CN112051857A - 车载无人机动态回收中定位系统的切换方法 - Google Patents

车载无人机动态回收中定位系统的切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明为车载无人机动态回收中定位系统的切换方法，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；无人机接收车载发出的返航命令后，无人机执行返航；在执行返航时，无人机获取GPS信息作为第一定位信息，通过第二定位系统获取第二定位信息；根据第一定位信息和第二定位信息进行加权数据融合调进行返航飞行；并获取机动车和无人机的相对位置信息，若相对位置信息小于第一阈值，则在加权数据融合时调整第二定位信息的权重大于第一定位信息的权重；通过在预定范围内将GPS定位和第二定位信息进行加权数据融合，保证定位精度的同时避免定位数据发生较大抖动，同时在降落的后期阶段保证位置的精确度，确保了无人机的飞行安全。

Description

车载无人机动态回收中定位系统的切换方法
技术领域
本发明涉及车载无人机技术领域，尤其涉及一种车载无人机动态回收中定位系统的切换方法。
背景技术
传统的无人机定位通常采用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位来实现。然而，在距离地面比较近的地方(比如无人机起降点)，GPS信号很容易受到周边物体的遮挡，导致定位不准确，即便采用精度较高的差分GPS技术，这个问题也无法避免。因此仅依靠GPS定位无法满足无人机的定位要求。而随着社会的发展，无人机在民用航拍方面快速发展，然而现有的无人机起降大多都是在静止的地面上进行的。如今，只能在静止地面上起降的无人机已经不能满足广大用户的需求，众多用户期望在汽车上也能使用无人机，能够让无人机在运动的汽车上进行起降，并利用其探测汽车周围的影像信息。
基于这个前提，车载无人机如何回收就是一个必须考虑的问题；因为车载无人机是在运动的汽车上进行无人机的降落，而这个过程需要无人机能够利用自身定位和接收车辆的定位信息，从而实现无人机降落在运动的车辆目标点上，但是相对于无人机目标物来说，GPS信号的定位精度已经无法满足完美定位，其本身误差大概有2-3m，显然不能满足无人机的动态回收，随着室内无线定位技术的发展，其精度可达到厘米级别。因此可在无人机位于起降点附近时提供高精度的定位服务，而这种方式在车载无人机回收的运用上会有所局限，因为如何布置其车上的定位天线以及保证其连接实时性和抗干扰，都是存在隐患的；并且，目前无人机在使用辅助定位系统时，通常采用简单切换的方式，即在某个设定的高度以下采用辅助定位系统，在该高度以上采用GPS定位。然而，车辆的速度不是恒定不便的，因此在采用这种切换方式的前后，无人机所使用的定位数据会发生较大抖动，这给无人机的飞行安全带来了隐患。
发明内容
针对上述技术中存在的如：在车载无人机的动态回收过程中，还未有一种在回收过程中切换定位系统以达到精准定位的方法。
具体为一种车载无人机动态回收中定位系统的切换方法，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；
无人机接收所述机动车发出的返航命令后，无人机执行返航；
在执行返航时，获取无人机GPS信息作为第一定位信息，通过第二定位系统获取第二定位信息；根据所述第一定位信息和所述第二定位信息进行加权数据融合调进行返航飞行；
获取机动车和无人机的相对位置信息，若所述相对位置信息小于第一阈值，则在加权数据融合时调整所述第二定位信息的权重大于所述第一定位信息的权重；若所述相对位置信息大于等于第一阈值，加权数据融合中所述第一定位信息的权重大于所述第二定位信息的权重。
作为优选，通过机动车的GPS和所述第一定位信息得出机动车和无人机的所述相对位置信息；所述相对位置信息包括机动车和无人机的实时绝对距离；无人机根据所述实时绝对距离和获取到的机动车速度以调整飞行参数，以接近机动车。
作为优选，无人机在调整所述飞行参数时，先行调整无人机飞行方向，使飞行方向与机动车行进方向一致，然后进行垂直方向的调整和飞行速度大小的调整。
作为优选，获取无人机的当前高度作为所述相对位置信息中的判断值，若无人机的当前高度小于第一阈值，则在加权数据融合时调整所述第二定位信息的权重大于所述第一定位信息的权重。
