一種無人機搜索目標(biāo)快速定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人機搜索目標(biāo)快速定位方法。本方法采用一架搜索無人機搜索曠野中目標(biāo)，通過自身無線系統(tǒng)傳輸可視圖像進(jìn)行目標(biāo)鎖定，通過特定航行軌跡配合無人機多點視角切換和所處的姿態(tài)信息、高度信息和GPS定位信息進(jìn)行多點定位迭代計算來快速獲得曠野目標(biāo)的具體定位信息。本搜索定位方法可廣泛適用于無人機目標(biāo)搜索的目標(biāo)定位。
【專利說明】一種無人機搜索目標(biāo)快速定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉機器人搜索領(lǐng)域，特別是涉及一種無人機搜索目標(biāo)快速定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無人機應(yīng)用的推廣，曠野目標(biāo)搜索逐步成為一種應(yīng)用熱點。
[0003] 曠野目標(biāo)搜索中，目標(biāo)定位的快速性和準(zhǔn)確性是目標(biāo)搜索定位的重要評定指標(biāo)。
[0004]目前在現(xiàn)有技術(shù)的無人機搜索定位中，有些采用單機搜索定位，但是姿態(tài)傳感傳 感器、GPS定位系統(tǒng)等存在誤差，使得單機定位精度不高的結(jié)果。
[0005] 有些場合采用多機、雙機搜索，存在成本高、資源浪費等缺點。
[0006] 在多機搜索中采用視覺定位過程中，圖像數(shù)據(jù)為平面兩位數(shù)據(jù)且無法有效確立精 確的視角，為目標(biāo)精確定位帶來困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種無人機單機搜索目標(biāo)的 快速定位方法，實現(xiàn)成本低、計算簡單、快速快，精度高。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的構(gòu)思是：本發(fā)明采用一架無人機系統(tǒng)進(jìn)行搜索定 位，采用目標(biāo)鎖定后的垂直、平移、直飛的多點特定動作視角切換和坐標(biāo)定位，配合在完成 相同視角鎖定目標(biāo)情況下的無人機捷聯(lián)慣導(dǎo)信息、GPS信息、高度信息和視角信息進(jìn)行數(shù)據(jù) 融合迭代定位計算，最終快速精確計算曠野目標(biāo)的定位信息。
[0009] 根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種無人機搜索目標(biāo)快速定位方法，其特征在于：采用一架搜索無人機搜索曠野目標(biāo) 信息，通過無線傳輸給所述接收基站，由接收基站進(jìn)行目標(biāo)定位迭代計算，快速精確獲得目 標(biāo)定位信息。
[0010] 上述搜索無人機包括一個無人機飛行機構(gòu)、一個捷聯(lián)慣導(dǎo)傳感系統(tǒng)、一個高清攝 像機、一個高度傳感器、一個GPS定位系統(tǒng)、一個中央控制器和一個無線通訊系統(tǒng)，所述中 央控制器分別與所述捷聯(lián)慣導(dǎo)傳感系統(tǒng)、高清攝像機、高度傳感器、GPS定位系統(tǒng)、中央控制 器和無線通訊系統(tǒng)相連，并一起安裝在所述無人機飛行機構(gòu)之上，所述高清攝像機安裝固 定在所述無人機飛行機構(gòu)，中心視角預(yù)先測量確定。
[0011] 上述接收基站主要用于接收所述搜索無人機的捷聯(lián)慣導(dǎo)信息、高度信息、GPS定位 信息和視角信息，控制無人機完成多點特定航跡巡航和定位，根據(jù)多點信息迭代計算，來確 定快速搜索目標(biāo)的坐標(biāo)。
[0012] 上述多點信息迭代計算方法是通過所述無人機鎖定目標(biāo)后獲得無人機垂直、平移 和直飛的多點特定動作視角切換和坐標(biāo)定位，完成相同視角鎖定目標(biāo)情況下所處的捷聯(lián)慣 導(dǎo)信息、高度信息、GPS定位信息和視角信息進(jìn)行定位迭代三角計算，獲得曠野目標(biāo)的具體 定位信息。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著進(jìn)步：本 發(fā)明采用單機視覺定位配合捷聯(lián)慣導(dǎo)信息、高度信息、GPS定位信息，通過特定動作視角切 換和坐標(biāo)定位，采用迭代三角計算獲得曠野目標(biāo)的具體定位信息。
[0014] 本發(fā)明的目標(biāo)搜索定位方法可廣泛適用于無人機目標(biāo)搜索定位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 附圖1是本發(fā)明一個實施例的框圖。
