本发明专利技术公开一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，包括中继机和巡检机。中继机挂载红外信标灯定位发射装置、激光标靶等，通过卫星定位自身，并在需要的时候为巡检机提供辅助定位。巡检机挂载双目红外信标接收机等设备。在桥外侧，双机利用卫星信号定位并协同。进入桥底，巡检机靠激光测距防碰撞，卫星信号弱时切换至中继机辅助定位模式，计算自身坐标，中继机保持与巡检机同步锁定，完成桥底扫描。系统提升定位精度与安全性，简化结构、降低成本，实现高效精确巡检，为桥梁维护提供有力支持，具有广阔应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本文涉及一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统。
技术介绍
1、桥梁是交通基础设施的重要组成部分，其安全状况直接关系到交通运输的顺畅与安全。
2、桥底巡检对于及时发现桥梁结构病害、保障桥梁使用寿命至关重要。传统的桥底巡检方式，如人工借助大型设备或地面望远镜观测，存在效率低下、检测精度不高、成本高昂且难以全面检测桥底细微隐患等问题。
3、随着无人机技术的发展，无人机巡检为桥底检测提供了新的途径。然而，在桥底环境中，由于桥体对卫星信号的遮挡，无人机的卫星定位系统无法正常工作或精度大幅降低，导致无人机难以实现精准的自主飞行和巡检作业，严重影响了巡检效果，甚至可能引发安全事故。
4、因此，研发一种能够在桥底卫星信号弱的条件下实现无人机高精度定位和安全巡检的系统及方法具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，通过中继机与巡检机协同工作，结合精确的定位和高度检测机制，确保巡检机在桥底巡检时的安全与高精度作业，降低系统成本并提升巡检效率。
2、一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，系统组成：
3、中继机：中继机挂载红外信标灯定位发射装置、激光标靶、机载计算机和卫星rtk定位装置；通过接收真实卫星信号实现自身定位，并利用红外信标和激光标靶等设备为巡检机提供辅助定位；
4、巡检机：挂载双目红外信标接收机、激光测距发射装置、卫星rtk定位装置、机载计算机和巡检设备；</p>5、当双机都在在桥外侧飞行时，各利用自身的卫星定位模块接收卫星信号，获取各自定位坐标，并通过通讯数据链和集群控制平台，将各自位置坐标、航向角、高度等参数实时通报给对方机载计算机；
6、中继机通过比较两机相对位置，将自身自动控制到与巡检机运动轨迹保持一固定距离、相对方位角、相同航向角、相同高度的同步锁定状态，使得红外信标、激光靶标处于巡检机的红外信标接收机视场角近中心区域；
7、当巡检机开始进入桥底飞行时：
8、一方面，通过巡检机的上置激光测距获取与桥梁底部的相对高度信息，防止高度上与桥底碰撞，
9、另一方面，当巡检机飞控检测发现卫星信号弱时，即切换到通过中继机进行辅助定位的模式，该模式下巡检机通过双目红外信标接收机获取与中继机的相对方位角和粗略距离，通过前置激光测距装置获取与中继机的精确距离，并通过获取的中继机的实时位置坐标、航向角，计算出自身的实时经纬度定位坐标，并将定位坐标、航向角、高度通过通讯数据链实时发给中继机；
10、从而保持中继机在桥外侧依然可以保持与巡检机在位置、相对方位角、航向角、高度上的同步锁定状态，巡检机按照预定桥底飞行航线完成桥底全面扫描，获取准确的桥梁数据。
11、远程管控系统：作为整个系统的控制核心，前期通过无人机航测获得的桥梁数据，已在系统中建立出桥梁精确三维模型。根据桥梁模型规划中继机和巡检机的同步飞行航线，协调两者之间的飞行动作，确保它们协同工作，实现高效、安全的桥底巡检。
12、中继机与巡检机之间的捕捉定位原理
13、红外预定位：中继机持续发射红外信号，该信号在空间中形成一定的信号场。巡检机在飞行过程中，其双目红外信标接收装置接收到红外信号后，根据双目测距原理初步确定自身相对于中继机的方位和大致距离。这种预定位方式能够在较远距离快速建立起两者之间的相对位置关系，为后续的精准定位提供基础。
14、激光精准定位：在红外预定位的基础上，巡检机激光测距装置向中继机激光靶标发射激光束。巡检机的激光测距装置接收到激光靶标反射回的激光信号，通过精确测量激光的往返时间，根据光速计算出与中继机之间的距离。同时，结合之前红外定位获取的方位信息，利用空间几何关系和坐标变换算法，精确计算出巡检机在空间中的位置坐标，实现与中继机的精准捕捉定位。这种定位方式具有高精度、高可靠性的特点，能够满足桥底巡检对无人机定位精度的要求。
15、其中，双机协同工作原理：
16、1、桥外侧飞行协同
17、当双机在桥外侧飞行时，各自利用卫星定位模块接收卫星信号，获取定位坐标、航向角和高度等参数，并通过通讯数据链和集群控制平台实时通报给对方机载计算机。中继机通过比较两机相对位置，自动控制自身与巡检机保持固定距离、相对方位角、相同航向角和相同高度的同步锁定状态，确保红外信标和激光靶标处于巡检机红外信标接收机视场角近中心区域。
18、2、桥底巡检协同
19、巡检机进入桥底飞行时，一方面利用上置激光测距装置获取与桥梁底部的相对高度信息，防止碰撞桥底。另一方面，当检测到卫星信号弱时，切换到中继机辅助定位模式。此时，巡检机通过双目红外信标接收机获取与中继机的相对方位角和粗略距离，通过前置激光测距装置获取精确距离，再结合中继机实时位置坐标和航向角，计算自身实时经纬度定位坐标，并将定位坐标、航向角和高度实时发给中继机。中继机在桥外侧据此保持与巡检机在位置、相对方位角、航向角和高度上的同步锁定状态，保障巡检机稳定、精确地按预定桥底飞行航线完成扫描，获取准确桥梁数据。
