CN113917939B - 飞行器的定位导航方法、系统及计算设备 - Google Patents

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CN113917939B CN202111174390.0A CN202111174390A CN113917939B CN 113917939 B CN113917939 B CN 113917939B CN 202111174390 A CN202111174390 A CN 202111174390A CN 113917939 B CN113917939 B CN 113917939B
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Abstract

本申请是关于飞行器的定位导航方法、系统及计算设备。该定位导航方法包括：获得在飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据，所述实时飞行地图数据中包括地形数据；根据所述实时飞行地图数据中的所述地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域；若判定所述当前飞行区域是已知区域，根据所述预存历史飞行地图数据获得所述飞行器的定位导航数据，以根据所述定位导航数据进行飞行控制。根据本申请实施例，可以有效降低飞行器对于GNSS定位数据的依赖，使得飞行器能够在GNSS信号不满足要求的情况下，仍然能够保证飞行器的正确导航，从而提高飞行安全性和有效性。

Description

飞行器的定位导航方法、系统及计算设备
技术领域
本申请涉及飞行器技术领域，尤其涉及飞行器的定位导航方法、系统及计算设备。
背景技术
飞行汽车作为结合飞行器与汽车的新式地空通行的交通工具逐步进入消费者视野。和地面汽车相比，飞行汽车的空中形态具有独特的交通环境。由于缺乏“道路”约束与定位，目前，飞行汽车在手动驾驶或自动驾驶状态下，一般极为依赖GNSS(Global NavigationSatellite System，全球导航卫星系统)系统提供的定位信息。
GNSS定位方式取受GNSS信号影响极大。例如，飞行汽车在城市进行低空飞行时，由于楼宇阻挡和多径效应的影响，GNSS信号容易丢失或出现精度下降。再例如，当飞行汽车在山区飞行时，由于信号基站稀少，可能出现部分飞行区域信号强度弱或没有信号的情况。甚至，还可能由于对GNSS定位信号的依赖过高，可能出现黑客针对GNSS信号进行恶意诱导的情况。这些均会直接影响飞行汽车的正常飞行。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种飞行器的定位导航方法、系统及计算设备，可以有效降低飞行器对于GNSS定位数据的依赖，使得飞行器能够在GNSS信号不满足要求的情况下，仍然能够保证飞行器的正确导航，从而提高飞行安全性和有效性。
本申请一方面提供一种飞行器的定位导航方法，包括：
获得在所述飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据，所述实时飞行地图数据中包括地形数据；
根据所述实时飞行地图数据中的所述地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域；
若判定所述当前飞行区域是已知区域，根据所述预存历史飞行地图数据获得所述飞行器的定位导航数据，以根据所述定位导航数据进行飞行控制。
一些实施例中，所述获得在所述飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据包括：
获得时间上对齐的所述飞行器的航测地形数据、及所述飞行器的状态参数；其中，所述飞行器的航测地形数据包括雷达探测地形起伏数据，所述飞行器的状态参数包括飞行器的实时位姿数据；
根据所述航测地形数据和状态参数，生成栅格类型的实时飞行地图数据，所述栅格类型的实时飞行地图数据包括栅格位置数据、及栅格对应地形特征数据，其中，所述栅格位置数据包括根据所述实时位姿数据获得的栅格位置估计数据，所述地形特征数据包括根据所述雷达探测地形起伏数据获得的雷达物体识别标签。
一些实施例中，所述地形特征数据还包括先验地理位置数据；和/或，
所述航测地形数据还包括与所述雷达探测地形起伏数据在时间上和空间上对齐的地面图像数据，所述地形特征数据还包括根据所述地面图像数据获得的地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据；和/或，
所述飞行器的状态参数还包括飞行器的全球导航卫星系统GNSS定位数据，所述栅格位置数据还包括栅格对应GNSS定位数据。
一些实施例中，所述根据所述实时飞行地图数据中的所述地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域，包括：
根据所述实时飞行地图数据中的地形特征数据确定待匹配栅格；
对所述实时飞行地图数据中与所述待匹配栅格对应的飞行地图数据与预存历史飞行地图数据进行特征匹配；
