一种无人机定位装置、方法、设备及介质与流程

1.本技术涉及无人机感知定位技术领域，尤其涉及一种无人机定位装置、方法、设备及介质。


背景技术：

2.在输电线路巡检等领域采用无人机作业，不仅可以保证作业人员的人身安全，还将节约大量的人力成本，提高生产效率；在室外非结构化作业环境中，四旋翼无人机由于体积小、体抗风性差，因此在其室外飞行时，环境因素对其飞行稳定的影响较大，并且四旋翼无人机是一个具有六自由度四个控制输入的欠驱动系统，具有非线性、多变量、强耦合和抗干扰能力弱的特性；且无人机上的视觉
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惯导系统需完成对环境内部模型的外部观测任务，并需实时维持对外部环境描述的更新，且系统需对观测到不确定性的信息进行建模，并分析来自多传感器信息的不确定度对决策所造成的影响，并考虑采用何种融合结构和方法尽可能消除不确定性的影响，达到对环境更可靠的描述，因此，无人机上的多传感器系统必须考虑多传感器的管理以及具体的传感器间的融合方法等。
3.现有的动态非结构化环境多模态感知方法，由于在室外的无人机往往选取gps系统作为稳定的观测传感器，而gps在使用时其信号可能会发生衰减，进而导致gps定位出现巨大偏差，导致无人机无法准确飞至指定地面，从而降低了对无人机定位的稳定性。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种无人机定位装置、方法、设备及介质，解决了无人机定位的稳定性较差的问题。
5.有鉴于此，本技术第一方面提供了一种无人机定位装置，所述装置包括：
6.所述惯导系统包括处理器模块以及与所述处理器模块相连的惯导测量模块、双光流模块及摄像头模块；
7.所述惯导测量模块用于测量无人机的三轴加速度、三轴的角速度信息以及与地面的距离信息，使用所述三轴角速度对所述距离信息进行倾角补偿，得到无人机的高度信息；
8.所述摄像头模块用于对地面标志点进行检测，并通过摄像头的内外参数计算出无人机的绝对位置信息；
9.所述双光流模块用于采集无人机对空光流速度信息和对地光流速度信息；使得将所述对空光流速度信息、对地光流速度信息以及所述三轴加速度在所述处理器模块中经过卡尔曼滤波器进行融合后，得到无人机的稳定相对速度，对所述稳定相对速度积分后得到稳定的相对位移数据；
10.所述处理器模块根据获取的所述高度信息、所述绝对位置信息以及所述相对位移数据对无人机进行定位。
11.可选的，还包括：对空光流模块以及对地光流模块；
12.所述对空光流模块用于检测无人机上方的光流变化情况，从而得到对空光流观测
速度；
13.所述对地光流模块用于检测无人机下方的光流变化情况，从而得到对地光流观测速度。
14.可选的，还包括：
15.姿态检测模块用于采用姿态检测传感器测量无人机的三轴加速度以及三轴角速度信息，使得所述处理器模块读取所述姿态检测模块采集的三轴角速度信息，求解得到无人机的角度信息，并使用角度信息对采集到的对地距离信息进行倾角补偿，从而得到无人机的高度信息。
16.可选的，还包括：
17.姿态检测模块用于采用姿态检测传感器测量无人机的三轴加速度以及三轴角速度信息，使得所述处理器模块读取所述姿态检测模块采集的三轴角速度信息，求解得到无人机的角度信息，并使用角度信息对采集到的对地距离信息进行倾角补偿，从而得到无人机的高度信息。
18.可选的，数据采集器以及数据处理器；
19.所述数据采集器分别与视觉传感器、距离传感器、三维激光雷达传感器和触觉传感器相连接，用于获取所述视觉传感器采集的无人机周围环境的视觉图像信息、所述距离传感器采集的无人机与周围物体的距离信息、所述三维激光雷达传感器采集的无人机周围的激光雷达信息和所述触觉传感器采集的周围测量对象和环境的多种性质特性；并将获取的数据上传至所述数据处理模块；
20.所述数据处理器对获取的数据进行处理后，将处理后的数据上传至中央处理器中，实现对无人机周围信息的获取。
21.可选的，还包括分别与所述数据处理器和所述处理器模块相连的中央处理器：
22.所述中央处理器用于获取所述数据处理器处理后的数据以及处理器模块上传的数据，使得所述处理器模块和所述数据处理器可将处理后的数据传输到中央处理器上，实现对无人机周围环境的信息获取以及对无人机的定位。
23.本技术第二方面提供一种无人机定位方法，所述方法包括：
