CN110567460A - 一种无人平台室内定位系统及定位方法 - Google Patents

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CN110567460A CN201910735491.7A CN201910735491A CN110567460A CN 110567460 A CN110567460 A CN 110567460A CN 201910735491 A CN201910735491 A CN 201910735491A CN 110567460 A CN110567460 A CN 110567460A
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潘峰
夏伟光
张笛
常成
刘健
高岩
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Kunming North Tech Industrial Technology Research Institute Co Ltd
Beijing University of Technology
Beijing Institute of Technology BIT
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Kunming North Tech Industrial Technology Research Institute Co Ltd
Beijing University of Technology
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G01C21/206—Instruments for performing navigational calculations specially adapted for indoor navigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/05—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing aiding data

Abstract

本发明公开了一种无人平台室内定位系统及定位方法，定位系统包括视觉动态捕捉单元、信号处理单元及GPS模拟信号单元；视觉动态捕捉单元用于基于视觉动态捕捉得到无人平台在室内三维空间的位置信息；信号处理单元用于将无人平台在室内三维空间的位置信息变换为地心地固坐标系下的位置坐标；GPS模拟信号单元用于发射表示初始位置信息的伪GPS信号启动无人平台以及利用地心地固坐标系下的位置坐标更新无人平台实时位置发送给无人平台实现定位。本发明通用性强，能够模拟发射卫星定位信号实现定位。

Description

一种无人平台室内定位系统及定位方法
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及一种无人平台室内定位系统及定位方法。
背景技术
目前，无人平台如无人机、自动导引运输车AGV(Automated Guided Vehicle)等运动体的室内定位技术多采用光流、视觉里程计、视觉SLAM(机器人同时定位与建图)等技术手段。在室外环境中，一般通过规划航线发送GPS坐标控制无人平台，或者手动控制；而在室内环境中，受到空间的约束和信号的衰减或屏蔽，无人平台不能接收GPS坐标，其定位导航方案无法采用室外基于GPS或北斗信号的定位方式。同时受限于环境的各异性和技术成熟度，以及硬件和成本等问题，室内无人平台的定位方案，尤其是在专业领域的应用，缺乏一个通用性强的技术方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无人平台室内定位系统及定位方法，通用性强，能够模拟发射卫星定位信号实现定位。
本发明采取的技术方案如下：
一种无人平台室内定位系统，包括视觉动态捕捉单元、信号处理单元及GPS模拟信号单元；
所述视觉动态捕捉单元用于基于视觉动态捕捉得到无人平台在室内三维空间的位置信息；
所述信号处理单元用于将无人平台在室内三维空间的位置信息变换为地心地固坐标系下的位置坐标；
所述GPS模拟信号单元用于发射表示初始位置信息的伪GPS信号启动无人平台以及利用地心地固坐标系下的位置坐标更新无人平台实时位置发送给无人平台实现定位。
进一步地，所述视觉动态捕捉单元包括两个以上运动捕捉摄像机、数据交换机和动捕数据处理模块，运动捕捉摄像机分别与对应的数据交换机连接，数据交换机与动捕数据处理模块连接；
所述运动捕捉摄像机用于实时捕捉无人平台的位置图像；
所述数据交换机用于提供视觉动态捕捉单元的数据传输和供电；
所述动捕数据处理模块用于将运动捕捉摄像捕捉到的位置图像转化为无人平台在室内三维空间中的位置信息。
进一步地，所述GPS模拟信号单元包括导航信号模拟模块和模拟信号发生器，导航信号模拟模块用于将无人平台在地心地固坐标系下的位置坐标转换为导航信息报文；模拟信号发生器用于将导航信息报文发送给无人平台。
一种无人平台室内定位方法，所述定位方法包括如下步骤：
步骤一，建立室内三维坐标系；
步骤二，GPS模拟信号单元发射表示初始位置信息的伪GPS信号启动无人平台；
步骤三，利用视觉动态捕捉单元捕捉无人平台，得到无人平台在室内三维坐标系下的位置信息；
步骤四，将无人平台在室内三维坐标系下的位置信息变换为地心地固坐标系下的位置坐标；
步骤五，利用地心地固坐标系下的位置坐标模拟卫星信号发送给无人平台实现定位。
进一步地，利用两个以上运动捕捉摄像机构建室内三维坐标系，并利用运动捕捉摄像机捕捉无人平台的位置图像。
进一步地，地心地固坐标系下的位置坐标通过网络传输协议打包发送给GPS模拟信号单元，处理成导航信息报文类型后发出。
有益效果：
本发明利用视觉动态捕捉单元可以精确捕捉无人平台的室内位置，结合信号处理单元及GPS模拟信号单元将无人平台的室内位置信息处理为可供无人平台接收的信号类型，实现定位，使依靠接收机定位的无人平台摆脱室内不能定位的缺点，提供室内高精度定位的能力；其次，本发明采用视觉动态捕捉单元提供毫米级的位置信息，位置不会随时间而发生漂移和发散，性能可靠。
附图说明
图1为本发明定位系统组成示意图；
图2为本发明定位方法流程示意图；
图3为各单元间信号传输示意图；
其中，1-视觉动态捕捉单元、2-信号处理单元、3-GPS模拟信号单元、4-无人平台。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种无人平台室内定位系统，如图1所示，包括视觉动态捕捉单元1、信号处理单元2、GPS模拟信号单元3。
视觉动态捕捉单元1包括八个运动捕捉摄像机、数据交换机和动捕数据处理模块。运动捕捉摄像机分别与对应的数据交换机连接，数据交换机与捕数据处理模块连接。运动捕捉摄像机基于被动式光学原理，支持同时捕捉多个目标物体，具备红外照明增强、全场景覆盖、高速采集和高图像分辨率的特点。通过视觉动态捕捉单元1获取目标物体空间三自由度的位置精度可以达到0.1mm、角度精度可以达到0.1度。数据交换机提供视觉动态捕捉单元1的数据传输和供电。运动捕捉摄像机和动捕数据处理单元与数据交换机通过网线进行数据交互、速率可达360FPS。
运动捕捉摄像机用于实时捕捉无人平台4的位置图像。数据交换机用于提供视觉动态捕捉单元1的数据传输和供电。动捕数据处理模块用于将运动捕捉摄像捕捉到的位置图像转化为无人平台4在室内三维空间中的位置信息。首先基于运动捕捉摄像机捕捉无人平台4的实时姿态点云数据建立无人平台4姿态模型，然后获取姿态数据，接着通过姿态数据解析得到无人平台4的室内三个方向(X-Y-Z轴)的位置；通过进行微分处理还可以得到三个方向的运动速度及转动速度。
信号处理单元2包括动捕数据接口、数据处理与坐标变换模块、GPS模拟器数据接口三个模块。
动补数据接口将视觉动态捕捉单元1捕捉无人平台4的实时姿态点云数据传输至数据处理与坐标变换模块，数据处理与坐标变换模块通过坐标转换将无人平台4在室内三维空间的位置信息变换为地心地固坐标系下的位置坐标。最后通过GPS模拟器数据接口将地心地固坐标系下的位置坐标传输给GPS模拟信号单元3，同时完成相关数据的存储、标记以及动态数据的3D显示。
GPS模拟信号单元3包括导航信号模拟模块和模拟信号发生器，该单元能够模拟高质量的GPS信号用于无人平台4的室内空间定位。地心地固坐标系下的位置坐标可以通过TCP/IP协议打包发送给GPS模拟信号单元3；导航信号模拟模块通过DSP进行接收，并处理成导航信息报文；基于导航信息报文，模拟信号发生器对空间播报GPS/BDS导航信号供无人平台4上的接收机使用。
如图2、图3所示，定位方法步骤如下：
步骤一，利用八个运动捕捉摄像机构建室内三维坐标系；
步骤二，GPS模拟信号单元3发射表示初始位置信息的伪GPS信号启动无人平台4；
步骤三，利用运动捕捉摄像机捕捉无人平台4的位置图像，并通过动捕数据处理模块处理得到无人平台4在室内三维坐标系下的位置信息；
步骤四，利用信号处理单元2将无人平台4在室内三维坐标系下的位置信息变换为地心地固坐标系下的位置坐标；
步骤五，地心地固坐标系下的位置坐标通过网络传输协议打包发送给GPS模拟信号单元3，导航信号模拟模块通过DSP进行接收，并处理成导航信息报文；基于导航信息报文，模拟信号发生器对空间播报表示无人平台4实时位置的GPS/BDS导航信号供无人平台4上的接收机使用。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (6)