根据所述特征匹配的结果判断当前飞行区域是否为所述飞行器已飞过区域或是否为飞行地图数据共享区域。
一些实施例中，所述获得在所述飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据包括：
获得在所述飞行器的本次飞行中生成的当前帧飞行地图数据和当前帧之前的历时飞行地图数据；
将所述当前帧飞行地图数据和所述历时飞行地图数据进行融合，获得包含当前帧的历时飞行地图数据。
一些实施例中，所述将在所述飞行器的本次飞行中生成的当前帧飞行地图数据和当前帧之前的历时飞行地图数据进行融合，包括：
对在所述飞行器的本次飞行中生成的当前帧飞行地图数据进行压缩处理，以将三维栅格类型的数据转化为二维栅格类型数据，且保留所述当前帧飞行地图数据中的地形特征信息；
将二维栅格类型的当前帧飞行地图数据和二维栅格类型的当前帧之前的历时飞行地图数据进行融合。
一些实施例中，所述方法还包括：
若判定所述当前飞行区域不是已知区域，获得所述实时飞行地图数据与所述预存历史飞行地图数据的差分地图数据；
根据所述差分地图数据对所述预存历史飞行地图数据进行更新；和/ 或，将所述差分地图数据上传至云端服务器，以使所述云端服务器更新共享历史飞行地图数据。
一些实施例中，所述根据所述预存历史飞行地图数据获得所述飞行器的定位导航数据，以根据所述定位导航数据进行飞行控制，包括：
根据所述预存历史飞行地图数据实时生成所述飞行器的动态飞行航线数据，以根据所述动态飞行航线数据进行飞行控制；或
从所述预存历史飞行地图数据获得预先生成的记忆飞行航线数据，以根据所述记忆飞行航线数据进行飞行控制。
一些实施例中，若判定所述当前飞行区域不是已知区域，所述方法还包括：
根据所述飞行器的本次飞行的任务数据、状态数据、及飞控数据中的部分或全部，生成记忆飞行航线数据；
根据所述记忆飞行航线数据对所述预存历史飞行地图数据进行更新；和/或，将所述记忆飞行航线数据上传至云端服务器，以使所述云端服务器更新所述云端历史飞行地图数据。
本申请另一方面提供一种计算设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一所述的方法。
本申请另一方面提供一种飞行器定位导航系统，包括：
如上所述的计算设备；以及
执行单元，用于执行飞行控制指令，其中，所述飞行控制指令是根据所述计算设备所获得的定位导航数据生成的。
一些实施例中，所述系统还包括：
高度计，用于在所述飞行器飞行过程中采集飞行器的实时对地高度；
航测地形探测装置，用于在所述飞行器飞行过程中采集地形数据；所述航测地形控制装置包括激光雷达；
惯性测量单元，用于在所述飞行器飞行过程中采集飞行器的实时位姿数据。
一些实施例中，所述航测地形探测装置还包括图像采集装置，用于在所述飞行器飞行过程中实时采集地面图像，以获得作为实时飞行地图数据一部分的地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据；和/或，
所述系统还包括GNSS定位模块，用于在所述飞行器飞行过程中获得飞行器的GNSS位置数据，以获得作为实时飞行地图数据一部分的栅格对应 GNSS定位数据。
本申请实施例中，根据实时飞行地图数据中的地形数据和预存历史飞行地图数据判断飞行器的当前飞行区域是否为已知区域，在判定当前飞行区域是已知区域时，根据预存历史飞行地图数据获得飞行器的定位导航数据，以根据定位导航数据进行飞行控制。通过利用预存历史飞行地图数据进行飞行器的定位导航，可以有效降低飞行器对于GNSS定位数据的依赖，使得飞行器能够在GNSS信号不满足要求(例如信号弱、精度不足、丢失甚至失效)的情况下，仍然能够保证飞行器的正确导航，从而提高飞行安全性和有效性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本申请一实施例中的飞行器的定位导航方法的流程示意图；
图2为本申请另一实施例中的飞行器的定位导航方法的流程示意图；
图3示例性地示出激光雷达的地形探测原理；
图4为本申请一实施例的计算设备的结构示意图；
图5为本申请一实施例的飞行器定位导航系统的结构示意图；
图6为本申请另一实施例的飞行器定位导航系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了便于理解本申请实施例方案，以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。
图1是本申请一实施例的飞行器的定位导航方法的流程示意图。可以理解的，本申请的飞行器可以是但不限于飞行汽车。参见图1，本实施例的飞行器的定位导航方法，包括：
在步骤S101中，获得在飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据，实时飞行地图数据中包括地形数据。
本申请实施例中，飞行器在执行飞行任务过程中，随着飞行器的持续飞行，可以周期性地进行相关数据采集，生成实时飞行地图数据。与飞行器的整个飞行任务对应的实时飞行地图数据可以由对应于各个数据采集时刻的各帧实时飞行地图数据组合而成。