24.检测无人机的三轴加速度、三轴的角速度信息以及与地面的距离信息；
25.采用所述三轴角速度对所述距离信息进行倾角补偿，得到无人机的高度信息；
26.通过对地面标志点的检测以及获取的检测设备的内外参数，求解无人机的绝对位置信息；
27.采集无人机的对空光流速度信息和对地光流速度信息，将所述对空光流速度信息、对地光流速度信息以及所述三轴加速度经过卡尔曼滤波器进行融合后，得到无人机的稳定相对速度，对所述稳定相对速度积分后得到稳定的相对位移数据；
28.根据获取的所述高度信息、所述绝对位置信息以及所述相对位移数据对无人机进行定位。
29.可选的，还包括：
30.获取无人机周围环境的视觉图像信息、无人机与周围物体的距离信息、无人机周围的激光雷达信息和周围测量对象和环境的多种性质特性，实现对无人机周围信息的获取；
31.将所述无人机周围信息转化成无人机世界坐标系下的路线边沿特征信息。
32.本技术第三方面提供一种定位设备，所述设备包括处理器以及存储器：
33.所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
34.所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第二方面所述的无人机定位案方法的步骤。
35.本技术第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第二方面所述的方法。
36.从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：
37.本技术中，提供了一种无人机定位装置，装置包括：惯导系统；惯导系统包括处理器模块以及与处理器模块相连的惯导测量模块、双光流模块及摄像头模块；惯导测量模块用于测量无人机的三轴加速度、三轴的角速度信息以及与地面的距离信息，使用三轴角速度对距离信息进行倾角补偿，得到无人机的高度信息；摄像头模块用于对地面标志点进行检测，并通过摄像头的内外参数计算出无人机的绝对位置信息；双光流模块用于采集无人机对空光流速度信息和对地光流速度信息；使得将对空光流速度信息、对地光流速度信息以及三轴加速度在处理器模块中经过卡尔曼滤波器进行融合后，得到无人机的稳定相对速度，对稳定相对速度积分后得到稳定的相对位移数据；处理器模块根据获取的高度信息、绝对位置信息以及相对位移数据对无人机进行定位。
38.本技术通过设置有双光流模块，处理器模块读取双光流模块数据，在处理器模块中，将对空、对地的两个光流模块的光流数据解算为光流角速度信息，并与姿态检测模块得到的角速度信息进行补偿，得到对空、对地的准确光流角速度信息，然后与已得到的高度信息相乘即可得到对空、对地光流的速度信息，将对空、对地两个光流速度信息与加速度信息送入在处理器模块中的卡尔曼滤波器进行融合后即可得到无人机的稳定相对速度，积分后即可得到无人机的稳定相对位移，通过对空、对地双光流检测方式来提升在室外测量相对位移的准确度和稳定性，并通过摄像头模块检测标志点的方式进行绝对位置的标定，将两种方式结合从而优化无人机在室外定位的精准度，解决无人机定位的稳定性较差的问题。
附图说明
39.图1为本技术一种无人机定位装置的一个实施例的装置结构图；
40.图2为本技术一种无人机定位装置的另一个实施例的装置结构图；
41.图3为本技术一种无人机定位方法的一个实施例的方法流程图；
42.图4为本技术实施例中一种定位设备的结构示意图。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.请参阅图1，图1为本技术一种无人机定位装置的一个实施例的结构示意图，如图1所示，图1中包括：
45.惯导系统；惯导系统包括处理器模块以及与处理器模块相连的惯导测量模块、双光流模块及摄像头模块；
46.惯导测量模块用于测量无人机的三轴加速度、三轴的角速度信息以及与地面的距离信息，使用三轴角速度对距离信息进行倾角补偿，得到无人机的高度信息；
47.需要说明的是，处理器模块分别与惯导测量模块、双光流模块和摄像头模块连接，惯导测量模块可以用于测量无人机的飞行时的三轴加速度、三轴的角速度信息以及无人机与地面的实时距离信息，使用实时的三轴角速度对实时距离信息进行倾角补偿，可以确定每一时刻无人机的高度信息。