1.一种无人平台室内定位系统，其特征在于，包括视觉动态捕捉单元、信号处理单元及GPS模拟信号单元；
所述视觉动态捕捉单元用于基于视觉动态捕捉得到无人平台在室内三维空间的位置信息；
所述信号处理单元用于将无人平台在室内三维空间的位置信息变换为地心地固坐标系下的位置坐标；
所述GPS模拟信号单元用于发射表示初始位置信息的伪GPS信号启动无人平台以及利用地心地固坐标系下的位置坐标更新无人平台实时位置发送给无人平台实现定位。
2.如权利要求1所述的无人平台室内定位系统，其特征在于，所述视觉动态捕捉单元包括两个以上运动捕捉摄像机、数据交换机和动捕数据处理模块，运动捕捉摄像机分别与对应的数据交换机连接，数据交换机与动捕数据处理模块连接；
所述运动捕捉摄像机用于实时捕捉无人平台的位置图像；
所述数据交换机用于提供视觉动态捕捉单元的数据传输和供电；
所述动捕数据处理模块用于将运动捕捉摄像捕捉到的位置图像转化为无人平台在室内三维空间中的位置信息。
3.如权利要求1所述的无人平台室内定位系统，其特征在于，所述GPS模拟信号单元包括导航信号模拟模块和模拟信号发生器，导航信号模拟模块用于将无人平台在地心地固坐标系下的位置坐标转换为导航信息报文；模拟信号发生器用于将导航信息报文发送给无人平台。
4.一种无人平台室内定位方法，其特征在于，所述定位方法包括如下步骤：
步骤一，建立室内三维坐标系；
步骤二，GPS模拟信号单元发射表示初始位置信息的伪GPS信号启动无人平台；
步骤三，利用视觉动态捕捉单元捕捉无人平台，得到无人平台在室内三维坐标系下的位置信息；
步骤四，将无人平台在室内三维坐标系下的位置信息变换为地心地固坐标系下的位置坐标；
步骤五，利用地心地固坐标系下的位置坐标模拟卫星信号发送给无人平台实现定位。
5.如权利要求4所述的无人平台室内定位方法，其特征在于，利用两个以上运动捕捉摄像机构建室内三维坐标系，并利用运动捕捉摄像机捕捉无人平台的位置图像。
6.如权利要求4所述的无人平台室内定位方法，其特征在于，地心地固坐标系下的位置坐标通过网络传输协议打包发送给GPS模拟信号单元，处理成导航信息报文类型后发出。
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