CN111076703A

CN111076703A - 定位系统及其定位方法

Info

Publication number: CN111076703A
Application number: CN201811230600.1A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 栾琳; 欧阳升; 廖闻迪
Original assignee: Dongguan Frontier Technology Institute
Current assignee: Dongguan Frontier Technology Institute
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本发明提供了一种定位系统及其定位方法。该定位系统包括定位部和检测部，定位部连接有牵引绳，检测部通过牵引绳与定位部相连接，检测部沿竖直方向高度可调地设置，检测部用于检测地面上的待检测物与定位部之间的距离。通过将定位部与检测部通过牵引绳相连接，并使检测部沿竖直方向高度可调地设置，这样设置便于检测部检测位于复杂地形环境里的待检测物与定位部之间的距离。

Description

定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及遥感定位相关技术领域，具体而言，涉及一种定位系统及其定位方法。

背景技术

现有技术中，一般的定位方法为采用激光测距仪在地面上的观测位置直接对待观测物进行距离测量定位，但是因地形复杂或其他环境因素制约，导致现有的定位方法存在受地形环境因素制约的情况下不能有效对待观测物进行定位测距的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供定位系统及其定位方法，以解决现有技术中受地形环境因素制约不能有效定位测距的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种定位系统，包括：定位部，定位部连接有牵引绳；检测部，检测部通过牵引绳与定位部相连接，检测部沿竖直方向高度可调地设置，检测部用于检测地面上的待检测物与定位部之间的距离。

进一步地，检测部包括：浮空器，浮空器与牵引绳相连接；测量装置，测量装置与浮空器相连接，测量装置用于测量测量装置与待检测物之间的距离，和/或，测量装置用于测量浮空器11的高度h、俯仰角α和偏航角β。

进一步地，测量装置包括：惯性导航仪，惯性导航仪与浮空器相邻地设置。

进一步地，测量装置包括：激光测距仪，激光测距仪与浮空器相邻地设置。

进一步地，浮空器为系留气球。

进一步地，定位部包括：行走机构；万向滑轮，万向滑轮与行走机构相连接，万向滑轮用于缠绕牵引绳。

进一步地，定位部还包括：记米装置，记米装置与万向滑轮相邻地设置，记米装置用于记录万向滑轮释放的牵引绳的长度。

进一步地，检测部还包括：摄像部，摄像部与浮空器相连接，摄像部用于确定待检测物的位置。

进一步地，定位部还包括：接收部，接收部与检测部电连接，接收部用于接收检测部的检测数据。

进一步地，牵引绳的内部设置有用于连接接收部和检测部的导线。

根据本发明的另一方面，提供了一种定位系统的定位方法，定位系统为上述的定位系统，其特征在于，定位方法包括以下步骤：步骤S10：将检测部与牵引绳相连接；步骤S20：将检测部释放于预设高度处，启动检测部对地面上的待检测物与定位部之间的距离进行检测。

进一步地，在步骤S20中，还包括以下步骤：步骤S21：将行走机构停泊于检测地后测量万向滑轮距离地面的垂直高度s；步骤S22：利用惯性导航仪测量浮空器距离地面的竖直高度h、俯仰角α和偏航角β；步骤S23：利用记米装置测量浮空器从初始释放位置到预设高度之间的牵引绳被释放的长度L；步骤S24：利用激光测距仪测量浮空器与待检测物之间的距离d；步骤S25：确定待检测物距离行走机构所在水平面的相对高度为H，H＝h-dsinα，在水平方向上，确定待检测物与行走机构之间的距离为D，

进一步地，步骤S24还包括：步骤S241：通过摄像部定位待检测物的初步位置，再启动激光测距仪对其进行定位；步骤S242：通过万向滑轮释放或回收牵引绳以对浮空器的位置进行调整，以使摄像部对准待检测物；步骤S243：通过摄像部观察并调整激光测距仪的光线照射在待检测物的中心处以进行精确定位。

