一种用于无人机机间测距的相对定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于无人机机间测距的相对定位系统，包括：环境捕捉装置，其用于获取当前无人机前、后、左、右和下方的场景感知信息和场景深度信息；控制装置，其用于将不同方位的场景感知信息和场景深度信息进行飞行时间校准后，发送至信息处理装置；信息处理装置，其用于根据经过飞行时间校准后的各方位场景信息，构建表征当前无人机全方位环境状态的三维结构模型，基于此，计算当前无人机与各角度上的相邻无人机之间的距离。本发明专利技术形成了一种具有重量轻、体积小、算法简单、功耗低、易于装载、且可靠性高的相对定位方案。且可靠性高的相对定位方案。且可靠性高的相对定位方案。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人机机间测距的相对定位系统及方法


[0001]本专利技术涉及无人机定位检测
，尤其是涉及一种用于无人机机间测距的相对定位系统。

技术介绍

[0002]无人机机间测距是无人机编队技术的核心，无人机编队是指为了适应复杂的任务需求与任务的多变性，将多架无人机按照某种队形进行排列和任务分配，使其能按照预置位置稳定飞行的一种控制系统。这个概念描述的是一个过程，而不仅仅是一个编队的动作。它不仅包含了无人机飞行过程中的队形形成过程，队形形成之后的保持和变化等飞行内容，也包括在此飞行过程中整体任务的规划、任务的分配与执行等内容。其中，常用的编队队形有：横队、纵队、梯队和楔队等，可以通过改变飞机之间的间隔或者改变飞机在编队中的位置来控制改变队形。
[0003]无人机集群在编队飞行的过程中，需要采用机间测距技术对个体进行相对定位和绝对定位。一般采用无线电定位(GPS、北斗等)或者光电定位(激光雷达)的方法部署上述工作。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中，为了适应高密度无人机集群快速、智能、自主定位的实际需要，尤其是小型无人机无法安装大型扫描式激光雷达的情况下，需要设计一种能够在小范围内实现面阵距离成像的快速、高精度光电探测装置。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种用于无人机机间测距的相对定位系统，所述相对定位系统设置于编队内无人机的底部，所述相对定位系统包括：环境捕捉装置，其用于获取当前无人机不同方位下的场景感知信息和场景深度信息；控制装置，其用于将不同方位的场景信息进行飞行时间校准后，发送至信息处理装置；所述信息处理装置，其用于根据经过飞行时间校准后的各方位场景信息，构建表征当前无人机全方位环境状态的三维结构模型，基于此，计算当前无人机与各角度上的相邻无人机之间的距离。
[0005]优选地，所述相对定位系统，还包括：设置于所述环境捕捉装置不同方向的照明单元，其用于检测当前环境捕捉装置在相应方向上的光照强度信号，以及在照明强度控制指令的作用下调节自身光照强度；所述控制装置，其还用于获取不同方向的所述光照强度信号，基于此，对各个方向的光照强度与当前镜头的匹配适应性进行分析，生成照明强度控制指令，以对各照明单元的照明强度进行调节。
[0006]优选地，所述相对定位系统还包括：系统安装壳，所述系统安装壳具备：构造为长方体结构的本体；第一部，其设置于所述本体的任意一个侧面的底部，所述第一部外凸于所述本体，所述第一部与所述本体一体成型。
[0007]优选地，所述照明单元具备：光杯，其用于对所述照明单元内的光源进行反射处理，将不同方向的光信号聚焦到指定范围内。
[0008]优选地，所述信息处理装置包括：信息融合模块，其用于基于不同方位的场景感知
信息，结合不同方位的场景深度信息，利用激光点云解算技术，对各方位的场景感知结果进行实时点云成像，所述场景感知信息包括点云数据；模型构建模块，其用于对点云成像结果进行三维重建，得到所述三维结构模型；距离计算模块，其用于基于所述三维结构模型，计算各个方位上的相邻无人机的距离，并完成各相邻无人机的定位。
[0009]优选地，所述环境捕捉装置的镜头采用8片透镜结构。
[0010]优选地，所述环境捕捉装置包括：CMOS传感器，其用于采集不同方位处的所述场景深度信息；校正器，其设置于所述CMOS传感器处，其中，所述控制装置还用于在预设的扫描角度范围内进行扫描测距，得到针对当前扫描视野范围内所有扫描点所构成的所述场景感知信息。
[0011]优选地，所述控制装置，其还用于根据所述场景深度信息，利用相位展开技术，绘制当前镜头视野范围内不同预设频率下的相位图，基于此，对各方位镜头对应的飞行时间进行标定处理，得到系统级飞行时间测量结果。
