[發明專利]微型多源感知計算系統

在審

• 申請號: 201811380283.1
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109375647A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 張磊;牛文生;辛剛
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01C21/00;G01C21/16;G01C21/20;G01C23/00
• 代理公司: 北京紫荊博雅知識產權代理有限公司 11718
• 代理人: 婁華

本公開提供一種微型多源感知計算系統，包括：多源傳感器、飛行參數采集單元、飛行參數解算單元、視頻采集單元、特征提取單元、機載數據庫、多源信息融合單元和導航參數輸出接口；飛行參數采集單元接收多源傳感器采集到的信號，飛行參數解算單元對信號進行解算并獲得飛行參數；視頻采集單元采集圖像數據并對圖像數據進行增強處理，特征提取單元對增強處理后的圖像數據進行特征提取并輸出視覺信息；多源信息融合單元對飛行參數、視覺信息和機載數據庫進行融合濾波，估計運動參數，并將運動參數輸出至伺服系統和任務系統。

技術領域

本發明涉及組合導航技術領域，具體涉及一種微型多源感知計算系統，其能夠滿足中小型飛行器全飛行周期的自主導航。

背景技術

中小型無人飛行器由于受到成本的嚴格限制不可能采用高精度的激光慣性導航系統，其自主導航方式常采用MEMS慣性測量單元(IMU)與全球衛星定位系統(GPS)的組合導航，即IMU+GPS，導航精度取決于IMU和GPS的定位精度，IMU誤差會隨時間不斷累積；當飛行里程較遠時，導航誤差顯著增大，直接影響飛行安全和任務執行效率。IMU與GPS組合導航時，導航精度顯著提升，特別是在差分GPS支持下可以獲得精確的導航信息，但是GPS信號極易受到電磁干擾、環境遮擋和信號丟失等情況的影響，嚴重影響了飛行器自主導航定位。為了滿足在無GPS信號條件下高精度自主導航的需求，采用圖像傳感器獲取視覺信息，與慣性測量構建組合導航。然而，現有的方法只針對特定飛行階段，沒有一種通用的組合導航框架。為此，本申請基于中小型無人飛行器的典型應用場景，提出了一種統一的組合導航濾波框架，可以根據任務階段動態配置和管理傳感器，構建相應的視覺量測方程，確定視覺-慣性濾波算法，以支持中小型無人飛行器全飛行周期的自主導航。

微型多源感知計算系統具有多源傳感器采集、飛行參數解算和多源信息融合的主要功能，能夠實時采集加速度、角速度、磁航向、動壓、靜壓、外部大氣溫度等物理量，經過信號處理解算出飛行器運動信息，根據任務階段選取不同的融合算法，實現飛行器自主運動參數估計；并將運動參數發送給伺服系統用于飛行控制，與任務載荷系統通信，用以實現飛行任務規劃。

發明內容

本發明的目的：為滿足中小型無人飛行器在低能見度、復雜電磁環境下自主導航與目標定位，實現全飛行周期多任務的導航需求，設計微型多源感知計算系統，使其具備高精度、低成本和微型化的特性。

本發明的技術方案：

通過本發明的微型多源感知計算系統實現上述目的，該微型多源感知計算系統包括：多源傳感器、飛行參數采集單元、飛行參數解算單元、視頻采集單元、特征提取單元、機載數據庫、多源信息融合單元和導航參數輸出接口；其中，飛行參數采集單元接收多源傳感器采集到的信號，飛行參數解算單元對所述信號進行解算并獲得飛行參數；視頻采集單元采集圖像數據并對所述圖像數據進行增強處理，特征提取單元對增強處理后的圖像數據進行特征提取并輸出視覺信息；多源信息融合單元對所述飛行參數、所述視覺信息和機載數據庫進行融合濾波，估計運動參數，并將所述運動參數輸出至伺服系統和任務系統。

在上述微型多源感知計算系統中，所述多源傳感器可以包括加速度計、角速度計、磁傳感器、氣壓計、GPS、GLONASS、北斗中的一個或多個。

在上述微型多源感知計算系統中，所述圖像數據可以包括機載紅外視頻或可見光視頻。

在上述微型多源感知計算系統中，所述飛行參數可以包括加速度、角速度、磁航向、姿態、速度、經度、緯度、海拔高度、動壓、靜壓、真空速、氣壓高度、無線電高度中的一個或多個參數。

在上述微型多源感知計算系統中，所述機載數據庫可以包括機場信息數據庫、地形數據庫和航路數據庫。

在上述微型多源感知計算系統中，所述微型多源感知計算系統可以包括一種或多種工作模式。