应用本发明的技术方案，通过将定位部与检测部通过牵引绳相连接，并使检测部沿竖直方向高度可调地设置，这样设置便于检测部检测位于复杂地形环境里的待检测物与定位部之间的距离。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的定位系统的实施例的第一视角结构示意图；

图2示出了根据本发明的定位系统的实施例的第二视角结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、检测部；11、浮空器；

20、定位部；21、牵引绳；22、万向滑轮；23、行走机构；

30、待检测物。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种定位系统。

具体地，如图1所示，该定位系统包括定位部20和检测部10，定位部20连接有牵引绳21，检测部10通过牵引绳21与定位部20相连接，检测部10沿竖直方向高度可调地设置，检测部10用于检测地面上的待检测物30与定位部20之间的距离。

在本实施例中，通过将定位部与检测部通过牵引绳相连接，并使检测部沿竖直方向高度可调地设置，这样设置便于检测部检测位于复杂地形环境里的待检测物30与定位部之间的距离。

其中，检测部10包括浮空器11和测量装置，浮空器11与牵引绳21相连接，测量装置与浮空器11相连接，测量装置用于测量测量装置与待检测物30之间的距离或测量测量装置的俯仰角α和偏航角β。当然，测量装置也可以同时测量测量装置与待检测物30之间的距离和测量装置的俯仰角α和偏航角β。利用浮空器悬浮在空中，并控制浮空器的悬浮高度，可以方便地测量复杂环境里的待检测物30和定位部之间的距离。其中，俯仰角α表示浮空器11轴线相对于水平面的偏离程度，偏航角β表示浮空器11轴线在水平面内投影的旋转角度，俯仰角α和偏航角β体现了浮空器11在空中的姿态。

进一步地，测量装置包括惯性导航仪，惯性导航仪与浮空器11相连接。惯性导航仪用于测量浮空器11的高度h、俯仰角α和偏航角β。

另外，测量装置包括激光测距仪，激光测距仪与浮空器11相连接。激光测距仪用于测量激光测距仪与待检测物30之间的距离。

优选地，浮空器11为系留气球。

在本实施例中，定位部20还包括行走机构23和万向滑轮22，万向滑轮22与行走机构23相连接，万向滑轮22用于缠绕牵引绳21。通过行走结构将检测部运输到测量地，提高了定位系统的机动性，通过万向滑轮将牵引绳导出或回收，进而控制检测部在竖直方向上的高度位置。优选地，行走机构23为车辆，例如系留气球的锚泊车。

在本实施例中，定位部20还包括记米装置，记米装置与万向滑轮22相邻地设置，记米装置用于记录万向滑轮22释放的牵引绳21的长度。

在本实施例中，检测部10还包括摄像部，摄像部与浮空器11相连接，摄像部用于确定待检测物30的位置。通过设置摄像部提高了激光测距仪的瞄准精度，提高了定位系统的定位的效率。优选地，摄像部具有高清摄像头。

进一步地，定位部20还包括接收部，接收部与检测部10电连接，接收部用于接收检测部10的检测数据。通过设置接收部可将检测部检测的数据进行收集记录并进行分析。

如图1和图2所示，牵引绳21的内部设置有用于连接接收部和检测部10的导线。通过导线可以将检测部收集的信息传递到接收部。优选地，牵引绳21为光电复合缆绳。

本发明还提供了一种定位系统的定位方法，所示定位方法用于上述实施例的定位系统，定位方法包括以下步骤：步骤S10：将检测部10与牵引绳21相连接；步骤S20：将检测部10释放于预设高度处，启动检测部10对地面上的待检测物30与定位部20之间的距离进行检测。