可以理解的，步骤S101中的实时飞行地图数据可以是与飞行器的整个飞行任务对应的实时飞行地图数据，也可以是当前帧实时飞行地图数据，当前帧可以是一帧或几帧。
实时飞行地图数据中包括的地形数据可以是飞行器飞行过程中所经过地面区域的航测地形数据，航测地形数据例如可以包括载于飞行器的激光雷达采集的雷达探测地形起伏数据、根据雷达探测地形起伏数据获得的雷达物体识别标签。激光雷达具有高的角分辨率与距离分辨率，在飞行器低空飞行工况下可以对地形进行有效精确的探测。
在一些实施例中，地形数据还可以包括根据载于飞行器的摄像头采集的地面图像数据获得的地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据。
在步骤S102中，根据实时飞行地图数据中的地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域。
本实施例中，可以在飞行器本地预存历史飞行地图数据，该历史飞行地图数据可以是从云端服务器维护的共享历史飞行地图数据中获得后存储的，也可以是飞行器在本次飞行之前的飞行任务中生成并存储的。可以理解的，历史飞行地图数据也可以是栅格类型的数据，其数据结构可与本次飞行生成的实时飞行地图数据相同，或者也可以不同，例如可以仅包括实时飞行地图数据中的部分数据项，还也可以包括实时飞行地图数据中不包括的数据项。
本实施例中，可以根据实时飞行地图数据中的地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域。
可以理解的，当前飞行区域可以对应于步骤S101中的实时飞行地图数据的对应地面区域，例如，实时飞行地图为当前帧实时飞行地图数据时，当前飞行区域为当前帧对应的地面区域。
一些实施方式中，对实时飞行地图数据与预存历史飞行地图数据进行特征匹配，若匹配结果符合预设条件，确定当前飞行区域为已知区域，若不符合，则判定当前飞行区域不是已知区域。可以理解的，特征匹配可以包括地形特征的匹配，也可以是地形特征之外的其他特征的匹配。
一些实施方式中，实时飞行地图数据为栅格类型数据，可以根据实时飞行地图数据中的地形特征数据确定待匹配栅格，然后对实时飞行地图数据中与待匹配栅格对应的飞行地图数据与预存历史飞行地图数据进行特征匹配，继而根据特征匹配的结果判断当前飞行区域是否为已知区域。
可以理解的，当前飞行区域是否为已知区域可以包括当前飞行区域是飞行器已飞过区域的情形，也包括当前飞行区域是与飞行器共享飞行地图数据的其他飞行器已飞过并生成有飞行地图数据(即当前飞行区域是飞行地图数据共享区域)的情形。
一些实施方式中，预存历史飞行地图数据是飞行器在本次飞行之前的飞行任务中生成并存储的，根据地形特征匹配的结果可以判断当前飞行区域是否为该飞行器已飞过区域。
一些实施方式中，预存历史飞行地图数据是从云端服务器维护的云端历史飞行地图数据中获得后存储的，云端历史飞行地图数据是可共享飞行地图数据的多个飞行器各自在飞行任务中生成的飞行地图数据的集合，根据地形特征匹配的结果可以判断当前飞行区域是否为多个飞行器的飞行地图数据共享区域。
在步骤S103中，若判定当前飞行区域是已知区域，根据预存历史飞行地图数据获得飞行器的定位导航数据，以根据定位导航数据进行飞行控制。
一些实施方式中，若判定当前飞行区域是已知区域，根据预存历史飞行地图数据实时生成飞行器的动态飞行航线数据，以根据动态飞行航线数据进行飞行控制。
另一些实施方式中，若判定当前飞行区域是已知区域，从预存历史飞行地图数据获得预先生成的记忆飞行航线数据，以根据记忆飞行航线数据进行飞行控制。
本实施例中，根据实时飞行地图数据中的地形数据和预存历史飞行地图数据判断飞行器的当前飞行区域是否为已知区域，在判定当前飞行区域是已知区域时，根据预存历史飞行地图数据获得飞行器的定位导航数据，以根据定位导航数据进行飞行控制。通过利用预存历史飞行地图数据进行飞行器的定位导航，可以有效降低飞行器对于GNSS定位数据的依赖，使得飞行器能够在GNSS信号不满足要求(例如信号弱、精度不足、丢失甚至失效)的情况下，仍然能够保证飞行器的正确导航，从而提高飞行安全性和有效性。
图2是本申请另一实施例的飞行器的定位导航方法的流程示意图。参阅图2，本实施例包括：
在步骤S201中，获得在飞行器的本次飞行中生成的当前帧飞行地图数据和当前帧之前的历时飞行地图数据。
本申请中，可以将飞行器在本次飞行中生成的多帧飞行地图数据融合形成历时飞行地图数据，可以在生成当前帧飞行地图数据后，将当前帧飞行地图数据与当前帧之前的历时飞行地图数据进行融合，对以历时飞行地图数据进行更新。可以理解的，当前帧可以是一帧或多帧。
一些实施例中，采用栅格地图技术生成实时飞行地图数据，一帧飞行地图数据可由一个或多个面积相同的栅格对应的飞行地图数据组合而成。