作为优选，当调整了所述第二定位信息权重后，将所述第二定位系统获取的所述第二定位信息作为无人机的位置信息。
作为优选，在调整了所述第二定位信息权重后，无人机依靠所述第一定位信息确定在GPS系统中的位置；并接收机动车在GPS系统中的位置；所述第二定位系统建立第二定位坐标系，所述第二定位坐标系以无人机为坐标系原点，分别以与机动车相同的速度方向、无人机竖直方向作为坐标轴的坐标系，以标定无人机与机动车的相对位置信息。
作为优选，在所述第二定位系统建立第二定位坐标系时，根据无人机的水平位置系统调整无人机的速度方向与机动车速度方向一致，并调整无人机与机动车的水平方向距离。
作为优选，依靠无人机搭载的摄像头和光流传感器调整无人机的速度方向与机动车速度方向一致。
作为优选，在无人机速度方向调整到机动车速度方向一致时，根据无人机的垂直位置系统调整竖直方向距离；当无人机与机动车的水平方向距离和竖直方向距离小于第二阈值时，开启无人机的降落定位系统，同时暂停第一定位信息和第二定位信息的加权数据融合，仅根据所述降落定位系统进行降落。
作为优选，所述降落定位系统包括有激光传感器和超声波传感器，无人机根据激光传感器和超声波传感器获取的机动车上停机坪位置信息以进行降落。
本发明的有益效果是：本发明所提出的一种车载无人机动态回收中定位系统的切换方法，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；无人机接收车载发出的返航命令后，无人机执行返航；在执行返航时，获取无人机GPS信息作为第一定位信息，通过第二定位系统获取第二定位信息；根据第一定位信息和第二定位信息进行加权数据融合调进行返航飞行；获取机动车和无人机的相对位置信息，若相对位置信息小于第一阈值，则在加权数据融合时调整第二定位信息的权重大于第一定位信息的权重；若相对位置信息大于等于第一阈值，加权数据融合中第一定位信息的权重大于第二定位信息的权重，通过在预定范围内将GPS定位和第二定位信息进行加权数据融合，从而有助于在定位方式切换前后无人机所使用的定位数据平滑过度，从而在保证定位精度的同时避免定位数据发生较大抖动，同时在降落的后期阶段保证位置的精确度，确保了无人机的飞行安全。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的运行流程图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
在车载式无人机的降落过程中，由于无人机停机坪的位置是跟随机动车在运动的，所以位置精度的要求较高；而GPS系统的精度普遍在10m范围左右，而一辆机动车的宽度也才仅仅是2-4m左右，所以依赖GPS系统进行车载式无人机的降落是不切实际的；但是GPS系统并非不能在车载无人机降落过程起到作用，反而GPS系统的作用不言而喻，通过GPS装置可以在第二定位系统还未能起到作用的范围获取机动车的位置和无人机的位置，无人机依靠GPS获取的相关信息先行标定出大致的返航航线，因为其精度以及机动车、无人机二者都是动态运动的关系，所以返航航线只作为大致参考，仅依靠该航线降落到合适位置使得第二定位系统能够正常工作；那么在这个过程中，由于环境或者机身设备自身的故障可能导致定位模块功能失效，定位精度受到影响；导致无人机飞行安全受到严重威胁；所以如何运动两套定位系统去实现精准降落是一个亟需解决的问题。
具体为一种车载无人机动态回收中定位系统的切换方法，请参阅图1-图2；包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；
无人机接收机动车上的控制系统发出的返航命令后，无人机执行返航；在这个过程中无人机和机动车都是在运动状态——机动车自由运动，无人机按照此前的任务航线进行飞行，所以在无人机和机动车之间仅仅有数据通讯，而在机动车发出返航命令后，两者之间需要建立起定位信息的联系，因为机动车还是处于自由运动的状态，而无人机则中断任务航线进行返航；所以这个返航过程应当以无人机自身为主导，相当于无人机追踪机动车进行降落；
在执行返航时，无人机获取GPS信息作为第一定位信息，通过第二定位系统获取第二定位信息；根据第一定位信息和第二定位信息进行加权数据融合调进行返航飞行；而无人机在返航中作为主导位置，所以如果将第二定位系统铺设在机动车上，或者说依赖机动车的信息构件第二定位系统，那么容易出现定位波动，而这个定位波动可能是由于机动车加速引起的，好比无人机刚进入到第二定位系统的范围，而机动车由于路况复杂需要紧急加速，那么无人机是被动脱离了第二定位系统的范围的，所以以无人机作为定位系统的主导地位十分重要；
