本發(fā)明涉及無人機領(lǐng)域，具體涉及一種無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

無人機可以結(jié)合激光雷達(dá)、定位模塊，用于室外地形地貌的測繪。以無人機作為平臺，其上搭載激光雷達(dá)或稱激光掃描儀與定位模塊，定位模塊用于提供無人機的實時空間坐標(biāo)或縱向維度信息，激光雷達(dá)用于掃描橫向地貌信息，最終將兩者的信息結(jié)合處理，用于地形地貌的三維重建，得到三維模型，應(yīng)用于戶外目標(biāo)測繪、體積測算。

為達(dá)到一定的測繪精度，使測距誤差控制在±1～3cm以內(nèi)，目前的技術(shù)方案中空間定位模塊多采用雙GPS差分定位，即RTK技術(shù)。其實現(xiàn)方式是以兩個GPS模塊，分別固定于基準(zhǔn)站或稱地面站與無人機或稱移動站上，定位期間基準(zhǔn)站不移動，無人機上的GPS根據(jù)自身位置信息，結(jié)合基準(zhǔn)站提供的GPS相關(guān)信息，進(jìn)行聯(lián)合解算，最終得到無人機的實時空間坐標(biāo)。

上述方案采用GPS模塊，該模塊必須在露天、開闊地帶才能接收到GPS信號以用于定位，在室內(nèi)接收不到GPS信號，導(dǎo)致無人機無法定位并進(jìn)行測繪作業(yè)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法，解決無人機無法在室內(nèi)進(jìn)行定位的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括，激光測距儀、圖像捕獲單元、目標(biāo)識別跟蹤模塊、旋轉(zhuǎn)云臺、旋轉(zhuǎn)云臺控制單元、旋轉(zhuǎn)編碼器、終端處理模塊；

所述激光測距儀設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)云臺中心，用于測量所述旋轉(zhuǎn)云臺中心與無人機之間的距離；

所述圖像捕獲單元固定設(shè)于所述激光測距儀上，且與所述激光測距儀指向相同，所述圖像捕獲單元通過所述目標(biāo)識別跟蹤模塊與所述旋轉(zhuǎn)云臺控制單元連接，所述目標(biāo)識別跟蹤模塊用于識別所述圖像捕獲單元捕獲的圖像，并將結(jié)算結(jié)果反饋給所述旋轉(zhuǎn)云臺控制單元；

所述旋轉(zhuǎn)云臺控制單元根據(jù)所述目標(biāo)識別跟蹤模塊反饋的信息對旋轉(zhuǎn)云臺進(jìn)行調(diào)節(jié)，帶動所述激光測距儀與所述圖像捕獲單元轉(zhuǎn)動相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度和/或仰俯角度；

所述旋轉(zhuǎn)編碼器用于測量所述激光測距儀的水平角及俯仰角；

所述終端處理模塊分別與所述旋轉(zhuǎn)編碼器和所述激光測距儀連接，用于計算所述無人機的空間坐標(biāo)。

其中，所述旋轉(zhuǎn)云臺為二維旋轉(zhuǎn)云臺，用于帶動所述激光測距儀與所述圖像捕獲單元在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，所述激光測距儀與所述旋轉(zhuǎn)云臺鉸接，能夠?qū)崿F(xiàn)仰俯角度的調(diào)節(jié)。

其中，所述無人機上設(shè)有目標(biāo)指示模塊，用于所述目標(biāo)識別模塊進(jìn)行識別。

其中，所述旋轉(zhuǎn)云臺為三維旋轉(zhuǎn)云臺，所述圖像捕獲單元沿所述旋轉(zhuǎn)云臺周向設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)云臺上，所述激光測距儀可轉(zhuǎn)動的設(shè)于所述圖像捕獲單元上。