48.摄像头模块用于对地面标志点进行检测，并通过摄像头的内外参数计算出无人机的绝对位置信息；
49.需要说明的是，可以采用摄像头模块获取地面标志点进行检测，即通过地面标志点确定此时无人机所在的位置，再根据摄像头的内外参数进行换算，得到无人机实时的绝对位置信息。
50.双光流模块用于采集无人机对空光流速度信息和对地光流速度信息；使得将对空光流速度信息、对地光流速度信息以及三轴加速度在处理器模块中经过卡尔曼滤波器进行融合后，得到无人机的稳定相对速度，对稳定相对速度积分后得到稳定的相对位移数据；
51.需要说明的是，双光流模块可以用于采集无人机对空光流速度信息和对地光流速度信息；使得将对空光流速度信息、对地光流速度信息以及三轴加速度在处理器模块中经过卡尔曼滤波器进行融合后，得到无人机的实时稳定相对速度，对稳定相对速度积分后得到稳定的相对位移数据。
52.处理器模块根据获取的高度信息、绝对位置信息以及相对位移数据对无人机进行定位。
53.需要说明的是，惯导测量模块、双光流模块及摄像头模块将采集到采集到的数据都会传输至处理器模块，在处理器模块进行计算分析，得到对应的的无人机实时的高度信息、相对位移数据以及绝对位置信息，即可实现对无人机的实时位置进行定位。
54.本技术通过设置有双光流模块，处理器模块读取双光流模块数据，在处理器模块中，将对空、对地的两个光流模块的光流数据解算为光流角速度信息，并与姿态检测模块得到的角速度信息进行补偿，得到对空、对地的准确光流角速度信息，然后与已得到的高度信息相乘即可得到对空、对地光流的速度信息，将对空、对地两个光流速度信息与加速度信息送入在处理器模块中的卡尔曼滤波器进行融合后即可得到无人机的稳定相对速度，积分后即可得到无人机的稳定相对位移，通过对空、对地双光流检测方式来提升在室外测量相对位移的准确度和稳定性，并通过摄像头模块检测标志点的方式进行绝对位置的标定，将两种方式结合从而优化无人机在室外定位的精准度，解决无人机定位的稳定性较差的问题。
55.本技术还提供了一种无人机定位装置的另一个实施例的结构示意图，如图2所示，图2中除实施例1中包含的模块，还包括：
56.对空光流模块用于检测无人机上方的光流变化情况，从而得到对空光流观测速度；
57.对地光流模块用于检测无人机下方的光流变化情况，从而得到对地光流观测速度。
58.需要说明的是，对空光流模块用于检测无人机上方的光流变化情况，从而得到对空光流观测速度，通过采用上述技术方案，方便测量对空光流速度，且可提高无人机定位的稳定性；对地光流模块，用于检测无人机下方的光流变化情况，从而得到对地光流观测速度，通过采用上述技术方案，可以很方便的测量对地光流速度，进而便于将该数据输送至处理器模块内进行处理。
59.在一种具体的实施方式中，还包括：
60.姿态检测模块，用于采用姿态检测传感器测量无人机的三轴加速度以及三轴角速度信息，使得处理器模块读取姿态检测模块采集的三轴角速度信息，求解得到无人机的角度信息，并使用角度信息对采集到的对地距离信息进行倾角补偿，从而得到无人机的高度信息。
61.超声波模块，用于采集无人机对地面的距离信息，使得处理器模块根据获取三轴角速度对所述距离信息进行倾角补偿得到无人机对地面的高度信息。
62.需要说明的是，姿态检测模块可以利用内置的姿态检测传感器测量无人机的三轴加速度以及三轴的角速度信息；超声波模块可以用于采集无人机对地面的距离信息，使得处理器模块根据获取三轴角速度对距离信息进行倾角补偿得到无人机对地面的高度信息。
63.具体的，姿态检测模块上设有引脚vcc、引脚gnd、引脚scl和引脚sda，便于姿态检测模块传输信息，且处理器模块读取姿态检测模块数据并解算从而获得无人机的角度信息，并使用角度信息对超声波模块测得距离信息进行倾角补偿，从而得到无人机的高度信息。
64.在一种具体的实施方式中，还包括：
65.数据采集器以及数据处理器；
66.数据采集器分别与视觉传感器、距离传感器、三维激光雷达传感器和触觉传感器相连接，用于获取视觉传感器采集的无人机周围环境的视觉图像信息、距离传感器采集的无人机与周围物体的距离信息、三维激光雷达传感器采集的无人机周围的激光雷达信息和触觉传感器采集的周围测量对象和环境的多种性质特性；并将获取的数据上传至数据处理模块；
67.数据处理器对获取的数据进行处理后，将处理后的数据上传至中央处理器中，实现对无人机周围信息的获取。