在一具体实现中，分别获得时间上对齐的飞行器的航测地形数据、及飞行器的状态参数，根据航测地形数据和状态参数，生成栅格类型的实时飞行地图数据。其中，飞行器的航测地形数据包括雷达探测地形起伏数据，飞行器的状态参数包括飞行器的实时位姿数据；栅格类型的实时飞行地图数据包括栅格位置数据、及栅格对应地形特征数据，其中，栅格位置数据包括根据飞行器的实时位姿数据获得的栅格位置估计数据，地形特征数据包括雷达探测地形起伏数据、及根据雷达探测地形起伏数据获得的雷达物体识别标签。可以理解的，多个数据在时间上对齐指多个数据对应于相同采集时间或相同采集时间范围。
可以理解，飞行器上预先安装有航测地形探测装置和惯性测量单元。航测地形探测装置例如激光雷达，通过激光雷达可以获得在飞行器飞行过程中的雷达探测地形起伏数据；通过惯性测量单元可获得飞行器飞行过程中的实时位姿数据。
一些实施例中，航测地形探测装置例如可以是在飞行器底部设置的激光雷达。可以理解的，可以在飞行器底部的不同部位设置多个激光雷达，通过融合多个激光雷达采集的地形数据，来扩大每帧地形数据对应的地面区域范围。图3示例性示出激光雷达的地形探测原理，如图3所示，飞行器的激光雷达的安装角度为β角，飞行水平倾角为α角，激光雷达中心与垂直方向夹角为
Figure GDA0003677182310000091
hfly为飞行器的高度计器获得的飞行器的实时对地高度。Line1和Line2为激光雷达发出的2条射线，此射线与激光雷达的中心的夹角为已知量，通过几何计算可以获得飞行器下方的不同物体的高度，例如图中的P1的海拔高度h1，和P2点的海拔高度h2，综合当前帧各采样点的海拔高度可获得当前帧的雷达探测地形起伏数据；根据雷达探测地形起伏数据可进行地面物体的识别，例如，可以根据地形起伏数据获得物体的表面参数，进而根据物体的表面参数确定物体识别标签。
栅格的位置数据可以包括栅格的位置坐标和/或索引编号。栅格的位置坐标例如可以包括栅格中预设参考点(例如中心点)的经纬度坐标，该经纬度坐标可以是根据飞行器的实时位姿数据和基准点的经纬度坐标估计出的。栅格的索引编号例如可以是栅格所在的行列号，通过栅格的索引编号、栅格尺寸标准和基准点的经纬度坐标可以确定栅格的位置坐标。
可以理解的，一些实施例中，飞行器上还预先安装有高度计(例如毫米波雷达或测距雷达)，用于获得飞行器的实时对地高度，将飞行器的实时对地高度与飞行器的航测地形数据进行空间和时间上对齐后，将栅格对应海拔数据与栅格位置数据进行对应存储。其中，栅格对应海拔数据是根据飞行器对应于该栅格的实时对地高度获得的，例如可以是栅格中一个预设参考点对应的实时对地高度或可以是栅格中多个预设参考点对应的实时对应高度加权平均值等。
可以理解，飞行器的实时对地高度与航测地形数据在空间上对齐指获得对应于相同地面区域(本实施例中指对应于相同栅格)的实时对地高度与航测地形数据。
一些实施例中，栅格对应地形特征数据还包括栅格对应的先验地理位置信息。先验地理位置信息例如可以包括省、市、区、街道等地理信息，先验地理位置信息可以通过栅格位置坐标匹配传统的地图得到。通过在栅格飞行地图数据中增加先验地理位置信息，可以有效提高栅格地图与物理世界的对应关系，为后续步骤中的地图匹配的速率与准确性提供有利条件。
一些实施例中，可以通过装载于飞行器的摄像头在飞行器飞行过程中实时采集地面图像；进一步的，可获得与雷达探测地形起伏数据在时间上和空间上对齐的地面图像数据，根据地面图像数据获得地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据，在栅格飞行地图数据中将地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据与对应的雷达物体识别标签进行关联存储。可以理解的，在时间上和空间上对齐的雷达探测地形起伏数据和地面图像数据指对应于相同时间或相同采集时间范围对应于相同地面区域(本实施例中指对应于相同栅格)的雷达探测地形起伏数据和地面图像数据，且两者具有像素级对应关系。通过在栅格飞行地图数据中增加地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据，可以在激光雷达探测地形数据的基础上进一步丰富特征信息，增加地形数据的信息量与特征维度，为后续步骤中的地图匹配的速率与准确性提供有利条件。
在一些具体实现中，根据预设图像特征提取算法(例如SIFT、SURF、 ORB)对地面图像帧进行处理，获得地形视觉特征数据。
在一些具体实现中，对地面图像帧的多个栅格进行语义处理，为每个栅格生成对应的语义数据，语义数据包括地形要素的标签数据；地形要素的标签数据表示该栅格内占主导的地形，地形要素的标签数据例如可以是地标建筑、楼宇Logo、特色道路、公园、绿植分布等，但不限于此。例如，采用全局聚类分割算法对当前地面图像帧进行聚类分割后，在当前地面图像帧划分的每个栅格中，对聚类分割后的区域提取特征向量，将所提取的特征向量输入SVM(Support Vector Machines，支持向量机)或联级分类器做分类，确定该栅格中每类地形要素的标签数据；另外，还计算该栅格中每类的地形所占栅格的面积比例，进而根据每类地形的面积比例大小确定该栅格内占主导的地形。可以理解的，也可以采用其他图像处理算法对瓦片进行语义处理，例如设定的分割算法可以是区域生长，分水岭等分割算法，还可以是基于深度学习模型的语义分割算法。当采用基于深度学习模型的语义分割算法时，可以基于飞行器的计算资源，对深度学习模型做额外的轻量化加速处理来满足实时性要求。