其中，所述圖像捕獲單元為多個CCD相機，多個所述CCD相機沿所述旋轉(zhuǎn)云臺的周向均布。

其中，所述CCD相機前端加裝短望遠(yuǎn)鏡。

一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：

S1、所述圖像捕獲單元捕獲無人機圖像，通過所述目標(biāo)識別跟蹤模塊識別所述無人機，并將信息反饋給旋轉(zhuǎn)云臺控制單元；

S2、所述旋轉(zhuǎn)云臺控制單元根據(jù)反饋信息對旋轉(zhuǎn)云臺進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，使得圖像捕獲單元和激光測距儀均指向無人機；

S3、所述激光測距儀測量所述旋轉(zhuǎn)云臺與所述無人機之間的距離，所述旋轉(zhuǎn)編碼器測量所述激光測距儀的水平角及俯仰角；

S4、根據(jù)激光測距儀與旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋數(shù)據(jù)，所述終端處理模塊計算所述無人機的空間坐標(biāo)；

S5、重復(fù)上述步驟，直至測量結(jié)束。

其中，步驟S2中，所述反饋信息包括所述旋轉(zhuǎn)云臺的旋轉(zhuǎn)角度和/或仰俯角度。

其中，所述旋轉(zhuǎn)云臺中心為坐標(biāo)原點。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的一種無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)，利用同向聯(lián)動的目標(biāo)識別跟蹤模塊與激光測距儀，測量與無人機之間的距離，并根據(jù)激光測距儀的水平角及俯仰角，計算所述無人機的空間坐標(biāo)。本發(fā)明還提供的一種無人機室內(nèi)定位方法，通過目標(biāo)識別跟蹤模塊識別無人機，解算旋轉(zhuǎn)方向及角度，旋轉(zhuǎn)云臺帶動激光測距儀旋轉(zhuǎn)；激光測距儀測量與無人機的距離，旋轉(zhuǎn)編碼器測量激光測距儀的水平角及俯仰角，根據(jù)激光測距儀與旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋數(shù)據(jù)，所述終端處理模塊計算所述無人機的空間坐標(biāo)。實現(xiàn)無人機在室內(nèi)的定位，使其進(jìn)行測繪作業(yè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種無人機室內(nèi)定位方法的流程框圖；

附圖標(biāo)記說明

1-旋轉(zhuǎn)云臺；2-激光測距儀；3-目標(biāo)識別跟蹤模塊；4-無人機；5-頻閃光源；6-CDD相機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實施例1

如圖1所示，一種無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括，激光測距儀2、目標(biāo)識別跟蹤模塊3、旋轉(zhuǎn)云臺1、旋轉(zhuǎn)編碼器、終端處理模塊；

激光測距儀2設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)云臺1中心，并與所述旋轉(zhuǎn)云臺1鉸接，用于調(diào)節(jié)所述激光測距儀的仰俯角度。

本實施例中的圖像捕獲單元選擇CDD相機6，CDD相機6固定設(shè)于所述激光測距儀2上，且與所述激光測距儀2的指向相同，即CDD相機6的鏡頭中心與所述激光測距儀2指向相同，且在旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)時，CDD相機6與所述激光測距儀2旋轉(zhuǎn)相同的角度。目標(biāo)識別跟蹤模塊3與CDD相機6連接，設(shè)于所述激光測距儀2上。

旋轉(zhuǎn)云臺1為二維旋轉(zhuǎn)平臺，具有水平面的角度調(diào)節(jié)能力，帶動激光測距儀2轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度。