获取机动车和无人机的相对位置信息，若相对位置信息小于第一阈值，则在加权数据融合时调整第二定位信息的权重大于第一定位信息的权重；若相对位置信息大于等于第一阈值，加权数据融合中第一定位信息的权重大于第二定位信息的权重。在加权数据融合中，因为能够确保GPS系统提供的定位信息是相对准确的，所以整个过程中都会获取有GPS提供的位置信息，而在设定第二定位系统的时候，因为能够相对应的标定出第二定位系统的可适用范围，所以在以无人机自身作为主导定位时，需要获取两者的相对位置，从而保证无人机已经飞入到第二定位系统可适用范围；其中，加权数据融合可以剔除两套定位系统的在交叉区间的误差，进行更准确的位置定位。在相对位置还未落入到第一阈值内时，GPS系统提供的定位信息权重占比大，并随着无人机越来越接近阈值范围内时，权重占比逐渐减小，直到落入第一阈值内，GPS系统的权重小于第二定位系统的权重，也就是利用GPS系统作为辅助校准第二定位系统的误差；以实现无人机的准确降落。
在本实施例中，通过机动车的GPS和第一定位信息得出机动车和无人机的相对位置信息；相对位置信息包括机动车和无人机的实时绝对距离；无人机根据实时绝对距离和获取到的机动车速度以调整飞行参数，以接近机动车。因为无人机和机动车都是在三维空间内的运动物体，也就是其本身具有多个参数进行位置的标定，而绝对距离是融合多个参数位置信息标的，无人机在调整飞行参数时，先行调整无人机飞行方向，使飞行方向与机动车行进方向一致，然后进行垂直方向的调整和飞行速度大小的调整。因为在实际的系统搭建中，多采用复合传感器作为第二定位系统进行位置的识别，而其中很关键的一个部件就是摄像头，因为机动车的停车坪带有醒目标识，能够让摄像头识别到这个醒目标识，从而实现精准定位；而摄像头的旋转角度有所限制、并且摄像信息在非正对角度拍摄时会有一定的距离失真，从而影响到无人机和机动车距离的判断；而在调整成速度方向一致时，还能有助于验证无人机和机动车是否进入到第一阈值的范围。
在本实施例中，获取无人机的当前高度作为相对位置信息中的判断值，若无人机的当前高度小于第一阈值，则在加权数据融合时调整第二定位信息的权重大于第一定位信息的权重。在调整到同一速度方向后，无人机和机动车便在同一竖直平面上，所以依靠GPS系统的高度信息位置和第二定位系统获取的高度信息作为判断标准，因为高度信息获取的相对简单准确，所以在绝对距离已经进入第一阈值判断后，以高度信息再次进行判断；达到精准降落的目的。
在本实施例中，当调整了第二定位信息权重后，将第二定位系统获取的第二定位信息作为无人机的位置信息；无人机依靠第一定位信息确定在GPS系统中的位置；并接收机动车在GPS系统中的位置；第二定位系统建立第二定位坐标系，第二定位坐标系以无人机为坐标系原点，分别以与机动车相同的速度方向、无人机竖直方向作为坐标轴的坐标系，以标定无人机与机动车的相对位置信息。在第二定位系统建立第二定位坐标系时，根据无人机的水平位置系统调整无人机的速度方向与机动车速度方向一致，并调整无人机与机动车的水平方向距离。所谓的水平位置系统便可以是由摄像头、光流传感器组合的，其感应距离在的误差小，并且在机动车的复杂路况下，水平方向的接近是能够保证不被其他障碍物阻挡的，然后再由激光传感器和超声波传感器组成的降落定位系统，在无人机速度方向调整到机动车速度方向一致时，根据无人机的垂直位置系统调整竖直方向距离；当无人机与机动车的水平方向距离和竖直方向距离小于第二阈值时，开启无人机的降落定位系统，同时暂停第一定位信息和第二定位信息的加权数据融合，仅根据降落定位系统进行降落。无人机根据激光传感器和超声波传感器获取的机动车上停机坪位置信息以进行降落。GPS系统在无人机和机动车非常接近的时刻所起到的作用是非常有限的，所以为了防止GPS系统的误差影响到应准降落，故在无人机速度方向、水平距离、竖直距离都调整到合适位置时，暂停GPS系统的数据融合，仅依靠第二定位系统实现精准降落；先调整速度方向，保证第二定位系统的摄像头能够正常运行，然后水平方向上接近，防止无人机在大斜率降落时遭遇到道路上出现的障碍物；然后利用降落定位去准确降落在停机坪上；而第二定位系统安装在无人机上，所以才能实现这么一个精准的降落过程，不容易出现定位信息的波动。
