CN109471447A - 无人机导航方法、装置、无人机和数据可读存储装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机导航方法，包括将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息，对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取当前巡检目标位置的三维数据信息，将三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息，接收远程控制端发送的扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息，巡检校正信息包括当前巡检位置偏移信息和当前角度偏移信息，根据当前实时定位信息和巡检校正信息实现巡检导航。此外，还提供一种无人机导航装置、无人机和数据可读存储装置。通过本发明的技术方案，使无人机能够实时调整自身巡检位置和飞行姿态，实现高精度导航。
Description
技术领域
本发明涉及无人机导航控制领域，具体而言，涉及一种无人机导航方法、装置、无人机和数据可读存储装置。
背景技术
目前，无人机是一种在飞机上无载人的飞行器。近年来，随着科技的发展，无人机的应用范围越来越广，除军事领域外，在物质运输、地质勘探、消防救援以及救援巡查等民用领域也广泛应用。
其中，随着电力工程领域越来越朝向智能电网的方向发展，利用无人机对变电站进行巡检越来越成为较为便捷高效的手段，然而变电站内设备众多并且昂贵，环境复杂，目前的无人机进行巡检时，往往无法完成自身导航位置和姿态的实时精确调整以实现精确巡检导航，若要圆满完成任务，极容易造成变电站设备损坏。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了无人机导航方法、装置、无人机和数据可读存储装置，使得无人机能够实时调整自身巡检位置和飞行姿态，实现精确巡检导航。
一种无人机导航方法，包括：
将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息；
对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取当前巡检目标位置的三维数据信息；
将三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息；
接收远程控制端发送的扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息，巡检校正信息包括当前巡检位置偏移信息和当前角度偏移信息；
根据当前实时定位信息和巡检校正信息实现巡检导航。
在一个实施例中，将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息的步骤包括：
根据载波相位差分数据对初始导航电文数据进行校正处理，得到校正结果；
将校正结果和惯性导航数据进行融合，得到当前实时定位信息。
在一个实施例中，将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息的步骤包括：
将初始导航电文数据和惯性导航数据进行融合，得到融合结果；
将融合结果和载波相位差分数据进行解算处理，得到当前实时定位信息。
在一个实施例中，上述根据当前实时定位信息和巡检校正信息实现巡检导航的步骤包括：
根据当前实时定位信息和当前巡检位置偏移信息计算得到校正巡检位置；
根据当前实时定位信息和当前角度偏移信息计算得到校正飞行姿态；
根据校正巡检位置和校正飞行姿态实现巡检导航。
此外，还提供了一种无人机导航装置，包括：
当前实时定位信息获取单元，用于将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息；
三维数据信息获取单元，用于对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取当前巡检目标位置的三维数据信息；
扫描位置校正信息获取单元，用于将三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息；
巡检校正信息生成单元，用于接收远程控制端发送的扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息，巡检校正信息包括当前巡检位置偏移信息和当前角度偏移信息；
巡检导航单元，用于根据当前实时定位信息和巡检校正信息实现巡检导航。
在一个实施例中，当前实时定位信息获取单元包括：