具體的，CCD相機6對無人機4圖像進(jìn)行捕捉，并將圖像傳遞到目標(biāo)識別跟蹤模塊3。目標(biāo)識別跟蹤模塊3能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)與背景的區(qū)分、識別，并判別目標(biāo)在CCD相機6視野中的偏向，并根據(jù)圖像中無人機4的位置，計算激光測距儀2旋轉(zhuǎn)方向及角度，并將信息反饋給旋轉(zhuǎn)云臺控制單元。旋轉(zhuǎn)云臺控制單元控制旋轉(zhuǎn)云臺1轉(zhuǎn)動，使得無人機4位于CCD相機6視野的正中心；因為CCD相機6與激光測距儀2固定于旋轉(zhuǎn)云臺1上，能夠?qū)崿F(xiàn)同向聯(lián)動，由此也實現(xiàn)激光測距儀2指向無人機4。CCD相機再次獲得圖像，其中，為使目標(biāo)清晰，前端加裝短望遠(yuǎn)鏡，反饋給目標(biāo)識別跟蹤模塊，并持續(xù)調(diào)節(jié)，使得無人機始終位于圖像的正中心,使得激光測距儀可以實時對準(zhǔn)無人機。

進(jìn)一步的，為了便于目標(biāo)自動識別跟蹤模塊3捕捉到無人機4。無人機4上搭載有目標(biāo)指示模塊，目標(biāo)指示模塊為頻閃光源5或紅外光源，當(dāng)目標(biāo)指示模塊為紅外光源時，圖像捕捉單元為紅外照相機。

終端處理模塊分別與所述旋轉(zhuǎn)編碼器和所述激光測距儀2連接，用于計算所述無人機4的空間坐標(biāo)。具體的，以激光測距為基礎(chǔ)，旋轉(zhuǎn)云臺1的中心，即激光測距儀2所在位置設(shè)為坐標(biāo)原點，設(shè)X軸為正北向，若激光測距儀2能捕捉到無人機4，設(shè)其坐標(biāo)為x₁,y₁,z₁,，且測到的斜距為L，斜距L在XY平面內(nèi)的投影與X軸夾角為α，斜距L與XY平面夾角為θ，根據(jù)三角關(guān)系，可以算得(x₁,y₁,z₁)的值，即達(dá)到室內(nèi)定位目的。

本實施例提供的一種無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)，利用同向聯(lián)動的目標(biāo)識別跟蹤模塊與激光測距儀，測量與無人機之間的距離，并根據(jù)激光測距儀的水平角及俯仰角，計算所述無人機的空間坐標(biāo)。實現(xiàn)無人機在室內(nèi)的定位，使其進(jìn)行測繪作業(yè)。

實施例2

本實施例與實施例1基本相同，為了描述的簡要，在本實施例的描述過程中，不再描述與實施例1相同的技術(shù)特征，僅說明本實施例與實施例1不同之處：所述旋轉(zhuǎn)云臺為三維旋轉(zhuǎn)云臺，所述圖像捕獲單元沿所述旋轉(zhuǎn)云臺周向設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)云臺上，所述激光測距儀可轉(zhuǎn)動的設(shè)于所述圖像捕獲單元上。所述圖像捕獲單元為多個CCD相機，多個所述CCD相機沿所述旋轉(zhuǎn)云臺的周向均布。

本實施例中的無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)包括6個CCD相機，6個所述CCD相機沿所述旋轉(zhuǎn)云臺的周向均布，實現(xiàn)全景圖像捕捉。所述激光測距儀設(shè)于所述CCD相機上，能夠?qū)崿F(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)云臺具有水平面的角度調(diào)節(jié)能力及俯仰角調(diào)節(jié)能力，能帶動CCD相機及激光測距儀進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)和俯仰角度的調(diào)節(jié)。

具體的，當(dāng)6個CCD相機對圖像進(jìn)行捕捉，并將數(shù)據(jù)傳送至目標(biāo)識別跟蹤模塊，目標(biāo)識別跟蹤模塊能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)與背景的區(qū)分，識別無人機在CCD相機視野中的偏向，并設(shè)定其中一個最接近視野中心的CCD相機為基準(zhǔn)相機。根據(jù)圖像中無人機的位置，計算基準(zhǔn)相機的旋轉(zhuǎn)方向及角度，并將信息反饋給旋轉(zhuǎn)云臺控制單元。旋轉(zhuǎn)云臺控制單元控制旋轉(zhuǎn)云臺轉(zhuǎn)動，使得無人機位于基準(zhǔn)相機視野的正中心。所述激光測距儀在控制單元的作用下轉(zhuǎn)動，與所述基準(zhǔn)相機的指向相同，測得與無人機之間的距離。

