基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及无人机自主导航技术领域，具体涉及一种基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法和系统，通过红外阵列成像装置采集图像信息，拼接融合形成整幅图像、激光测距模块垂直测量的高度数据信息、惯性导航模块监测的无人机飞行姿态数据，几何变换为投影图像，再将投影图像与卫星地图的匹配，或者通过红外图像序列的图像坐标递推关系，得到图像中景物点的地理坐标，对数据综合计算并修正实时位置数据，获得无人机精准位置信息，为长航时无人机提供全天时、连续、可靠的高精准导航定位信息，有效避免了卫星信号干扰或诱骗，确保了长航时无人机的安全飞行。航时无人机的安全飞行。航时无人机的安全飞行。

【技术实现步骤摘要】
基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法和系统


[0001]本专利技术涉及无人机自主导航
，具体涉及一种基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法和系统。

技术介绍

[0002]长航时无人机导航通常采用惯性导航和卫星导航，或这两者组合的方式，其中惯性导航器件包括陀螺仪、加速度计，卫星导航器件包括GNSS接收机。惯性导航不依赖外部信息、不易受电磁干扰，属于自主导航方式，但是由于惯性器件的加速度计、陀螺仪误差的存在，其加速度及角速度信息经过导航计算积分效应会使得定位误差随时间增加而增大，长时间飞行时精度往往无法满足任务要求；GNSS卫星导航可为无人机长时间飞行提供准确定位，或与惯性导航结合组成综合导航定位系统，但是GNSS依赖卫星，不属于自主导航，当卫星信号被遮挡、干扰，亦或切断、欺骗，其精度、可用性、连续性就无法保证，以至于无人机无法实现自主导航定位，导致迫降或诱骗降落，甚至坠毁。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法和系统，通过设置红外阵列成像装置可夜视、宽视场、高分辨的特点，提供足够丰富的信息；通过设置激光测距模块测量特定景物点的距离；通过设置惯性组合导航模块通过陀螺仪、加速度计等导航计算，给出无人机飞行姿态、加速度、速度、位置；通过设置信息处理单元，用于信号采集、数据存储，图像处理运算和导航运算。通过如下步骤：首先，通过红外阵列成像装置采集图像信息，拼接融合形成整幅图像、同时激光测距模块对无人机下方地面垂直测量的高度数据信息、惯性导航模块监测的无人机飞行姿态数据信息，进行几何变换计算，形成俯视的投影图像，再将投影图像与卫星地图的匹配，或者通过红外图像序列的图像坐标递推关系，得到图像中景物点的地理坐标；最后，通过景物特征点的地理坐标信息、所述特征点在所述投影图像中的位置信息、所述特征点所属景物的直线距离数据、无人机飞行姿态数据信息，使用扩展卡尔曼滤波方法修正惯性导航模块实时输出的无人机位置信息，用于无人机高精准定位导航，为长航时无人机提供全天时、连续、可靠的导航定位信息，有效避免了卫星信号干扰或诱骗，确保了长航时无人机的安全飞行。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案：
[0005]一种基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法，包括如下步骤：基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法，包括如下步骤：
[0006]S1.获取无人机下方景物点红外阵列成像装置所采集的图像信息，拼接融合形成整幅图像、获取激光测距模块对无人机下方地面垂直测量的高度数据信息、获取惯性导航模块监测的无人机飞行姿态数据信息；
[0007]S2.依据所述高度数据信息和所述姿态数据信息对所述整幅图像进行几何变换计算，形成俯视的投影图像；
[0008]S3.将所述投影图像与对应的图像匹配，识别出所述投影图像中具备显著特征的景物点作为特征点；
[0009]S4.获取所述特征点的地理坐标信息、所述特征点在所述投影图像中的位置信息、所述特征点所属景物的直线距离数据、无人机飞行姿态数据信息，进行计算以获取无人机位置信息。
[0010]在一些实施例中，步骤S1中，获取无人机下方景物点红外阵列成像装置所采集的图像信息，拼接融合形成整幅图像的过程包括：依据预设特定构型阵列布局若干成像装置，相邻所述点红外阵列成像装置采集的图像设有预设的重叠区域，将相邻帧图像重叠区域分别拼接融合，通过分析、计算、合并，形成由单帧图像拼接为一体的为全景图像。
[0011]在一些实施例中，步骤S3中，将所述投影图像与对应的图像进行匹配，识别出所述投影图像中具备显著特征的景物点作为特征点；包括：获取预设点的位置信息，将所述投影图像与预存的对应区域的卫星地图影像匹配，匹配时所述投影图像与所述区域的卫星地图影像比例一致，且实现最大化重合，所述投影图像中含有若干显著特征的景物点，对当前帧的投影图像中有显著特征的景物点识别为特征点。
[0012]在一些实施例中，步骤S3中，将所述投影图像与对应的图像进行匹配，识别出所述投影图像中具备显著特征的景物点作为特征点，还包括：