68.需要说明的是，本技术可以在无人机顶部设置两个以上视觉传感器来获取前方道路的视觉图像信息，在无人机的顶部设置一个距离传感器和三维激光雷达传感器，在无人机的四周设置触觉传感器，并在无人机上设置有数据采集器模块和数据处理器模块；本技术中视觉传感器、距离传感器、三维激光雷达传感器和触觉传感器连接数据采集器，并将采集到的数据由数据处理器进行处理。接着从视觉传感器获得的环境图像中提取出路线上物体的边沿特征信息，再对边沿特征信息进行预处理，具体是将路线边沿特征信息从图像坐标系转化到无人机当前的世界坐标系中，形成无人机世界坐标系下的路线边沿特征信息。然后从距离传感器上获取无人机与周围物体间的距离，从三维激光雷达传感器上获取无人机周围的激光雷达信息，通过触觉传感器来获取测量对象和环境的多种性质特征，从而可准确获取无人机周边的信息。
69.在一种具体的实施方式中，还包括：
70.分别与数据处理器和处理器模块相连的中央处理器：
71.中央处理器用于获取数据处理器处理后的数据以及处理器模块上传的数据，使得处理器模块和数据处理器可将处理后的数据传输到中央处理器上，实现对无人机周围环境的信息获取以及对无人机的定位。
72.需要说明的是，中央处理器分别与处理器模块和数据处理器模块相连接，处理器模块和数据处理器可将处理后的数据传输到中央处理器上，并在中央处理器上进行融合，使得能够实时获取无人机的周围环境，并对无人机进行定位。
73.本技术还提供了一种无人机定位方法的实施例，如图3所示，图3中包括：
74.301、检测无人机的三轴加速度、三轴的角速度信息以及与地面的距离信息；
75.302、采用三轴角速度对距离信息进行倾角补偿，得到无人机的高度信息；
76.303、通过对地面标志点的检测以及获取的检测设备的内外参数，求解无人机的绝对位置信息；
77.304、采集无人机的对空光流速度信息和对地光流速度信息，将对空光流速度信息、对地光流速度信息以及三轴加速度经过卡尔曼滤波器进行融合后，得到无人机的稳定相对速度，对稳定相对速度积分后得到稳定的相对位移数据；
78.305、根据获取的高度信息、绝对位置信息以及相对位移数据对无人机进行定位。
79.在一种具体的实施方式中，还包括：
80.获取无人机周围环境的视觉图像信息、无人机与周围物体的距离信息、无人机周围的激光雷达信息和周围测量对象和环境的多种性质特性，实现对无人机周围信息的获取；
81.将无人机周围信息转化成无人机世界坐标系下的路线边沿特征信息。
82.本技术还提供了一种定位设备，设备包括处理器以及存储器：
83.存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
84.处理器用于根据程序代码中的指令执行本技术所述的无人机定位方法的实施例。
85.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
86.本技术的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
87.应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可
以是多个。
88.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
89.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
90.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
91.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read
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only memory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：random access memory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
92.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。