本實施例中提供的一種無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)，通過設(shè)置多個圖像捕捉單元，能夠更加快速的捕捉到無人機。旋轉(zhuǎn)云臺帶動圖像捕捉單元轉(zhuǎn)動，使無人機位于視野中心。通過設(shè)置激光測距儀可轉(zhuǎn)動的設(shè)于所述CDD相機上，使的激光測距儀與基準(zhǔn)相機指向相同，實現(xiàn)激光測距儀捕捉到無人機，并測量之間的距離。并根據(jù)激光測距儀的水平角及俯仰角，計算所述無人機的空間坐標(biāo)。實現(xiàn)無人機在室內(nèi)的定位，使其進(jìn)行測繪作業(yè)。

本申請還提供一種種無人機室內(nèi)定位方法，包括以下步驟：

S1、所述圖像捕獲單元捕獲無人機圖像，通過所述目標(biāo)識別跟蹤模塊識別所述無人機，并將信息反饋給旋轉(zhuǎn)云臺控制單元；

CDD相機對無人機圖像進(jìn)行捕捉，并將圖像傳遞到目標(biāo)識別跟蹤模塊。目標(biāo)識別跟蹤模塊實現(xiàn)對無人機的識別，并根據(jù)圖像中無人機的位置，計算激光測距儀旋轉(zhuǎn)方向及角度，并將信息反饋給旋轉(zhuǎn)云臺控制單元。

S2、所述旋轉(zhuǎn)云臺控制單元根據(jù)反饋信息對旋轉(zhuǎn)云臺進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，使得圖像捕獲單元和激光測距儀均指向無人機；

旋轉(zhuǎn)云臺控制單元根據(jù)目標(biāo)識別跟蹤模塊反饋的信息，帶動所述激光測距儀轉(zhuǎn)動相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度及仰俯角度；使得無人機位于CCD相機視野的正中心；因為CCD相機與激光測距儀固定于旋轉(zhuǎn)云臺上，能夠?qū)崿F(xiàn)同向聯(lián)動，由此也實現(xiàn)激光測距儀指向無人機

S3、所述激光測距儀測量所述旋轉(zhuǎn)云臺與所述無人機之間的距離，所述旋轉(zhuǎn)編碼器測量所述激光測距儀的水平角及俯仰角；

S4、根據(jù)激光測距儀與旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋數(shù)據(jù)，所述終端處理模塊計算所述無人機的空間坐標(biāo)；

設(shè)置所述旋轉(zhuǎn)云臺中心為坐標(biāo)原點，正北方向為X軸正方向，正東方向為Y軸正方向，豎直向上為Z軸正方向。根據(jù)旋轉(zhuǎn)云臺中心與無人機的距離及激光測距儀的水平角及俯仰角，終端處理模塊計算所述無人機的空間坐標(biāo)后。

S5、重復(fù)上述步驟，直至測量結(jié)束。

CCD相機再次獲得圖像，反饋給目標(biāo)識別跟蹤模塊，并持續(xù)調(diào)節(jié)，使得無人機始終位于圖像的正中心,使得激光測距儀可以實時對準(zhǔn)無人機。

本實施例提供的一種無人機室內(nèi)定位方法，通過目標(biāo)識別跟蹤模塊設(shè)識別無人機，解算旋轉(zhuǎn)方向及角度，旋轉(zhuǎn)云臺帶動激光測距儀旋轉(zhuǎn)；激光測距儀測量與無人機的距離，旋轉(zhuǎn)編碼器測量其水平角及俯仰角，根據(jù)激光測距儀與旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋數(shù)據(jù)，所述終端處理模塊計算所述無人機的空間坐標(biāo)。實現(xiàn)無人機在室內(nèi)的定位，使其進(jìn)行測繪作業(yè)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。