[0013]获取无人机初始点的位置信息，将所述投影图像作为前一帧图像与后一帧图像的重叠区域进行匹配，利用图像坐标关系对已知的所述前一帧图像中具备显著特征的景物点坐标标识，推算出所述后一帧图像中具备显著特征的景物点坐标，依据图像坐标递推关系，标识出序列图像中显著特征的景物点作为特征点。
[0014]在一些实施例中，步骤S4中，获取特征点的地理坐标信息、所述特征点在所述投影图像中的位置信息、所述特征点所属物体的直线距离数据、无人机飞行姿态数据信息，进行计算以获取无人机位置信息，还包括：依据初始图像帧特征点地理坐标递推出序列图像中预设的若干个所述特征点的地理坐标，所述特征点在投影图像中的位置信息控制激光测距模块瞄准景物点的所述特征点测距，得到景物的直线距离，获取惯性导航模块实时采集的无人机姿态、航向、速度、位置信息，综合计算获取无人机位置信息。
[0015]在一些实施例中，使用扩展卡尔曼滤波方法修正惯性导航模块实时输出的无人机位置信息，用于无人机精准定位导航。
[0016]在一些实施例中，所述红外阵列成像装置包括若干个红外成像相机，依据预设距离的横向X个、纵向Y个阵列构型，其中X、Y数量均大于1。
[0017]本专利技术提供一种基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航系统，包括：红外阵列成像装置、惯性组合导航模块、激光测距模块、信息处理单元，其中，所述红外阵列成像装置，包括若干个红外成像相机，通过预设的特定构型排布安装于长航时无人机机腹下方，实现无人机下方景物点的热成像，将热成像信号转换为电信号发送至信息处理单元；
[0018]所述惯性组合导航模块，通过陀螺仪、加速度计输出的信息计算出无人机飞行姿态、速度、位置；
[0019]所述激光测距模块，通过向指定物体发射激光束并接收反射激光，计算物体的直线距离，并传输至信息处理单元；
[0020]所述信息处理单元，包括信号采集模块、图像处理模块、运算模块、储存模块，用于
信号采集、数据存储，图像处理运算和导航运算，包括：对多相机的单幅图像进行图像拼接融合形成某时刻整幅图像；将整幅图像根据垂直测高数据和飞行姿态数据进行几何变换计算，形成俯视的投影图像；结合惯性组合导航模块实时给出的无人机姿态、速度、位置信息进行扩展卡尔曼滤波计算，并修正得出无人机位置信息。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术提供的一种基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法和系统，通过依据预设要求设置红外阵列成像装置可夜视、宽视场、高分辨的特点，提供足够丰富的信息；通过设置激光测距模块测量特定景物点的距离；通过设置惯性组合导航模块通过陀螺仪、加速度计等导航计算，给出无人机飞行姿态、加速度、速度、位置；通过设置信息处理单元，用于信号采集、数据存储，图像处理运算和导航运算。通过如下步骤：首先，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.获取无人机下方景物点红外阵列成像装置所采集的图像信息，拼接融合形成整幅图像、获取激光测距模块对无人机下方地面垂直测量的高度数据信息、获取惯性导航模块监测的无人机飞行姿态数据信息；S2.依据所述高度数据信息和所述姿态数据信息对所述整幅图像进行几何变换计算，形成俯视的投影图像；S3.将所述投影图像与对应的图像匹配，识别出所述投影图像中具备显著特征的景物点作为特征点；S4.获取所述特征点的地理坐标信息、所述特征点在所述投影图像中的位置信息、所述特征点所属景物的垂直测高数据、无人机飞行姿态数据信息，进行计算以获取无人机位置信息。2.根据权利要求1所述的基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法，其特征在于，步骤S1中，获取无人机下方景物点红外阵列成像装置所采集的图像信息，拼接融合形成整幅图像的过程包括：依据预设特定构型阵列布局若干成像装置，相邻所述点红外阵列成像装置采集的图像设有预设的重叠区域，将相邻帧图像重叠区域分别拼接融合，通过分析、计算、合并，形成由单帧图像拼接为一体的为全景图像。3.根据权利要求1所述的基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法，其特征在于，步骤S3中，将所述投影图像与对应的图像进行匹配，识别出所述投影图像中具备显著特征的景物点作为特征点；包括：获取预设点位置信息，将所述投影图像与预存的对应区域的卫星地图影像匹配，匹配时所述投影图像与所述区域的卫星地图影像比例一致，且实现最大化重合，所述投影图像中含有若干显著特征的景物点，对当前帧的投影图像中有显著特征的景物点识别为特征点。4.根据权利要求1所述的基于红外阵列成像的长航时无人机自主导航方法，其特征在于，步骤S3中，将所述投影图像与对应的图像进行匹配，识别出所述投影图像中具备显著特征的景物点作为特征点，还包括：获取无人机初始点的位置信息，将所述投影图像作为前一帧图像与后一帧图像的重叠区域进行匹配，利用图像坐标关系对已知的所述前一帧图像中具备显著特征的景物点坐标标识，推算出所述后一帧图像中具备显著特征的景物点坐标，依据图像坐标递推关系，标...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩蕾，尹涛，刘贯领，刘茂松，王士铭，张凌雪，
申请(专利权)人：天健极光北京科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：