20、优选的，所述红外信标定位发射装置采用850纳米近红外光源，所述红外双目信标接收装置配备相应的高灵敏度红外光传感器。
21、优选的，所述远程管控系统与中继机、巡检机之间的通信采用多频段冗余通信技术，包括2.4ghz、5.8ghz等频段，当一个频段受到干扰时，自动切换至其他频段。
22、优选的，巡检机的飞行高度控制装置与激光测距仪深度耦合，根据激光测距仪实时反馈的与桥底的距离信息，调整飞行高度，保持在预设的安全高度范围内，误差不超过±0.5米。
23、优选的，所述红外信标定位发射装置在中继机上固定方位安装，中继机通过比较与巡检机相对位置、方位角，自动调整自身位置和航向角，使得红外信标、激光靶标始终处于巡检机的红外信标接收机视场角近中心区域。
24、优选的，远程管控系统具备故障诊断与预警功能，实时监测中继机和巡检机的关键设备状态，当检测到异常时及时发出预警信息。
25、优选的，当出现通信中断、电量过低等紧急情况时，自动为中继机和巡检机规划最优返航航线，并通过备用通信链路发送返航指令。
26、优选的，所述中继机和巡检机的机身表面涂覆有防腐蚀涂层。
27、有益效果：
28、1、卓越的定位精度与高度安全性保障
29、本专利技术采用中继机的红外与激光定位技术辅助巡检机，在桥底复杂环境中实现了高精度定位。中继机发射的红外信号和激光束，分别为巡检机提供方位参考和精确距离测量，结合算法，确保巡检机实时获取精确的位置坐标。同时，巡检机利用激光测距仪持续监测与桥底的距离，将误差严格控制在极小范围内，能够及时调整飞行高度，有效避免了因高度误判而与桥底发生碰撞的风险，极大地提高了巡检作业的安全性。
30、2、显著的系统简化本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，包括以下部分：
2.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，所述红外信标定位发射装置采用850纳米近红外光源，所述红外双目信标接收装置配备相应的高灵敏度红外光传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，所述远程管控系统与中继机、巡检机之间的通信采用多频段冗余通信技术，包括2.4GHz、5.8GHz等频段，当一个频段受到干扰时，自动切换至其他频段。
4.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，桥底飞行时，巡检机的飞行高度控制与上置激光测距仪深度耦合，根据激光测距仪实时反馈的与桥底的距离信息，调整飞行高度，保持在预设的安全高度范围内，误差不超过±0.5米。
5.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，所述红外信标定位发射装置在中继机上固定方位安装，中继机通过比较与巡检机相对位置、方位角，自动调整自身位置和航向角，使得红外信标、激光靶标始终处于巡检机的红外信标接收机视场角近中心区域。
6.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，远程管控系统具备故障诊断与预警功能，实时监测中继机和巡检机的关键设备状态，当检测到异常时及时发出预警信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，当出现通信中断、电量过低等紧急情况时，远程管控平台自动为中继机和巡检机规划最优返航航线，并通过备用通信链路发送返航指令。
8.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，所述中继机和巡检机的机身表面涂覆有防腐蚀涂层。
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【技术特征摘要】
1.一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，包括以下部分：
2.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，所述红外信标定位发射装置采用850纳米近红外光源，所述红外双目信标接收装置配备相应的高灵敏度红外光传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，所述远程管控系统与中继机、巡检机之间的通信采用多频段冗余通信技术，包括2.4ghz、5.8ghz等频段，当一个频段受到干扰时，自动切换至其他频段。
4.根据权利要求1所述的一种基于双机协同定位的无人机桥底巡检系统，其特征在于，桥底飞行时，巡检机的飞行高度控制与上置激光测距仪深度耦合，根据激光测距仪实时反馈的与桥底的距离信息，调整飞行高度，保持在预设的安全高度范围内，误差不超过±0.5米。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘烽，
申请(专利权)人：镇江润图智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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