[0016] 附圖2是圖1示例中搜索無人機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 附圖3是本發(fā)明的迭代三角計算算法示意圖。
[0018]

【具體實施方式】 本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下： 實施例一： 如圖1所示，在本無人機搜索目標(biāo)快速定位方法：采用兩架搜索無人機（1)搜索曠野目 標(biāo)信息，通過無線傳輸給接收基站（2)，由接收基站（2)進(jìn)行目標(biāo)定位迭代計算，快速精確 獲得目標(biāo)定位息。
[0019] 實施例二： 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下： 參見圖2,所述搜索無人機（1)包括一個無人機飛行機構(gòu)（101)、一個捷聯(lián)慣導(dǎo)傳感系 統(tǒng)（102)、一個高清攝像機（103)、一個高度傳感器（104)、一個GPS定位系統(tǒng)（105)、一個 中央控制器（106)和一個無線通訊系統(tǒng)（107)，所述中央控制器（106)分別與所述捷聯(lián)慣 導(dǎo)傳感系統(tǒng)（102)、高清攝像機（103)、高度傳感器（104)、GPS定位系統(tǒng)（105)、中央控制器 (106)和無線通訊系統(tǒng)（107)相連，并一起安裝在所述無人機飛行機構(gòu)（101)之上，所述高 清攝像機（103)安裝固定在所述無人機飛行機構(gòu)（101)，中心視角預(yù)先測量確定。
[0020]參見圖3,所述多點信息迭代計算方法的具體操作步驟如下： ① 設(shè)在三維坐標(biāo)圖中目標(biāo)為T點,無人機起始點為A; ② 通過捷聯(lián)慣導(dǎo)信息對GPS定位信息進(jìn)行校正計算出無人機所處各點的GPS定位信 息； ③ 在目標(biāo)鎖定情況下，記錄目標(biāo)鎖定視角點，無人機鎖定目標(biāo)后對應(yīng)視角為ZA'AT， 其中A'為所述無人機鎖定目標(biāo)后的位置點，獲得視角角度過程中通過姿態(tài)角度信息進(jìn)行 修正，以保證鎖定視角的參考坐標(biāo)為地面三維坐標(biāo)系，且無姿態(tài)角偏差。記錄A的GPS坐標(biāo) 和高度，得A(xa,ya,ha),其中xa,ya,ha為A點的三維坐標(biāo)值； ④ 無人機偏轉(zhuǎn)一定角度后保持航行角度β，保持A的相同高度水平移動1距離后到Bl 點，記錄Bl的GPS坐標(biāo)和高度，得Bl點三維坐標(biāo)（xb,yb,ha); ⑤ 無人機在BI點垂直下降hi到達(dá)B點，使得目標(biāo)在無人機圖像中的對應(yīng)點相同，即視 角相同（ZA7AT=ZI^BT)，記錄13點坐標(biāo)（xb，yb，ha_hl); ⑥ 保持航行角度β，保持B的相同高度水平移動1距離到達(dá)Cl后垂直下降h2到達(dá)C 點，使得目標(biāo)在無人機圖像中的對應(yīng)點相同，即視角相同（ZA'AT=ZB'BT=ZC'CT)， 記錄C點坐標(biāo)（xc,yc,ha_hl_h2); ⑦ 根據(jù)三維坐標(biāo)圖中已確定A、B、C、A1、B1和Cl的GPS坐標(biāo)和高度，通過三角形投影和 三角形相似的三角坐標(biāo)計算，可在不必知道具體目標(biāo)鎖定視角ZA'AT、ZB'BT、ZC' CT的精確大小的情況下，就可以精確獲得目標(biāo)T的GPS定位坐標(biāo)； ⑧具體計算如下： i) 根據(jù)三角形投影，可以獲得： ArBrI=IabiI=I (i) B'c' =IbciI=I ⑵ ii) 根據(jù)ZA'AT=ZB'BT=ZC'CT，直角三角形ZA'AT與ZB'BT三角形 相似，直角三角形」CCT與」BT三角形相似。
[0021] iii)根據(jù)三角形相似原理，可以獲得：

【權(quán)利要求】