本发明的优势在于：
1）定位方式切换前后无人机所使用的定位数据平滑过度，从而在保证定位精度的同时避免定位数据发生较大抖动，确保了无人机的飞行安全；
2）将第二定位系统设置在无人机上，在降落过程中可自动识别异常，增强了对异常情况的兼容性，有 效克服视野变化及运动偏差等影响，提高降落的 稳定性。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车载无人机动态回收中定位系统的切换方法，其特征在于，包括设置有无人机降落点的机动车，及与机动车相互通讯的无人机；
无人机接收机动车发出的返航命令后，无人机执行返航；
在执行返航时，无人机获取GPS信息作为第一定位信息，通过第二定位系统获取第二定位信息；根据所述第一定位信息和所述第二定位信息进行加权数据融合调进行返航飞行；
获取机动车和无人机的相对位置信息，若所述相对位置信息小于第一阈值，则在加权数据融合时调整所述第二定位信息的权重大于所述第一定位信息的权重；若所述相对位置信息大于等于第一阈值，加权数据融合中所述第一定位信息的权重大于所述第二定位信息的权重。
2.根据权利要求1所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，通过机动车的GPS和所述第一定位信息得出机动车和无人机的所述相对位置信息；所述相对位置信息包括机动车和无人机的实时绝对距离；无人机根据所述实时绝对距离和获取到的机动车速度以调整飞行参数，以接近机动车。
3.根据权利要求2所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，无人机在调整所述飞行参数时，先行调整无人机飞行方向，使飞行方向与机动车行进方向一致，然后进行垂直方向的调整和飞行速度大小的调整。
4.根据权利要求3所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，获取无人机的当前高度作为所述相对位置信息中的判断值，若无人机的当前高度小于第一阈值，则在加权数据融合时调整所述第二定位信息的权重大于所述第一定位信息的权重。
5.根据权利要求4所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，当调整了所述第二定位信息权重后，将所述第二定位系统获取的所述第二定位信息作为无人机的位置信息。
6.根据权利要求4所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，在调整了所述第二定位信息权重后，无人机依靠所述第一定位信息确定在GPS系统中的位置；并接收机动车在GPS系统中的位置；所述第二定位系统建立第二定位坐标系，所述第二定位坐标系以无人机为坐标系原点，分别以与机动车相同的速度方向、无人机竖直方向作为坐标轴的坐标系，以标定无人机与机动车的相对位置信息。
7.根据权利要求6所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，在所述第二定位系统建立第二定位坐标系时，根据无人机的水平位置系统调整无人机的速度方向与机动车速度方向一致，并调整无人机与机动车的水平方向距离。
8.根据权利要求7所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，依靠无人机搭载的摄像头和光流传感器调整无人机的速度方向与机动车速度方向一致。
9.根据权利要求7所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，在无人机速度方向调整到机动车速度方向一致时，根据无人机的垂直位置系统调整竖直方向距离；当无人机与机动车的水平方向距离和竖直方向距离小于第二阈值时，开启无人机的降落定位系统，同时暂停第一定位信息和第二定位信息的加权数据融合，仅根据所述降落定位系统进行降落。
10.根据权利要求8所述的车载无人机动态回收定位系统的切换方法，其特征在于，所述降落定位系统包括有激光传感器和超声波传感器，无人机根据激光传感器和超声波传感器获取的机动车上停机坪位置信息以进行降落。
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