校正结果生成单元，用于根据载波相位差分数据对初始导航电文数据进行校正处理，得到校正结果；
当前实时定位信息获取单元，用于将校正结果和惯性导航数据进行融合，得到当前实时定位信息。
在另一个实施例中，当前实时定位信息获取单元包括：
融合结果生成子单元，用于将初始导航电文数据和惯性导航数据进行融合，得到融合结果；
当前实时定位信息获取子单元，用于将融合结果和载波相位差分数据进行解算处理，得到当前实时定位信息。
在一个实施例中，巡检导航单元包括：
校正巡检位置获取子单元，用于根据当前实时定位信息和当前巡检位置偏移信息计算得到校正巡检位置；
校正飞行姿态获取子单元，用于根据当前实时定位信息和当前角度偏移信息计算得到校正飞行姿态；
巡检导航子单元，用于根据校正巡检位置和校正飞行姿态实现巡检导航。
此外，还提供了一种无人机，包括存储器以及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使无人机执行上述无人机导航方法。
一种数据可读存储装置，其存储有上述无人机所使用的计算机程序。
上述无人机导航方法、装置、无人机以及数据可读存储装置，首先通过将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息，使得无人机获得自身的实时位置信息，其次，通过对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取当前巡检目标位置的三维数据信息，将三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息，为下一步无人机自身位置的校正提供了基础，进一步的接收远程控制端发送的扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息，巡检校正信息中包括当前巡检位置偏移信息和当前巡检角度偏移信息，最后根据所述当前实时定位信息和所述巡检校正信息实现巡检导航，使得无人机能够实现自身巡检位置和飞行角度姿态的实时校正，从而在巡检过程中进行动态调整，提高了无人机进行巡检导航的精度和效率。
附图说明
图1为一个实施例中无人机导航方法的应用环境图；
图2为一个实施例中无人机导航方法的流程示意图；
图3为一个实施例中得到当前实时定位信息的流程示意图；
图4为另一个实施例中得到当前实时定位信息的流程示意图；
图5为一个实施例中根据当前实时定位信息以及巡检校正信息实现巡检导航的流程示意图；
图6为一个实施例中无人机导航装置的结构框图；
图7为一个实施例中当前实时定位信息获取单元的结构框图；
图8为另一个实施例中当前实时定位信息获取单元的结构框图；
图9为一个实施例中巡检导航单元的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为一个实施例中无人机导航方法的应用环境图，其中包括无人机110、差分导航系统对应的差分基准站120以及远程控制端130，无人机110上设置有差分导航系统对应的差分移动站112，无人机110以及远程控制端120上分别包含对应的通信装置，两者可以相互进行通信，无人机110通过差分移动站112可以同差分基准站120进行通信，无人机110可以用于但不限于地质勘探、消防救援、电力工程巡查以及救援巡查等领域。
在一个实施例中，提供了一种无人机导航方法，如图2所示，上述方法包括：
步骤S210，将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息。
无人机上面设置有差分导航设备(移动站)，一方面可以接收卫星导航信号，得到无人机自身对应的初始导航电文数据；另一方面，无人机相当于差分导航系统中的移动站，可以接收基准站的发送过来的载波相位差分数据；此外，无人机上还设置有惯性测量装置，可以获得无人机自身的惯性导航数据。
在一个实施例中，基准站可以通过天线采集初始导航电文数据，然后通过导航信号处理装置对初始导航电文数据进行解析，得到载波初始数据，并对载波初始数据进行滤波处理，然后通过将载波初始数据与基准站的位置坐标信息进行比较，生成载波相位差分数据并发送至无人机中对应的移动站。
在一个实施例中，惯性测量单装置是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一个惯性测量装置一般包括三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺可检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