进一步地，在步骤S20中，还包括以下步骤：步骤S21：将行走机构23停泊于检测地后测量万向滑轮22距离地面的垂直高度s；步骤S22：利用惯性导航仪测量浮空器11距离地面的竖直高度h、俯仰角α和偏航角β；步骤S23：利用记米装置测量浮空器11从初始释放位置到预设高度之间的牵引绳21被释放的长度L，其中，初始释放位置为浮空器11位于行走机构23上未浮空时的静置位置；步骤S24：利用激光测距仪测量浮空器11与待检测物30之间的距离d；步骤S25：确定待检测物30距离车辆载体所在水平面的相对高度为H，H＝h-dsinα，在水平方向上，确定待检测物30与行走机构23之间的距离为D，

进一步地，步骤S24还包括：步骤S241：通过摄像部定位待检测物30的初步位置，再启动激光测距仪对其进行定位；步骤S242：通过万向滑轮22释放或回收牵引绳21以对浮空器11的位置进行调整，以使摄像部对准待检测物30；步骤S243：通过摄像部观察并调整激光测距仪的光线照射在待检测物30的中心处以进行精确定位。

如图1和图2所示，先确定锚泊车辆的位置，以及锚泊车车辆上万向滑轮到地面的垂直距离s。系留气球上的惯性导航仪可以测量出系留气球球体的高度h、俯仰角α，即球身轴线(指向球体头部)与地面水平线的夹角，以及偏航角β，即球身轴线在地面的投影与锚泊状态时球身轴线(指向球体头部)在地面投影的夹角。锚泊状态是气球回收后固定于锚泊车顶部时的状态，此时缆绳放出的长度设为零。为了方便计算，可令锚泊状态的球体头部朝向正北。由于惯性导航仪与浮空器的高度十分接近，可认为惯性导航仪测出的球体高度h是浮空器到地面的垂直距离。俯仰角α表示气球相对于水平面的偏离程度，偏航角β表示气球在水平面内投影的旋转角度，二者体现气球在空中的姿态。

锚泊车辆上的记米装置可以读出记录的光电复合缆绳释放的长度L。此长度L是相对零点放出的长度，零点应设为气球放飞前锚泊状态时，缆绳放出的长度。这时可认为记米装置中读出的缆绳长度L是光电吊舱与锚泊车万向滑轮之间的距离。

在本实施例中，光电吊舱上装有激光测距仪，调整其位置，使激光测距仪的激光平行射出。测量出光电吊舱与地面物体之间的距离d。数据采集步骤如下：a.先通过摄像部的高清摄像头发现待定位的地面物体，同时启动激光测距仪；b.释放或者回收光电复合缆绳来调节球体的高度，使摄像头对准物体；c.来回调整气球高度，观看摄像头画面，直到激光测距仪射出的光点在物体中心；d.待光点位置稳定后，读出激光测距仪的读数d1，同时读出惯性导航仪数据高度h1、俯仰角α1、偏航角β1、锚泊车记米装置记录的缆绳长度L1；e.重复步骤b～d，得到d2、d3……dn(n≥5)，以上数据取平均，则

可认为d是光电吊舱与地面物体之间的距离。对其它数据采用同样的处理方式。根据以上数据推算出地面任意物体与锚泊车辆的位置关系，从而得出地面任意物体经纬度和高度。光电吊舱到万向滑轮的距离AF＝L，光电吊舱到地面高度AD＝h，万向滑轮到地面距离FO＝s，光电吊舱到物体的距离AB＝d，俯仰角α为AB与水平面的夹角。俯视图中，偏航角β为OC与正南方向夹角。△AEF是直角三角形，根据勾股定理，

△AGB是直角三角形，根据勾股定理，DC＝BG＝ABcosα＝dcosα；待检测物30到锚泊车辆的水平距离D，OC＝OD+DC，

物体所处高度H：即BC＝DG＝AD-AG＝AD-ABsinα＝h-dsinα，根据图2所示，可得出物体的相对位置物体位于锚泊车辆南偏东β度。为了减小误差，使用本方法时应选无风天气，万向滑轮轴线应保持水平。若万向滑轮轴线不水平，万向滑轮就会向一边偏摆，气球也会向一边倾斜，滚转角偏离零点，导致测出数据不准。空中有风时也会导致气球滚转，应该避免。因此，测量过程中，要时刻关注滚转角数据，保持在零点附近。高清摄像头有一定的监视距离，超出此距离以外的物体不能被发现和定位，需要回收气球后开动锚泊车前往物体附近再进行定位。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

