐标相融合的方式为：采用滤波融合处理当前视觉转换坐标及GPS定位设备200定位的当前大地定位坐标，以得到固定翼无人机10的当前定位坐标。例如，在采用互补滤波将当前视觉转换坐标和当前大地定位坐标相融合，或者采用卡尔曼滤波将当前视觉转换坐标和当前大地定位坐标相融合等等。

基于上述设计，本发明实施例所提供的一种飞行定位方法，通过利用视觉惯导里程计300的尺度比例相应，在协调控制固定翼无人机10的飞行速度与飞行高度下，利用GPS定位设备200与视觉惯导里程计300相配合的方式共同对固定翼无人机10进行定位，使固定翼无人机10的当前定位坐标由当前大地定位坐标与当前视觉定位坐标融合后获得，提升了固定翼无人机10定位的准确度。

作为一种实施方式，请继续参阅图3，在执行步骤S200之前，该飞行定位方法还包括：

步骤S100，按照预设的时间间隔更新坐标转换矩阵。

如上所述，由于将视觉惯导里程计300对固定翼无人机10进行定位得到的当前视觉定位坐标变换到大地坐标系下，需要依靠坐标变化矩阵，其中，该坐标转换矩阵表征用于将视觉惯导里程计300的视觉定位坐标系与大地坐标系相互转换的矩阵。因此，在GPS定位设备200和视觉惯导里程计300工作过程中，固定翼无人机10即按照预设的时间间隔更新坐标转换矩阵，比如每2s更新一次，以提供最新的坐标转换矩阵将由视觉惯导里程计300定位固定翼无人机10获得的当前视觉定位坐标变换到大地坐标系下。

具体地，请参阅图5，图5为图3中步骤S100的子步骤的一种示意性流程图，在本发明实施例中，步骤S100包括以下子步骤：

子步骤S110，按照预设的时间间隔，分别获取第一转换矩阵和第二转换矩阵。

固定翼无人机10在更新坐标变换矩阵时，首先按照预设的时间间隔，比如每2s一次，分别获取第一转换矩阵和第二转换矩阵，其中，第一转换矩阵表征用于将视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在机体坐标系下的坐标的矩阵，第二转换矩阵表征用于将机体坐标系下的坐标转换为在大地坐标系下的坐标的矩阵。

要将视觉定位坐标系下的坐标变换到大地坐标系下，需要质量视觉定位坐标系与大地坐标系之间的相对位置。一般来说，在固定翼无人机10上预先建立有机体坐标系，通过机体坐标系作为中间变量来将获得视觉定位坐标系。

一方面，由于视觉定位坐标系是依据安装在固定翼无人机10上的视觉惯导里程计300建立的，视觉定位坐标系的坐标原点和三个正方向与视觉惯导里程计300的朝向均有关，但由于视觉惯导里程计300与固定翼无人机10的机身的相对位置是固定不变的，那么也就是说，机身坐标系与视觉定位坐标系之间的变化矩阵是不会变化的，即第一转换矩阵固定不变，该第一转换矩阵可以通过固定翼无人机10起飞前，在安装定位好视觉惯导里程计300后求得，也就是说，对于固定翼无人机10而言，第一转换矩阵为预设的；另一方面，由于固定翼无人机10在飞行的过程中相对于地面是移动的，那么也就是说，机体坐标系与大地坐标系之间的相对位置是不断变化的，但通过视觉惯导里程计300的不断积分，可以求得固定翼无人机10的机身相对起飞点的实时位移，依据该实时位移即可求得第二转换矩阵。

当然，第二转换矩阵可以采用现有技术中的一些其他的实施方式获得，在此不做赘述。

子步骤S120，依据第一转换矩阵和第二转换矩阵，更新坐标转换矩阵。

相应地，在通过子步骤S120分别获得第一转换矩阵和第二转换矩阵后，即依据所获得的第一转换矩阵和第二转换矩阵，更新坐标转换矩阵，如图6所示，图6为坐标转换矩阵求解示意图。

具体地，坐标转换矩阵的计算方式为：

其中，为第一转换矩阵，为第二转换矩阵，为坐标转换矩阵。依据最新计算得到的的结果，即可更新坐标转换矩阵。

基于上述设计，本发明实施例所提供的一种飞行定位方法，通过引入机身坐标系作为中间变量来对其视觉定位坐标系和大地坐标系，并按照预设的时间间隔，分别计算视觉定位坐标系与机身坐标系的第一转换矩阵，以及机身坐标系与大地坐标系的第二转换矩阵，再根据第一转换矩阵和第二转换矩阵更新坐标转换矩阵，使更新的坐标转换矩阵精度更高。