其中，无人机若仅仅依靠自身的初始导航电文数据进行定位解算，在目前现有的导航系统精度下，往往误差值较大，无法满足无人机具体作业时的导航要求，所以可以机载差分导航装置和惯性测量装置，可以通过获取载波相位差分数据和惯性导航数据对初始导航电文数据进行进一步的校正，得到当前实时定位信息。
步骤S220，对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取当前巡检目标位置的三维数据信息。
首先，无人机上搭载有激光扫描装置，在巡检过程中，无人机可通过激光扫描设备，对当前巡检目标位置进行扫描，得到对应的三维扫描信息，通常包括数字高程模型、数字表面模型、数字正射影像等内容，其中，当前巡检目标位置可由无人机根据当前巡检任务获得。
进一步的，对三维扫描信息进行处理，得到当前巡检目标位置的三维数据信息。
无人机得到三维扫描信息之后，通过特征提取和匹配，提取用于匹配微型飞行器位置和方位角测量的立体图像特征点，实现与扫描场景的互相关联，得到包括当前巡检目标位置三维立体场景信息的三维数据信息。
其中，三维激光扫描技术通过高速激光扫描测量的方法，大面积和高分辨率地快速获取物体表面各个点的三维坐标、反射率以及颜色强度等信息，由这些大量密集的点信息可快速复建出实际比例的真彩色三维点云模型，为后续的业务处理以及数据分析等工作提供准确依据。该方法定位精度可达到厘米，具有快速性、不接触性、穿透性、主动性、高密度、高精度、数字化、自动化以及实时动态性强等特点，很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。总之，通过三维激光扫描技术，可以实时获取当前巡检目标位置的三维数据信息。
通过对激光扫描设备，可以实时获取当前巡检目标位置对应的三维数据信息，实现了无人机对于当前巡检目标位置的深度感知，另一方面无人机也可以通过激光扫描装置对出现在当前视野范围的其他非巡检目标例如障碍物进行扫描，以获取对周围环境目标的感知，为后续进一步对障碍物进行绕行躲避奠定基础。
步骤S230，将三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息。
无人机在对当前巡检目标位置进行实时扫描并获取对应的三维数据信息后可以进一步将该三维数据信息发送至程控制端进行处理，其中远程控制端是无人机对应的远程控制系统，可以是位于地面的无人机控制中心。
进一步地，远程控制端获取三维数据信息后，将上述无人机实时获得的三维数据信息与远程控制端预设三维地图数据信息进行对比，判断三维数据信息对应的当前巡检目标位置是否正确，生成扫描位置校正信息。
步骤S240，接收远程控制端发送的扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息，巡检校正信息包括当前巡检位置偏移信息和当前角度偏移信息。
远程控制端得到扫描位置校正信息后可以进一步发送至无人机，无人机得到扫描位置校正信息后可以进行进一步的计算处理，换算出自身的当前位置偏移信息和当前角度偏移信息，得到无人机自身的巡检校正信息，其中，扫描位置校正信息和无人机的巡检校正信息相对应，根据不同的扫描位置校正信息会得出不同的无人机巡检校正信息，当前位置偏移信息是指对应当前巡检目标位置的条件下，无人机自身当前巡检位置相对于预设巡检位置的位置偏移信息，当前角度偏移信息是指在对应当前巡检目标位置的条件下，无人机自身当前朝向角度相对于预设巡检朝向角度的角度偏移信息。
步骤S250，根据当前实时定位信息和巡检校正信息实现巡检导航。
无人机在生成当前实时定位信息和巡检校正信息后，由于巡检校正信息中包括当前巡检位置偏移信息和当前角度偏移信息，将巡检校正信息和当前实时定位信息相结合，可以对无人机的位置和飞行姿态进行调整，实现无人机的巡检导航。
上述无人机导航方法，首先，通过将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息，使得无人机获得自身的实时位置信息。
其次，通过对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取当前巡检目标位置的三维数据信息，将三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息，为下一步无人机自身的校正提供了基础。
进一步的，接收远程控制端发送的扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息，巡检校正信息中包括当前巡检位置偏移信息和当前巡检角度偏移信息，最后根据当前实时定位信息和巡检校正信息进行调整，实现巡检导航，使得无人机能够实现自身巡检位置和飞行姿态的实时校正，从而在巡检过程中进行动态调整，提高了无人机进行巡检导航的精度和效率。