1. 一種無人機搜索目標(biāo)快速定位方法，其特征在于：采用一架搜索無人機（1)搜索曠 野目標(biāo)信息，通過無線傳輸給接收基站（2)，由接收基站（2)進(jìn)行目標(biāo)定位迭代計算，快速 精確獲得目標(biāo)定位息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機搜索目標(biāo)快速定位方法，其特征在于：所述搜索無 人機（1)包括一個無人機飛行機構(gòu)（101 )、一個捷聯(lián)慣導(dǎo)傳感系統(tǒng)（102)、一個高清攝像機 (103)、一個高度傳感器（104)、一個GPS定位系統(tǒng)（105)、一個中央控制器（106)和一個無線 通訊系統(tǒng)（107)，所述中央控制器（106)分別與所述捷聯(lián)慣導(dǎo)傳感系統(tǒng)（102)、高清攝像機 (103)、高度傳感器（104)、GPS定位系統(tǒng)（105)、中央控制器（106)和無線通訊系統(tǒng)（107)相 連，并一起安裝在所述無人機飛行機構(gòu)（101)之上，所述高清攝像機（103)安裝固定在所述 無人機飛行機構(gòu)（101 )，中心視角預(yù)先測量確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機搜索目標(biāo)快速定位方法，其特征在于：所述接收基站 (2)主要用于接收所述搜索無人機（1)的捷聯(lián)慣導(dǎo)信息、高度信息、GPS定位信息和視角信 息，控制無人機完成多點特定航跡巡航和定位，根據(jù)多點信息迭代計算，來確定快速搜索目 標(biāo)的坐標(biāo)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人機搜索目標(biāo)快速定位方法，其特征在于：所述多點信息 迭代計算方法的具體操作步驟如下： ① 設(shè)在三維坐標(biāo)圖中目標(biāo)為T點,無人機起始點為A; ② 通過捷聯(lián)慣導(dǎo)信息對GPS定位信息進(jìn)行校正計算出無人機所處各點的GPS定位信 息； ③ 在目標(biāo)鎖定情況下，記錄目標(biāo)鎖定視角點，無人機鎖定目標(biāo)后對應(yīng)視角為ZA'AT， 其中A'為所述無人機鎖定目標(biāo)后的位置點，獲得視角角度過程中通過姿態(tài)角度信息進(jìn)行 修正，以保證鎖定視角的參考坐標(biāo)為地面三維坐標(biāo)系，且無姿態(tài)角偏差；記錄A的GPS坐標(biāo) 和高度，得A(xa,ya,ha),其中xa,ya,ha為A點的三維坐標(biāo)值； ④ 無人機偏轉(zhuǎn)一定角度后保持航行角度β，保持A點的相同高度水平移動1距離后到 Bl點，記錄Bl的GPS坐標(biāo)和高度，得Bl點三維坐標(biāo)（xb，yb，ha); ⑤ 無人機在BI點垂直下降hi到達(dá)B點，使得目標(biāo)在無人機圖像中的對應(yīng)點相同，即視 角相同（ZA7AT=ZI^BT)，記錄13點坐標(biāo)（xb，yb，ha_hl); ⑥ 無人機保持航行角度β，保持B點的相同高度水平移動1距離到達(dá)Cl后垂直下 降h2到達(dá)C點，使得目標(biāo)在無人機圖像中的對應(yīng)點相同，即視角相同（ZA'AT=ZB' BT=ZC'CT)，記錄C點坐標(biāo)（xc,yc,ha_hl_h2); ⑦ 根據(jù)三維坐標(biāo)圖中已確定A、B、C、A1、B1和Cl的GPS坐標(biāo)和高度，通過三角形投影和 三角形相似的三角坐標(biāo)計算，可在不必知道具體目標(biāo)鎖定視角ZA'AT、ZB'BT、ZC' CT和偏轉(zhuǎn)航行角度β的精確大小的情況下，就可以精確獲得目標(biāo)T的GPS定位坐標(biāo)； ⑧ 具體計算如下： i) 根據(jù)三角形投影，可以獲得： ArBrI=IabiI=I (i) B'c' =IbciI=I ⑵ ii) 根據(jù)ZA'AT=ZB'BT=ZC'CT，直角三角形ZA'AT與ZB'BT三角形 相似，直角三角形」CCT與」BT三角形相似； iii) 根據(jù)三角形相似原理，可以獲得：
iv) #AA> Cw IV T中，枏據(jù)會弦宙理π?以荘得
在ΛΒ' C' T中,設(shè)ZC' B' T為Qf,
V)由于1、ha、hi、h2已知，公式（1)、（2)、（3)和（4)代入公式（5)、（6)，即可以求出|A^t|、Wτ| 和τ| 以及角度β; ￥：0在1〇7平面進(jìn)行分析，在八六^1^1'中，根據(jù)點^(13，73)、1^(113,713)，以 及角度β、￡Τ: 設(shè)直線A '
C'在X0y平面的斜率為ka，則設(shè)直線T A^的斜率為kl，則
在Λ C T中，直線C在xoy平面的斜率也為ka，設(shè)直線T的斜率為 k2,則：
即可得到直線T A'的方程為：
直線T B^的方程為： y = k2(x-xb)+yb (8) 直線T和直線T的交點即為T點坐標(biāo)（xt，yt):綜合（7)、（8)得：
至此，目標(biāo)T的精確坐標(biāo)確定。
【文檔編號】G01S19/49GK104316949SQ201410590112
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】唐智杰 申請人:上海大學(xué)