一种无人机航摄站点坐标求解装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人机航摄站点坐标求解装置，包括无人机搭载机构和地面基准站，无人机搭载机构上设置有机载GPS接收机和航摄数据采集单元，地面基准站上设置有地面GPS接收机和计算机，所述机载GPS接收机包括第一微控制器、飞机GPS天线、飞机GPS芯片和飞机GPS数据存储器；所述航摄数据采集单元包括航摄相机和存储卡；所述地面GPS接收机包括第二微控制器、地面GPS天线、地面GPS芯片和地面GPS数据存储器。本发明专利技术还公开了一种无人机航摄站点坐标求解方法。本发明专利技术通过GPS飞行轨迹约束自由网下飞行轨迹，采用事后计算，不需要使用信号线进行连接，能够避免航摄相机和GPS设备之间因为信号影响产生的同步误差。

Device and method for solving coordinate of unmanned aerial vehicle aerial station

The invention discloses a UAV site coordinates device, including UAV with mechanism and ground base station, the UAV carrying mechanism is provided with organic GPS receiver aerial and ground base station data acquisition unit is arranged on the surface of GPS receiver and computer, the airborne receiver includes a first micro controller, GPS the plane GPS aircraft and aircraft antenna, GPS chip GPS data memory; the data acquisition unit includes aerial aerial camera and memory card; the ground receiver comprises second GPS microcontroller, GPS chip, GPS antenna ground ground and ground GPS data memory. The invention also discloses a coordinate solution method for unmanned aerial vehicle air station. The GPS flight trajectory constraint free network under the flight path, the post calculation does not require the use of the signal lines are connected, can avoid synchronization error because the signal influence between aerial camera and GPS equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机航摄站点坐标求解装置及方法
本专利技术属于航空摄影测量
，具体涉及一种无人机航摄站点坐标求解装置及方法。
技术介绍
近年来，轻小型测绘无人机以其成本低、灵活机动强、获取的影像分辨率高等特点，已广泛应用在应急测绘数据获取、海岛礁测绘、困难地区测绘等领域，是我国测绘航摄的重要手段和装备。GPS辅助空中三角形测量技术是提高无人机的作业效率的常用手段，为了实现GPS辅助空中三角形测量，就必须能够实现GPS设备与航测相机之间的同步，在现有的无人机航空摄影技术中，为了实现航摄相机与GPS设备的同步所采用的主要解决方案有以下三种：一、利用Y型线，将航摄相机和GPS设备并联到一起，但是由于GPS设备得到的信号时刻并不是航摄相机曝光的时刻，由于快门打开的时间并不是确定的，周围环境的改变相应的快门曝光时间也会有变化，造成GPS设备获取的时间精度误差大，从而影响到曝光点的坐标精度；二、通过航摄相机闪光灯的信号实现航摄相机和GPS设备的同步，这种方式在一定程度上提高了同步的精度，使得时间误差仅仅存在于航摄相机快门曝光的误差，有较高的精度；三、从航摄相机CCD处直接获得航摄相机曝光瞬间的信号，将此信号供给GPS设备，这种方式是精度最好的方式，能够直接获取航摄相机感光瞬间的信号，从而精确求得摄站点的坐标，但是这种方式需要专业的航摄相机才能够实现对于一般测绘公司来说应用成本过高。