在一个实施例中，如图3所示，上述步骤S210包括：
步骤S212，根据载波相位差分数据对初始导航电文数据进行校正处理，得到校正结果。
无人机得到载波相位差分数据后可以根据载波相位差分数据对初始导航电文数据进行校正处理，可降低轨道误差、减小时钟误差、大气影响(如电离层的误差、对流层的误差)以及消除多径效应。
步骤S214，将校正结果和惯性导航数据进行融合，得到当前实时定位信息。
上述校正结果输出频率较低，此时可以通过惯性导航数据和校正结果进行融合，得到输出频率较高的当前实时定位信息。
本实施例中，无人机首先将获取的载波相位差分数据和初始导航电文数据进行融合，得到校正结果，然后进一步的将校正结果同通过惯性测量装置采集获取自身的惯性导航数据进行深度融合，能够降低定位过程中卫星的轨道误差、减小时钟误差、大气影响(如电离层的误差和对流层的误差)以及消除多径效应，使得无人机能够获得高精度的导航定位结果，得到当前实时定位信息。
在另一个实施例中，如图4所示，上述步骤S210包括：
步骤S216，将初始导航电文数据和惯性导航数据进行融合，得到融合结果。
无人机通过移动站获取到自身的初始导航电文数据后首先对初始导航电文数据进行进行解析，得到对应的原始载波数据，然后进一步将原始载波数据同自身惯性导航数据进行初步融合，得到融合结果。
步骤S218，将融合结果和载波相位差分数据进行解算处理，得到当前实时定位信息。
将融合结果和载波相位差分数据进行解算处理，得到当前定位信息可以进一步降低定位过程中卫星的轨道误差、减小时钟误差、大气影响(如对流层的误差和电离层的误差)以及消除多径效应，使得无人机能够获得高精度的导航定位结果，得到当前实时定位信息。
在一个实施例中，如图5所示，步骤S250包括：
步骤S252，根据当前实时定位信息和当前巡检位置偏移信息计算得到校正巡检位置。
无人机在获取当前巡检位置偏移信息后，结合当前实时定位信息，对自身的当前巡检位置进行调整，得到校正巡检位置，为无人机可以进一步调整至合适的巡检位置以完成高精度的巡检任务奠定了基础。
步骤S254，根据当前实时定位信息和当前角度偏移信息计算得到校正飞行姿态。
无人机在获取自身当前角度偏移信息之后，可以结合当前实时定位信息，对自身的当前航向飞行角度即当前飞行姿态进行调整，得到校正飞行姿态，为无人机可以进一步调整至合适的飞行姿态以完成高精度的巡检任务奠定了基础。
步骤S256，根据校正巡检位置和校正飞行姿态实现巡检导航。
无人机在得到校正巡检位置和校正飞行姿态后可以调整舵机位置使得无人机达到校正巡检位置和校正飞行姿态，实现巡检导航。
通过当前实时定位信息、当前角度偏移信息和当前巡检位置偏移信息计算出校正巡检位置和校正飞行姿态，使得无人机能够根据校正巡检位置和校正飞行姿态实时进行调整，进而获得高精度的巡检导航效果，能够圆满完成巡检任务。
此外，如图6所示，提供了一种无人机导航装置，包括：
当前实时定位信息获取单元310，用于将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息。
三维数据信息获取单元320，用于对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取当前巡检目标位置的三维数据信息。
扫描位置校正信息获取单元330，用于将三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息。
巡检校正信息生成单元340，用于接收远程控制端发送的扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息。
巡检导航单元350，用于根据当前实时定位信息和巡检校正信息实现巡检导航。
在一个实施例中，如图7所示，当前实时定位信息获取单元310包括：
校正结果生成子单元312，用于根据载波相位差分数据对初始导航电文数据进行校正处理，得到校正结果；
当前实时定位信息获取子单元314，用于将校正结果和惯性导航数据进行融合，得到当前实时定位信息。
在另一个实施例中，如图8所示，当前实时定位信息获取单元310包括：
融合结果生成子单元316，用于将初始导航电文数据和惯性导航数据进行融合，得到融合结果；
当前实时定位信息获取子单元318，用于将融合结果和载波相位差分数据进行解算处理，得到当前实时定位信息。
在一个实施例中，如图9所示，巡检导航单元350包括：
校正巡检位置获取子单元352，用于根据当前实时定位信息和当前巡检位置偏移信息计算得到校正巡检位置；
校正飞行姿态获取子单元354，用于根据当前实时定位信息和当前角度偏移信息计算得到校正飞行姿态；
巡检导航子单元356，用于根据校正巡检位置和校正飞行姿态实现巡检导航。