[0012]另一方面，本专利技术实施例还提供了一种用于无人机机间测距的相对定位方法，所述相对定位方法利用如上述所述的相对定位系统实现无人机对各个方位下的相邻无人机的定位，所述相对定位方法包括：步骤一，获取当前无人机不同方位下的场景感知信息和场景深度信息；步骤二，将不同方位的场景信息进行飞行时间校准后，发送至信息处理装置；步骤三，所述信息处理装置根据经过飞行时间校准后的各方位场景信息，构建表征当前无人机全方位环境状态的三维结构模型，基于此，计算当前无人机与各角度上的相邻无人机之间的距离。
[0013]优选地，在所述步骤三中，基于不同方位的场景感知信息，结合不同方位的场景深度信息，利用激光点云解算技术，对各方位的场景感知结果进行实时点云成像，所述场景感知信息包括点云数据；对点云成像结果进行三维重建，得到所述三维结构模型；基于所述三维结构模型，计算各个方位上的相邻无人机的距离，并完成各相邻无人机的定位。
[0014]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0015]本专利技术提出了一种用于无人机机间测距的相对定位系统及方法。该系统及方法是一种基于稀疏深度信息采集的面阵三维探测方案，用于面向复杂环境应用，实现低成本、高精度的三维信息获取与重建，以高帧频方式实时获取远距离被检测场景的三维立体信息。在此基础上，进一步实现图像自动校正和基于点云数据的大面阵三维成像，从而解决现阶段复杂场景三维测量中存在的问题，为AI目标检测技术扩展到三维成像领域提供可靠的面阵三维探测方法。与传统的三维探测技术相比，本专利技术实施例将点云成像过程与二维灰度图像的信息获取方法相结合，不依靠双目视觉的复杂计算、也不依靠复杂的机械扫描结构，从而不仅可以在未来全面取代传统的三维探测技术，甚至于取代二维探测技术，成为机器视觉行业的主流，形成一种具有重量轻、体积小、算法简单、功耗低、易于装载、且可靠性高的相对定位方案。
[0016]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0017]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0018]图1为本申请实施例的用于无人机机间测距的相对定位系统的结构示意图。
[0019]图2为本申请实施例的用于无人机机间测距的相对定位系统对应的系统安装壳的结构示意图。
[0020]图3为本申请实施例的用于无人机机间测距的相对定位系统与无人机的对接原理示意图。
[0021]图4为本申请实施例的无人机中用于安装相对定位系统的安装面的结构示意图。
[0022]图5为本申请实施例的用于无人机机间测距的相对定位系统的实现原理示意图。
[0023]图6为本申请实施例的用于无人机机间测距的相对定位系统中环境捕捉装置内光学镜头的结构示意图。
[0024]图7为本申请实施例的用于无人机机间测距的相对定位系统中环境捕捉装置内光学镜头的光学参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机机间测距的相对定位系统，其特征在于，所述相对定位系统设置于编队内无人机的底部，所述相对定位系统包括：环境捕捉装置，其用于获取当前无人机不同方位下的场景感知信息和场景深度信息；控制装置，其用于将不同方位的场景信息进行飞行时间校准后，发送至信息处理装置；所述信息处理装置，其用于根据经过飞行时间校准后的各方位场景信息，构建表征当前无人机全方位环境状态的三维结构模型，基于此，计算当前无人机与各角度上的相邻无人机之间的距离。2.根据权利要求1所述的相对定位系统，其特征在于，所述相对定位系统，还包括：设置于所述环境捕捉装置不同方向的照明单元，其用于检测当前环境捕捉装置在相应方向上的光照强度信号，以及在照明强度控制指令的作用下调节自身光照强度；所述控制装置，其还用于获取不同方向的所述光照强度信号，基于此，对各个方向的光照强度与当前镜头的匹配适应性进行分析，生成照明强度控制指令，以对各照明单元的照明强度进行调节。3.根据权利要求2所述的相对定位系统，其特征在于，所述相对定位系统还包括：系统安装壳，所述系统安装壳具备：构造为长方体结构的本体；第一部，其设置于所述本体的任意一个侧面的底部，所述第一部外凸于所述本体，所述第一部与所述本体一体成型。4.根据权利要求2或3所述的相对定位系统，其特征在于，所述照明单元具备：光杯，其用于对所述照明单元内的光源进行反射处理，将不同方向的光信号聚焦到指定范围内。5.根据权利要求1～4中任一项所述的相对定位系统，其特征在于，所述信息处理装置包括：信息融合模块，其用于基于不同方位的场景感知信息，结合不同方位的场景深度信息，利用激光点云解算技术，对各方位的场景感知结果进行实时点云成像，所述场景感知信息包括点云数据；模型构建模块，其用于对点云成像结果进行三维重建，得到所述三维结构模型；距离计算模块，其用于基于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：于进勇，
申请(专利权)人：烟台中飞海装科技有限公司，
类型：发明
国别省市：