为了解决上述问题，提出了一种航摄相机和GPS设备独立工作的无人机航摄站点坐标求解装置，通过GPS设备测量的飞行轨迹约束航摄相机测量得到的飞行相似轨迹，可算出航摄相机曝光点的坐标，不需要使用信号线进行连接，能够避免航摄相机和GPS设备之间因为信号影响产生的同步误差，同时也能降低硬件使用时的难度，使用效果好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无人机航摄站点坐标求解装置及方法，其结构简单、设计合理，通过GPS设备测量的GPS飞行轨迹约束航摄相机测量得到的自由网下飞行轨迹，采用事后计算的方法来获取摄站点坐标，不需要使用信号线进行连接，能够避免航摄相机和GPS设备之间因为信号影响产生的同步误差，实用性强，使用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种无人机航摄站点坐标求解装置，其特征在于：包括无人机搭载机构和地面基准站，所述无人机搭载机构上设置有机载GPS接收机和航摄数据采集单元，所述地面基准站上设置有地面GPS接收机和用于进行数据处理的计算机，所述机载GPS接收机包括第一微控制器和飞机GPS天线，所述飞机GPS天线与第一微控制器之间接有飞机GPS芯片，所述第一微控制器接有飞机GPS数据存储器，所述飞机GPS数据存储器与计算机通过通信接口连接；所述航摄数据采集单元包括用于采集测区影像信息的航摄相机和用于存储航摄相机信息的存储卡，所述存储卡与计算机通过通信接口连接；所述地面GPS接收机包括第二微控制器和地面GPS天线，所述地面GPS天线和第二微控制器之间接有地面GPS芯片，所述第二微控制器接有地面GPS数据存储器，所述地面GPS数据存储器与计算机通过通信接口连接。上述的一种无人机航摄站点坐标求解装置，其特征在于：所述飞机GPS天线和飞机GPS芯片采用屏蔽线连接，所述地面GPS天线和地面GPS芯片采用屏蔽线连接。上述的一种无人机航摄站点坐标求解装置，其特征在于：所述通信接口为USB接口。利用上述的装置进行航摄站点坐标求解的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、GPS测量的飞行轨迹获取：步骤101、机载GPS数据获取：步骤1011、获取无人机与卫星之间的伪距：利用飞机GPS天线和飞机GPS芯片获取卫星发出的与无人机位置相关的GPS信号：其中i表示卫星的个数且i≥3，表示飞机GPS天线与第i颗卫星之间的伪距，C表示电磁波的传播速度，dδu表示飞机GPS芯片的时钟偏差；表示第i颗卫星的时钟偏差；表示第i颗卫星的星历引起的机载GPS数据误差；dρuion表示高空大气层中电离层效应引起的机载GPS数据偏差；dρutrop表示高空大气层中对流层时延引起的机载GPS数据偏差；dMu表示多路径效应引起的机载GPS数据偏差；vu表示机载GPS接收机的噪声值，表示计算得到的无人机与第i颗卫星之间的真实距离，其中，(xu，yu，zu)表示飞机GPS天线的坐标位置，表示第i颗卫星的坐标位置；步骤1012、将步骤1011中获得的GPS信号存储在飞机GPS数据存储器中；步骤102、地面GPS数据获取：步骤1021、获取地面基准站与卫星之间的伪距：利用地面GPS天线和地面GPS芯片获取卫星发出的与地面基准站位置相关的距离信号：其中，表示测量到的地面基准站与第i颗卫星之间的伪距，表示计算得到的地面基准站到第i颗卫星的真实距离；dδb表示地面GPS芯片的时钟偏差；表示第i颗卫星的时钟偏差；表示第i颗卫星的星历引起的地面GPS数据误差；dρbion表示电离层效应引起的地面GPS数据偏差；dρbtrop表示对流层时延引起的地面GPS数据偏差；dMb表示多路径效应引起的地面GPS数据偏差；vb表示地面GPS接收机噪声值；步骤1022、将步骤2011中获得的数据存储在地面GPS数据存储器中；步骤103、伪距修正：步骤1031、获取伪距修正值：计算机调用地面GPS数据存储器中的数据，进行计算：其中表示地面基准站测得的地面基准站与第i颗卫星之间的伪距修正值；步骤1032、改正无人机与卫星之间的伪距：当无人机距离地面基准站的距离小于1000km时，dρuion≈dρbion，dρutrop≈dρbtrop，设Δdρ＝C(dδu-dδb)+(dMu-dMb)+(vu-vb)，因此，步骤104、获得GPS飞行轨迹：求解得到：GPS飞行轨迹U(t)＝(xu,yu,zu)，步骤二、自由网情况下飞行轨迹的获取：步骤201、影像信息获取：利用航摄相机对相应的像点摄像得到像点照片，并存储在存储卡中，计算机利用立体设备求得像点照片的像点坐标(xj,yj)，通过工作人员在测区地面采集测区地面点影像信息(Xj,Yj,Zj)，其中，j＝1,2，3；步骤202、计算机对影像信息进行空三处理：其中，其中，表示拍摄像点照片时无人机机头所指方向和地面的夹角，ω表示拍摄像点照片时无人机机头所指方向在地面上的投影和正北方向的夹角、κ表示拍摄像点照片时无人机机翼的倾斜角，f表示拍摄像点照片时航摄相机的焦距；步骤203、获得自由网下飞行轨迹：求解得到自由网下飞行轨迹：设S(t)＝(XS,YS,ZS)，S(t)表示自由网情况下摄站点的坐标。