一些实施例中，可以通过装载于飞行器的全球导航卫星系统(Global navigationsatellite system，简称GNSS)定位模块在飞行器飞行过程中获得飞行器的GNSS定位信号；若该GNSS定位信号符合预设条件，例如满足预设的信号强度和/或符合预设的置信度，则获得与飞行器的实时位姿数据在时间上对齐的GNSS位置数据，在栅格飞行地图数据中将两者进行关联存储。
进一步地，通过在栅格飞行地图数据中增加GNSS定位数据，可以丰富栅格的位置信息。相关技术中，GNSS定位模块的定位信号可能出现信号弱、丢失、被干扰导致的精度下降甚至失效的情况，通过设置GNSS定位信号在符合预设条件时，在栅格飞行地图数据中增加GNSS定位坐标，可确保所增加GNSS定位数据的可靠性。
在步骤S202中，将当前帧飞行地图数据和当前帧之前的历时飞行地图数据进行融合，获得包括当前帧的更新后历时飞行地图数据。
当前帧飞行地图数据可能存在当前帧之前的历时飞行地图数据中缺失的数据以及与其重合的数据，在获得当前帧飞行地图数据后，将当前帧飞行地图数据和当前帧之前的历时飞行地图数据进行融合，对历时飞行地图数据进行更新，即获得包括当前帧的更新后历时飞行地图数据。
可以理解的，随着时间的推移，历时飞行地图数据的数据量不可避免会增大。一些实施例中，对当前帧飞行地图数据进行压缩处理后，再将压缩后的当前帧飞行地图数据和当前帧之前的历时飞行地图数据进行融合，以减小历时飞行地图数据的数据量。在一个具体实现中，从当前帧飞行地图数据中去除三维栅飞行地图数据中的高度方向上的数据，即将三维栅格类型的数据转化为二维栅格类型数据，同时，保留当前帧飞行地图数据中的地形特征信息；这样，能够在保留地形特征信息的同时压缩数据量。
在步骤S203中，根据更新后历时飞行地图数据中的地形特征数据确定待匹配栅格。
在步骤S204中，对更新后历时飞行地图数据中与待匹配栅格对应的飞行地图数据与预存历史飞行地图数据进行特征匹配，根据特征匹配的结果判断当前飞行区域是否为已知区域，若判断结果为是，执行步骤S205，若判断结果为否，执行步骤S206。
可以理解的，如直接对更新后历时飞行地图数据和预存历史飞行地图数据进行匹配，由于随着时间推移飞行区域不断扩大，更新后历时飞行地图的数据量也不断增加，如采用原始轮询方式(如下式所表示)计算栅格间的匹配值，会导致计算量也不断增加。
Figure GDA0003677182310000121
其中lastmap为预存历史飞行地图，locmap为本地的更新后历时飞行地图数据地图，block1,2…m为更新后历时飞行地图所含的栅格。
本实施例中，在对更新后历时飞行地图数据和预存历史飞行地图数据进行匹配之前，先根据更新后历时飞行地图数据中的地形特征数据确定待匹配栅格，能够减少需要进行匹配的栅格数，从而限制特征匹配的计算量，降低占用的计算资源，提高运行速度。
可以理解的，可以根据更新后历时飞行地图数据中的部分地形特征 (例如根据先验地理位置数据和/或地形视觉语义特征数据)确定待匹配栅格；对更新后历时飞行地图数据和预存历史飞行地图数据进行特征匹配时，可以根据部分地形特征(例如雷达物体识别标签、地形视觉特征数据、和/或地形视觉语义特征数据)进行匹配，当根据多个地形特征进行匹配时，与根据单个地形特征进行匹配相比，可以提高特征匹配的准确率。
可以理解的，飞行器按照预设周期更新历时飞行地图数据，并间隔性地对更新后历时飞行地图数据中与待匹配栅格对应的飞行地图数据与预存历史飞行地图数据进行特征匹配。在一些实施例中，飞行器在本次飞行中的特征匹配间隔不相同，例如可以逐渐缩小，或者在预定时间点之前的特征匹配间隔大于在预定时间点之后的特征匹配间隔，这样，可避免在飞行初始阶段由于历时飞行地图范围较小很难与预存历史飞行地图数据进行有效匹配而导致的不必要的计算资源浪费。
在步骤S205中，在判定当前飞行区域是已知区域的情况下，根据预存历史飞行地图数据获得飞行器的定位导航数据，以根据定位导航数据进行飞行控制，然后返回再次执行步骤S201，直至飞行器完成本次飞行。
一些实施例中，对更新后历时飞行地图数据和预存历史飞行地图数据进行特征匹配，可获得更新后历时飞行地图数据的多个待匹配栅格中与预存历史飞行地图数据的相应栅格的特征匹配度满足预设条件的栅格数量。当满足预设条件的栅格数量大于预设值或预设比例时，判定更新后历时飞行地图数据与预存历史飞行地图数据匹配成功，从而确定当前飞行区域是已知区域，否则，判定更新后历时飞行地图数据与预存历史飞行地图数据匹配失败，确定当前飞行区域不是已知区域。
本实施例中，根据预存历史飞行地图数据获得所述飞行器的定位导航数据，以根据定位导航数据进行飞行控制包括：根据预存历史飞行地图数据实时生成飞行器的动态飞行航线数据，以根据动态飞行航线数据进行飞行控制；或从预存历史飞行地图数据获得预先生成的记忆飞行航线数据，以根据记忆飞行航线数据进行飞行控制。