此外，还提供了一种无人机，包括存储器以及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使无人机执行上述无人机导航方法。
一种数据可读存储装置，其存储有上述无人机所使用的计算机程序。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机导航方法，其特征在于，包括：
将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息；
对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取所述当前巡检目标位置的三维数据信息；
将所述三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同所述当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息；
接收所述远程控制端发送的所述扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息，所述巡检校正信息包括当前巡检位置偏移信息和当前角度偏移信息；
根据所述当前实时定位信息以及所述巡检校正信息实现巡检导航。
2.根据权利要求1所述的无人机导航方法，其特征在于，所述将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息的步骤包括：
根据所述载波相位差分数据对初始导航电文数据进行校正处理，得到校正结果；
将所述校正结果和所述惯性导航数据进行融合，得到当前实时定位信息。
3.根据权利要求1所述的无人机导航方法，其特征在于，所述将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息的步骤包括：
将初始导航电文数据和惯性导航数据进行融合，得到融合结果；
将所述融合结果和所述载波相位差分数据进行校正处理，得到当前实时定位信息。
4.根据权利要求1所述的无人机导航方法，其特征在于，所述根据所述当前实时定位信息和所述巡检校正信息实现巡检导航的步骤包括：
根据所述当前实时定位信息和所述当前巡检位置偏移信息计算得到校正巡检位置；
根据所述当前实时定位信息和所述当前角度偏移信息计算得到校正飞行姿态；
根据所述校正巡检位置和所述校正飞行姿态实现巡检导航。
5.一种无人机导航装置，其特征在于，包括：
当前实时定位信息获取单元，用于将初始导航电文数据、载波相位差分数据以及惯性导航数据进行融合计算得到当前实时定位信息；
三维数据信息获取单元，用于对当前巡检目标位置进行三维扫描，获取所述当前巡检目标位置的三维数据信息；
扫描位置校正信息生成单元，用于将所述三维数据信息发送至远程控制端进行处理以得到同所述当前巡检目标位置相对应的扫描位置校正信息；
巡检校正信息生成单元，用于接收所述远程控制端发送的所述扫描位置校正信息并进行计算处理，得到巡检校正信息，所述巡检校正信息包括当前巡检位置偏移信息和当前角度偏移信息；
巡检导航单元，用于根据所述当前实时定位信息和所述巡检校正信息实现巡检导航。
6.根据权利要求5所述的无人机导航装置，其特征在于，所述当前实时定位信息获取单元包括：
校正结果生成子单元，用于根据所述载波相位差分数据对初始导航电文数据进行校正处理，得到校正结果；
当前实时定位信息获取子单元，用于将所述校正结果和所述惯性导航数据进行融合，得到当前实时定位信息。
7.根据权利要求5所述的无人机导航装置，其特征在于，所述当前实时定位信息获取单元包括：
融合结果生成子单元，用于将初始导航电文数据和惯性导航数据进行融合，得到融合结果；
当前实时定位信息获取子单元，用于将所述融合结果和所述载波相位差分数据进行解算处理，得到当前实时定位信息。
8.根据权利要求5所述的无人机导航装置，其特征在于，所述巡检导航单元包括：
校正巡检位置获取子单元，用于根据所述当前实时定位信息和所述当前巡检位置偏移信息计算得到校正巡检位置；
校正飞行姿态获取子单元，用于根据所述当前实时定位信息和所述当前角度偏移信息计算得到校正飞行姿态；
巡检导航子单元，用于根据所述校正巡检位置和所述校正飞行姿态实现巡检导航。
9.一种无人机，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述无人机执行根据权利要求1至4中任一项所述的无人机导航方法。
10.一种数据可读存储装置，其特征在于，其存储有权利要求9所述无人机所使用的所述计算机程序。
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