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。

Claims

1.一种定位系统，其特征在于，包括：

定位部(20)，所述定位部(20)连接有牵引绳(21)；

检测部(10)，所述检测部(10)通过所述牵引绳(21)与所述定位部(20)相连接，所述检测部(10)沿竖直方向高度可调地设置，所述检测部(10)用于检测地面上的待检测物(30)与所述定位部(20)之间的距离。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述检测部(10)包括：

浮空器(11)，所述浮空器(11)与所述牵引绳(21)相连接；

测量装置，所述测量装置与所述浮空器(11)相连接，所述测量装置用于测量所述测量装置与所述待检测物(30)之间的距离，和/或，所述测量装置用于测量所述浮空器(11)的高度h、俯仰角α和偏航角β。

3.根据权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述测量装置包括：

惯性导航仪，所述惯性导航仪与所述浮空器(11)相邻地设置。

4.根据权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述测量装置包括：

激光测距仪，所述激光测距仪与所述浮空器(11)相邻地设置。

5.根据权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述浮空器(11)为系留气球。

6.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位部(20)包括：

行走机构(23)；

万向滑轮(22)，所述万向滑轮(22)与所述行走机构(23)相连接，所述万向滑轮(22)用于缠绕所述牵引绳(21)。

7.根据权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述定位部(20)还包括：

记米装置，所述记米装置与所述万向滑轮(22)相邻地设置，所述记米装置用于记录所述万向滑轮(22)释放的所述牵引绳(21)的长度。

8.根据权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述检测部(10)还包括：

摄像部，所述摄像部与所述浮空器(11)相连接，所述摄像部用于确定所述待检测物(30)的位置。

9.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位部(20)还包括：

接收部，所述接收部与所述检测部(10)电连接，所述接收部用于接收所述检测部(10)的检测数据。

10.根据权利要求9所述的定位系统，其特征在于，所述牵引绳(21)的内部设置有用于连接所述接收部和所述检测部(10)的导线。

11.一种定位系统的定位方法，所述定位系统为权利要求1至8中任一项所述的定位系统，其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：

步骤S10：将所述检测部(10)与所述牵引绳(21)相连接；

步骤S20：将所述检测部(10)释放于预设高度处，启动所述检测部(10)对地面上的所述待检测物(30)与所述定位部(20)之间的距离进行检测。

12.根据权利要求11所述的定位方法，其特征在于，在所述步骤S20中，还包括以下步骤：

步骤S21：将行走机构(23)停泊于检测地后测量万向滑轮(22)距离地面的垂直高度s；

步骤S22：利用惯性导航仪测量所述检测部(10)的浮空器(11)距离地面的竖直高度h、俯仰角α和偏航角β；

步骤S23：利用记米装置测量所述浮空器(11)从初始释放位置到预设高度之间的所述牵引绳(21)被释放的长度L；

步骤S24：利用激光测距仪测量所述浮空器(11)与待检测物(30)之间的距离d；

步骤S25：确定待检测物(30)距离行走机构(23)所在水平面的相对高度为H，H＝h-dsinα，在水平方向上，确定待检测物(30)与所述行走机构(23)之间的距离为D，

13.根据权利要求12所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S24还包括：

步骤S241：通过摄像部定位待检测物(30)的初步位置，再启动激光测距仪对其进行定位；

步骤S242：通过万向滑轮(22)释放或回收所述牵引绳(21)以对浮空器(11)的位置进行调整，以使所述摄像部对准待检测物(30)；

步骤S243：通过摄像部观察并调整所述激光测距仪的光线照射在待检测物(30)的中心处以进行精确定位。