一些具体实现中，预存历史飞行地图数据中包括GNSS定位数据，判定更新后历时飞行地图数据与预存历史飞行地图数据匹配成功后，可根据预存历史飞行地图数据中的GNSS定位数据确定飞行器的实时GNSS定位数据，从而解决飞行器的本次飞行中出现的因信号弱、丢失、被干扰等原因导致的GNSS定位数据下降甚至失效的问题。
可以理解，通过间隔性地对更新后历时飞行地图数据与预存历史飞行地图数据进行匹配，能够根据预存历史飞行地图数据持续地获得飞行器的实时GNSS定位数据。
一些实施例中，可以根据从预存历史飞行地图数据匹配获得的GNSS 定位数据实时生成飞行器的动态飞行航线数据，并根据该动态飞行航线数据进行飞行控制。动态飞行航线数据可以是当前时刻之后预设时间段内的飞行航线分段数据，可根据该飞行航线分段数据和飞行器的当前位姿生成飞行控制指令，从而控制飞行器在该预设时间段内按照该飞行航线分段数据对应的路径飞行。
一些具体实现中，预存历史飞行地图数据中包括预先生成的记忆飞行航线数据，判定更新后历时飞行地图数据与预存历史飞行地图数据匹配成功后，可从预存历史飞行地图数据获得相匹配的记忆飞行航线数据，进而根据该记忆飞行航线数据和飞行器的当前位姿生成自动飞行控制指令，从而控制飞行器在按照该记忆飞行航线数据对应的路径自动飞行。
在步骤S206中，在判定当前飞行区域不是已知区域的情况下，获得更新后历时飞行地图数据与预存历史飞行地图数据的差分地图数据。
在步骤S207中，根据差分地图数据对预存历史飞行地图数据进行更新。
若当前飞行区域不是已知区域，将差分地图数据与预存历史飞行地图数据进行融合，以更新预存历史飞行地图数据。通过这种方式，可以逐步对预存历史飞行地图数据进行升级，使预存历史飞行地图数据包括更大飞行区域的飞行地图数据。一些实施例中，历史飞行地图数据中包括记忆飞行航线数据。在判定前飞行区域不是已知区域后，根据飞行器的本次飞行的任务数据、状态数据及飞控数据，生成记忆飞行航线数据。飞行的任务数据例如可以包括起点、终点、任务时长等，飞行器的状态数据例如可以包括飞行器在航线上的轨迹点的定位数据、速度数据、加速度数据、姿态数据等，飞控数据例如可以包括飞行器的驱动电机控制数据、舵机控制数据、倾转电机控制数据等。可以理解的，所生成的记忆飞行航线数据可以是本次飞行完整航线中部分航段的数据。在飞行器完成本次飞行后，各个航段的记忆飞行数据组成完整航线的记忆飞行航线数据，可根据该记忆飞行航线数据对预存历史飞行地图数据进行更新，以供下次同样的飞行任务中调用；
可以理解的，在一些实施例中，获得差分地图数据后，将差分地图数据上传至云端服务器，以使云端服务器更新共享历史飞行地图数据。进一步实施例中，在获得在记忆飞行航线数据后，可将记忆飞行航线数据上传至云端服务器，以使云端服务器更新共享历史飞行地图数据，以供其他飞行器在同样的飞行任务中调用。
一些实施例中，飞行器可以自动根据该记忆飞行航线数据对预存历史飞行地图数据进行更新，或者，也可以输出用户提示选项以供用户确认是否进行更新。
一些实施例中，预先设置可存储的记忆飞行航线的数量，从而限制预存历史飞行地图数据中存储的记忆飞行航线数量。例如设置可存储的记忆飞行航线的数量为5条，当生成第6条记忆飞行航线数据时，可以删除预存历史飞行地图数据的指定的一条或最旧的一条记忆飞行航线，以维持预设的存储数量，节约飞行器的存储空间。
图4是本申请一实施例的计算设备的结构示意图。参见图4，计算设备400包括存储器410和处理器420。
处理器420可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器410可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)，和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器420或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器410可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器 410可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等等)、磁性软盘等等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。
存储器410上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器420处理时，可以使处理器420执行上文述及的方法中的部分或全部。
图5是本申请一实施例示出的飞行器定位导航系统的结构示意图。
参见图5，一种飞行器定位导航系统，包括上述的计算设备400；以及
执行单元500，用于执行飞行控制指令，以使飞行器向目标瓦片对应的地面区域内下降，其中，飞行控制指令是根据计算设备400所获得的定位导航数据生成的。
可以理解的，一些实施例中，计算设备400是飞行控制器。另一些实施例中，计算设备是专用于上述定位导航方法的数据处理设备，在获得定位导航结果后将结果输出到飞行控制器。
