[發(fā)明專利]具備避障功能的無人機室內定位系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108919825A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 周君;路朝陽;安樹懷;王奉沖;于強;吳石書;劉學松;肖文軍;林柏樺
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司青島供電公司;國家電網公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發(fā)明涉及具備避障功能的無人機室內定位系統(tǒng)及方法，屬于無人機定位技術領域。本發(fā)明通過激光雷達系統(tǒng)實時采集室內3D點云圖像，并檢測3D點云圖像的平面及平面與無人機所在位置的距離以獲取無人機當前位置與障礙物的距離；通過UWB系統(tǒng)實時獲取無人機上的UWB標簽到定位基站的距離、解算并修正無人機上的UWB標簽的坐標，并計算無人機的目標位置與其當前位置的水平平移量；通過中央控制模塊用于接收激光雷達系統(tǒng)和UWB系統(tǒng)的信號，并發(fā)出控制指令以控制無人機的精準飛行。

技術領域

本發(fā)明涉及具備避障功能的無人機室內定位系統(tǒng)及方法，屬于無人機定位技術領域。

背景技術

由于科學水平的進步，無人機所涉及的領域越來越廣，無論是在軍事還是民用領域，都具有十分廣闊的應用前景。無人機研究的第一步就是對其進行定位與導航。為解決室內定位的問題，各科研機構以及創(chuàng)業(yè)型公司等在室內定位方面開展了大量研究，旨在找到一套有效的室內定位解決方案。目前國內外研究的無人機定位主要包括：

第一種：基于GPS或北斗等的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。但其應用在室外定位，因室內無法穩(wěn)定接收到衛(wèi)星信號，故不適用于室內定位。

第二種：基于WIFI的定位。其便利性強，但由于信號在傳播中會收到折射、反射、非視距因素、信號死角及2.4GHz等高頻段干擾，定位誤差較大。

第三種：基于藍牙的定位。其基于三角定位法，定位精準，但藍牙模塊本身為低功耗芯片，定位信號功率有效，易受干擾，不適合在大室內環(huán)境中使用。

第四種：UWB超寬帶室內定位系統(tǒng)。其采用超寬帶脈沖信號，通過預設的傳感器對信號標簽進行追蹤分析，多徑分辨能力強，精度高，但該類定位系統(tǒng)需要在室內布置用于定位的傳感器，成本高，定位范圍有限，可移植性差。

第五種：激光Lidar技術，由于采用激光掃描的辦法，定位精度高，可靠性高，但是價格昂貴，64線3D掃描的激光雷達普遍在60萬人民幣左右，為前述四種方案的幾十倍甚至上百倍價格，且設備本身質量重、體積大，需要較大的無人機才能搭載，不適合室內飛行。

綜上所述，現有的室內定位技術在定位精度、成本、穩(wěn)定性、可移植等方面還無法兼顧，造成室內定位技術發(fā)展緩慢。

近些年，隨著無人機技術的快速發(fā)展，無人機的應用領域也得到極大拓展。目前，無人機定點定位飛行控制方面主要依賴傳統(tǒng)的GPS或第三方定位傳感器。基于前文對室內定位技術現狀的分析可知，無人機在室內等實時定位飛行控制要求較高的地方仍然受到很大技術局限性，其面臨的主要技術問題包括以下幾個方面：

1、缺乏可用于準確判斷位置信息的可依賴特征。

2、缺乏可用于準確估計位置信息和追蹤位置變化的方法。

3、缺乏室內障礙物信息的實時獲取。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出了一種具備避障功能的無人機室內定位系統(tǒng)及方法，在無人機上同時安裝有激光雷達系統(tǒng)和UWB定位系統(tǒng)，通過激光雷達判斷與障礙物的高度距離，通過UWB定位系統(tǒng)計算出無人機的目標位置與當前位置的水平平移量，從而實現無人機的準確位置信息，實現精準飛行，并實現了避障功能。

本發(fā)明是采用以下的技術方案實現的：一種具備避障功能的無人機室內定位系統(tǒng)，包括：

激光雷達系統(tǒng)：實時采集室內3D點云圖像，并檢測3D點云圖像的平面及平面與無人機所在位置的距離以獲取無人機當前位置與障礙物的距離；

UWB系統(tǒng)包括定位基站、安裝在無人機上的UWB標簽、UWB解算器和濾波器，用于實時獲取無人機上的UWB標簽到定位基站的距離、解算并修正無人機上的UWB標簽的坐標，并計算無人機的目標位置與其當前位置的水平平移量；