作为一种实施方式，在本发明实施例中，当GPS定位设备200工作异常时，由于视觉惯导里程计300并不受环境因素的影响，即在GPS定位设备200工作异常时视觉惯导里程计300仍然能够继续定位，此时固定翼无人机10即退化到只采用视觉惯导里程计300进行定位，以使固定翼无人机10能够在GPS定位设备200无法正常工作的条件下实现连续定位。

其中，判断GPS定位设备200是否工作异常的方式包括以下任一种或多种：

判断GPS定位设备200连接的卫星数是否小于第一预设数量，或判断GPS定位设备200的移动速度是否大于第一预设速度，或判断GPS定位设备200在第一预设时间范围内更新数据是否异常，或判断GPS定位设备200在连续的两次定位距离差值是否大于第一预设距离阀值。

例如，在本发明实施例的一个具体的实施方式中，无人机10实时的在检测GPS定位设备200连接的卫星数量、GPS定位设备200的移动速度、GPS定位设备200更新数据的状态以及GPS定位设备200的定位距离，假定第一预设数据为5颗，第一预设速度为20m/s，第一预设时间为1s，第一预设距离阀值为50m，在无人机10以GPS定位设备200与视觉惯导里程计300相配合的方式进行组合定位的过程中，当GPS定位设备200连接的卫星数量少于5颗时，或者是GPS定位设备200的移动速度大于20m/s时，或者是GPS定位设备200在连续的1s内更新数据异常(比如连续的1s内无法更新数据)，或者是GPS定位设备200在连接的两次定位之间的距离差值大于50m时，无人机10此时均判定GPS定位设备200工作异常，此时即执行步骤S210。

可以理解，在本发明实施例其他的一些实施方式中，第一预设数量、第一预设速度、第一预设时间及第一预设距离阀值还可以设置为其他的值，比如第一预设数量还是设置为6颗或者7颗等，第一预设速度还可以设置为22m/s、25m/s或者是其他速度，第一预设时间还可以设置为0.6s、0.8s等等，第一预设距离阀值还可以设置为45m、53m或者是60m等等，只要无人机10中存储有第一预设数量、第一预设速度、第一预设时间及第一预设距离阀值还可以设置为其他的值以供判断GPS定位设备200是否工作正常即可。

相应地，当GPS定位设备200恢复正常工作后，固定翼无人机10即恢复采用GPS定位设备200与视觉惯导里程计300相配合的方式进行定位。

请参阅图7，图7示出了本发明实施例所提供的一种飞行定位装置400的一种示意性结构图，该飞行定位装置400应用于如图2所示的固定翼无人机10，在本发明实施例中，该飞行定位装置400包括融合坐标定位模块420，该融合坐标定位模块420用于依据所述视觉惯导里程计300定位得到的当前视觉定位坐标及所述GPS定位设备200定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机10的当前定位坐标。

具体地，请参阅图8，图8示出了本发明实施例所提供的一种飞行定位装置400的融合坐标定位模块420的一种示意性结构图，在本发明实施例中，该融合坐标定位模块420包括视觉坐标转换单元421及当前坐标定位单元422。

视觉坐标转换单元421用于依据最新更新的坐标转换矩阵将所述视觉惯导里程计300定位得到的当前视觉定位坐标转换为在所述大地坐标系中的坐标，作为当前视觉转换坐标，其中，所述坐标转换矩阵表征用于将所述视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在所述大地坐标系下的坐标的矩阵。

当前坐标定位单元422用于依据所述当前视觉转换坐标及所述GPS定位设备200定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机10的当前定位坐标。

作为一种实施方式，请继续参阅图7，在本发明实施例中，该飞行定位装置400还包括转换矩阵更新模块410，该转换矩阵更新模块410用于按照预设的时间间隔更新坐标转换矩阵，其中，所述坐标转换矩阵表征用于将所述视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在所述大地坐标系下的坐标的矩阵。

具体地，请参阅图9，图9示出了本发明实施例所提供的一种飞行定位装置400的转换矩阵更新模块410的一种示意性结构图，在本发明实施例中，该转换矩阵更新模块410包括分段矩阵获取单元411及转换矩阵计算单元412。