在一实施例中，计算设备400获得在飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据，根据实时飞行地图数据中的地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域，若判定当前飞行区域是已知区域，根据预存历史飞行地图数据获得飞行器的定位导航数据。
在一实施例中，计算设备400获得在飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据包括：
获得时间上对齐的飞行器的航测地形数据、及飞行器的状态参数；其中，飞行器的航测地形数据包括雷达探测地形起伏数据，飞行器的状态参数包括飞行器的实时位姿数据；
根据航测地形数据和状态参数，生成栅格类型的实时飞行地图数据，栅格类型的实时飞行地图数据包括栅格位置数据、及栅格对应地形特征数据，其中，栅格位置数据包括根据实时位姿数据获得的栅格位置估计数据，地形特征数据包括根据所述雷达探测地形起伏数据获得的雷达物体识别标签。
在一实施例中，计算设备400根据实时飞行地图数据中的所述地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域，包括：
根据实时飞行地图数据中的地形特征数据确定待匹配栅格；
对实时飞行地图数据中与待匹配栅格对应的飞行地图数据与预存历史飞行地图数据进行特征匹配；
根据特征匹配的结果判断当前飞行区域是否为飞行器已飞过区域或是否为飞行地图数据共享区域。
在一实施例中，计算设备400根据预存历史飞行地图数据获得飞行器的定位导航数据，以根据定位导航数据进行飞行控制包括：根据预存历史飞行地图数据实时生成飞行器的动态飞行航线数据，以根据动态飞行航线数据进行飞行控制。
在一实施例中，计算设备400根据预存历史飞行地图数据获得飞行器的定位导航数据，以根据定位导航数据进行飞行控制包括：从预存历史飞行地图数据获得预先生成的记忆飞行航线数据，以根据记忆飞行航线数据进行飞行控制。
图6是本申请另一实施例示出的飞行器定位导航系统的结构示意图。
参见图6，一种飞行器定位导航系统，包括：上述的计算设备400、以及执行单元500、高度计600、航测地形探测装置700、惯性测量单元 800。
高度计600，用于在飞行器飞行过程中采集飞行器的实时对地高度；
航测地形探测装置700，用于在飞行器飞行过程中采集地形数据；本实施例中，航测地形控制装置700包括激光雷达710；
惯性测量单元800，用于在飞行器飞行过程中采集飞行器的实时位姿数据。
一些实施例中，航测地形探测装置还包括图像采集装置720，用于在飞行器飞行过程中实时采集地面图像，以获得作为实时飞行地图数据一部分的地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据。
一些实施例中，飞行器还包括GNSS定位模块900，用于在飞行器飞行过程中获得飞行器的GNSS位置数据，以获得作为实时飞行地图数据一部分的栅格对应GNSS定位数据。
本申请还提供一种飞行器，包括如上所述的飞行器定位导航系统。
关于上述实施例中的飞行器定位导航系统，其中各个模块、装置或单元执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不再做详细阐述说明。
此外，根据本申请的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本申请的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。
或者，本申请还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质(或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被电子设备(或电子设备、服务器等)的处理器执行时，使处理器执行根据本申请的上述方法的各个步骤的部分或全部。
以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (13)

1.一种飞行器的定位导航方法，其特征在于，包括：
获得在所述飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据，所述实时飞行地图数据中包括地形数据；其中，获得时间上对齐的所述飞行器的航测地形数据、及所述飞行器的状态参数；根据所述航测地形数据和状态参数，生成栅格类型的实时飞行地图数据，所述栅格类型的实时飞行地图数据包括栅格位置数据、及栅格对应地形特征数据；
根据所述实时飞行地图数据中的所述地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域；
若判定所述当前飞行区域是已知区域，根据所述预存历史飞行地图数据获得所述飞行器的定位导航数据，以根据所述定位导航数据进行飞行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞行器的航测地形数据包括雷达探测地形起伏数据，所述飞行器的状态参数包括飞行器的实时位姿数据；