步骤三、空间直线参数提取：步骤301、提取GPS飞行轨迹空间直线参数：在GPS飞行轨迹U(t)上任取两个轨迹点和表示th时刻的GPS飞行轨迹点，表示th+1时刻的GPS飞行轨迹点，利用向量描述GPS飞行轨迹：表示单位向量，表示垂直于单位向量的法向量；步骤302、提取自由网下飞行轨迹空间直线参数：在自由网下飞行轨迹S(t)上任取两个轨迹点和表示tj时刻的自由网下飞行轨迹点，表示tj+1时刻的自由网下飞行轨迹点，利用向量描述自由网下飞行轨迹：表示轨迹点和轨迹点在空间内的单位向量，表示垂直于单位向量的法向量；步骤303、求解相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机航摄站点坐标求解装置，其特征在于：包括无人机搭载机构和地面基准站，所述无人机搭载机构上设置有机载GPS接收机和航摄数据采集单元，所述地面基准站上设置有地面GPS接收机和用于进行数据处理的计算机(11)，所述机载GPS接收机包括第一微控制器(4)和飞机GPS天线(2)，所述飞机GPS天线(2)与第一微控制器(4)之间接有飞机GPS芯片(3)，所述第一微控制器(4)接有飞机GPS数据存储器(1)，所述飞机GPS数据存储器(1)与计算机(11)通过通信接口连接；所述航摄数据采集单元包括用于采集测区影像信息的航摄相机(6)和用于存储航摄相机(6)信息的存储卡(5)，所述存储卡(5)与计算机(11)通过通信接口连接；所述地面GPS接收机包括第二微控制器(9)和地面GPS天线(7)，所述地面GPS天线(7)和第二微控制器(9)之间接有地面GPS芯片(8)，所述第二微控制器(9)接有地面GPS数据存储器(10)，所述地面GPS数据存储器(10)与计算机(11)通过通信接口连接。

【技术特征摘要】
1.一种无人机航摄站点坐标求解装置，其特征在于：包括无人机搭载机构和地面基准站，所述无人机搭载机构上设置有机载GPS接收机和航摄数据采集单元，所述地面基准站上设置有地面GPS接收机和用于进行数据处理的计算机(11)，所述机载GPS接收机包括第一微控制器(4)和飞机GPS天线(2)，所述飞机GPS天线(2)与第一微控制器(4)之间接有飞机GPS芯片(3)，所述第一微控制器(4)接有飞机GPS数据存储器(1)，所述飞机GPS数据存储器(1)与计算机(11)通过通信接口连接；所述航摄数据采集单元包括用于采集测区影像信息的航摄相机(6)和用于存储航摄相机(6)信息的存储卡(5)，所述存储卡(5)与计算机(11)通过通信接口连接；所述地面GPS接收机包括第二微控制器(9)和地面GPS天线(7)，所述地面GPS天线(7)和第二微控制器(9)之间接有地面GPS芯片(8)，所述第二微控制器(9)接有地面GPS数据存储器(10)，所述地面GPS数据存储器(10)与计算机(11)通过通信接口连接。2.按照权利要求1所述的一种无人机航摄站点坐标求解装置，其特征在于：所述飞机GPS天线(2)和飞机GPS芯片(3)采用屏蔽线连接，所述地面GPS天线(7)和地面GPS芯片(8)采用屏蔽线连接。3.按照权利要求1所述的一种无人机航摄站点坐标求解装置，其特征在于：所述通信接口为USB接口。4.一种利用如权利要求1所述的装置进行航摄站点坐标求解的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、GPS测量的飞行轨迹获取：步骤101、机载GPS数据获取：步骤1011、获取无人机与卫星之间的伪距：利用飞机GPS天线(2)和飞机GPS芯片(3)获取卫星发出的与无人机位置相关的GPS信号：其中i表示卫星的个数且i≥3，表示飞机GPS天线(2)与第i颗卫星之间的伪距，C表示电磁波的传播速度，dδu表示飞机GPS芯片(3)的时钟偏差；表示第i颗卫星的时钟偏差；表示第i颗卫星的星历引起的机载GPS数据误差；dρuion表示高空大气层中电离层效应引起的机载GPS数据偏差；dρutrop表示高空大气层中对流层时延引起的机载GPS数据偏差；dMu表示多路径效应引起的机载GPS数据偏差；vu表示机载GPS接收机的噪声值，表示计算得到的无人机与第i颗卫星之间的真实距离，其中，(xu，yu，zu)表示飞机GPS天线(2)的坐标位置，表示第i颗卫星的坐标位置；步骤1012、将步骤1011中获得的GPS信号存储在飞机GPS数据存储器(1)中；步骤102、地面GPS数据获取：步骤1021、获取地面基准站与卫星之间的伪距：利用地面GPS天线(7)和地面GPS芯片(8)获取卫星发出的与地面基准站位置相关的距离信号：其中，表示测量到的地面基准站与第i颗卫星之间的伪距，表示计算得到的地面基准站到第i颗卫星的真实距离；dδb表示地面GPS芯片(8)的时钟偏差；表示第i颗卫星的时钟偏差；表示第i颗卫星的星历引起的地面GPS数据误差；dρbion表示电离层效应引起的地面GPS数据偏差；dρbtrop表示对流层时延引起的地面GPS数据偏差；dMb表示多路径效应引起的地面GPS数据偏差；vb表示地面GPS接收机噪声值；步骤1022...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽丽，毛智辉，陈刚，岳博，祁建著，赵莹，张富军，罗平，张姣，
申请(专利权)人：西安大地测绘股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61