分段矩阵获取单元411用于按照预设的时间间隔，分别获取第一转换矩阵和第二转换矩阵，其中，所述第一转换矩阵表征用于将所述视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在所述机体坐标系下的坐标的矩阵，所述第二转换矩阵表征用于将所述机体坐标系下的坐标转换为在所述大地坐标系下的坐标的矩阵。

转换矩阵计算单元412用于依据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，更新坐标转换矩阵。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本发明实施例所提供的一种飞行定位方法、装置及固定翼无人机，通过利用视觉惯导里程计300的尺度比例相应，在协调控制固定翼无人机10的飞行速度与飞行高度下，利用GPS定位设备200与视觉惯导里程计300相配合的方式共同对固定翼无人机10进行定位，使固定翼无人机10的当前定位坐标由当前大地定位坐标与当前视觉定位坐标融合后获得，提升了固定翼无人机10定位的准确度；还通过引入机身坐标系作为中间变量来对其视觉定位坐标系和大地坐标系，并按照预设的时间间隔，分别计算视觉定位坐标系与机身坐标系的第一转换矩阵，以及机身坐标系与大地坐标系的第二转换矩阵，再根据第一转换矩阵和第二转换矩阵更新坐标转换矩阵，使更新的坐标转换矩阵精度更高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种飞行定位方法，其特征在于，应用于固定翼无人机，所述固定翼无人机配置有GPS定位设备及视觉惯导里程计，所述方法包括：

依据所述视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标及所述GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述视觉惯导里程计使用摄像设备及惯性测量单元进行定位获得所述当前视觉定位坐标。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标及所述GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标的步骤，包括：

依据最新更新的坐标转换矩阵将所述视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标转换为在大地坐标系中的坐标，作为当前视觉转换坐标，其中，所述坐标转换矩阵表征用于将所述视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在所述大地坐标系下的坐标的矩阵；

依据所述当前视觉转换坐标及所述GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依据所述当前视觉转换坐标及所述GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，得到所述固定翼无人机的当前定位坐标的步骤，包括：

采用滤波融合处理所述当前视觉转换坐标及所述GPS定位设备定位的当前大地定位坐标，得到所述固定翼无人机的当前定位坐标。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述依据最新更新的坐标转换矩阵将所述视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标转换为在大地坐标系中坐标，作为当前视觉转换坐标的步骤之前，所述方法还包括：

按照预设的时间间隔更新坐标转换矩阵，其中，所述坐标转换矩阵表征用于将所述视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在所述大地坐标系下的坐标的矩阵。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述固定翼无人机上建立有机体坐标系，所述按照预设的时间间隔更新坐标转换矩阵的步骤，包括：

按照预设的时间间隔，分别获取第一转换矩阵和第二转换矩阵，其中，所述第一转换矩阵表征用于将所述视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在所述机体坐标系下的坐标的矩阵，所述第二转换矩阵表征用于将所述机体坐标系下的坐标转换为在所述大地坐标系下的坐标的矩阵；

依据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，更新坐标转换矩阵。

7.一种飞行控制装置，其特征在于，应用于固定翼无人机，所述固定翼无人机配置有GPS定位设备及视觉惯导里程计，所述装置包括：

融合坐标定位模块，用于依据所述视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标及所述GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述融合坐标定位模块包括：

视觉坐标转换单元，用于依据最新更新的坐标转换矩阵将所述视觉惯导里程计定位得到的当前视觉定位坐标转换为在大地坐标系中坐标，作为当前视觉转换坐标，其中，所述坐标转换矩阵表征用于将所述视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在所述大地坐标系下的坐标的矩阵；

当前坐标定位单元，用于依据所述当前视觉转换坐标及所述GPS定位设备定位得到的当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

转换矩阵更新模块，用于按照预设的时间间隔更新坐标转换矩阵，其中，所述坐标转换矩阵表征用于将所述视觉定位坐标系下的视觉定位坐标转换为在所述大地坐标系下的坐标的矩阵。

10.一种固定翼无人机，其特征在于，包括飞行控制器、GPS定位设备及视觉惯导里程计，所述飞行控制器分别与所述GPS定位设备及所述视觉惯导里程计建立通信；

所述视觉惯导里程计用于获得所述固定翼无人机在视觉定位坐标系下的当前视觉定位坐标并发送给所述飞行控制器；

所述GPS定位设备用于获得所述固定翼无人机在大地坐标系下的当前大地定位坐标并发送给所述飞行控制器；

所述飞行控制器用于依据所述当前视觉定位坐标及所述当前大地定位坐标，生成所述固定翼无人机的当前定位坐标。