所述栅格位置数据包括根据所述实时位姿数据获得的栅格位置估计数据，所述地形特征数据包括根据所述雷达探测地形起伏数据获得的雷达物体识别标签。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述地形特征数据还包括先验地理位置数据；和/或，
所述航测地形数据还包括与所述雷达探测地形起伏数据在时间上和空间上对齐的地面图像数据，所述地形特征数据还包括根据所述地面图像数据获得的地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据；和/或，
所述飞行器的状态参数还包括飞行器的全球导航卫星系统GNSS定位数据，所述栅格位置数据还包括栅格对应GNSS定位数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述实时飞行地图数据中的所述地形数据和预存历史飞行地图数据判断当前飞行区域是否为已知区域，包括：
根据所述实时飞行地图数据中的地形特征数据确定待匹配栅格；
对所述实时飞行地图数据中与所述待匹配栅格对应的飞行地图数据与预存历史飞行地图数据进行特征匹配；
根据所述特征匹配的结果判断当前飞行区域是否为所述飞行器已飞过区域，或是否为与当前飞行器共享的其他飞行器已飞过并生成的飞行地图数据共享区域。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述获得在所述飞行器的本次飞行中生成的实时飞行地图数据包括：
获得在所述飞行器的本次飞行中生成的当前帧飞行地图数据和当前帧之前的历时飞行地图数据；
将所述当前帧飞行地图数据和所述历时飞行地图数据进行融合，获得包含当前帧的历时飞行地图数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将在所述飞行器的本次飞行中生成的当前帧飞行地图数据和当前帧之前的历时飞行地图数据进行融合，包括：
对在所述飞行器的本次飞行中生成的当前帧飞行地图数据进行压缩处理，以将三维栅格类型的数据转化为二维栅格类型数据，且保留所述当前帧飞行地图数据中的地形特征信息；
将二维栅格类型的当前帧飞行地图数据和二维栅格类型的当前帧之前的历时飞行地图数据进行融合。
7.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若判定所述当前飞行区域不是已知区域，获得所述实时飞行地图数据与所述预存历史飞行地图数据的差分地图数据；
根据所述差分地图数据对所述预存历史飞行地图数据进行更新；和/或，将所述差分地图数据上传至云端服务器，以使所述云端服务器更新共享历史飞行地图数据。
8.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述预存历史飞行地图数据获得所述飞行器的定位导航数据，以根据所述定位导航数据进行飞行控制，包括：
根据所述预存历史飞行地图数据实时生成所述飞行器的动态飞行航线数据，以根据所述动态飞行航线数据进行飞行控制；或
从所述预存历史飞行地图数据获得预先生成的记忆飞行航线数据，以根据所述记忆飞行航线数据进行飞行控制。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，若判定所述当前飞行区域不是已知区域，所述方法还包括：
根据所述飞行器的本次飞行的任务数据、状态数据、及飞控数据中的部分或全部，生成记忆飞行航线数据；
根据所述记忆飞行航线数据对所述预存历史飞行地图数据进行更新；和/或，将所述记忆飞行航线数据上传至云端服务器，以使所述云端服务器更新所述云端历史飞行地图数据。
10.一种计算设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至9任一项所述的方法。
11.一种飞行器定位导航系统，其特征在于，包括：
如权利要求10所述的计算设备；以及
执行单元，用于执行飞行控制指令，其中，所述飞行控制指令是根据所述计算设备所获得的定位导航数据生成的。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
高度计，用于在所述飞行器飞行过程中采集飞行器的实时对地高度；
航测地形探测装置，用于在所述飞行器飞行过程中采集地形数据；所述航测地形控制装置包括激光雷达；
惯性测量单元，用于在所述飞行器飞行过程中采集飞行器的实时位姿数据。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：
所述航测地形探测装置还包括图像采集装置，用于在所述飞行器飞行过程中实时采集地面图像，以获得作为实时飞行地图数据一部分的地形视觉特征数据和/或地形视觉语义特征数据；和/或，
所述系统还包括GNSS定位模块，用于在所述飞行器飞行过程中获得飞行器的GNSS位置数据，以获得作为实时飞行地图数据一部分的栅格对应GNSS定位数据。
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