[發明專利]一種基于室內視覺vicon系統的無人機導航定位方法

有效

• 申請號: 202010049438.4
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111207741B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 李定涌;閆永馳;陳朋印
• 申請（專利權）人: 西安因諾航空科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

一種基于室內視覺vicon系統的無人機導航定位方法，包括以下步驟：步驟1，啟動Vicon系統的SDK，并通過無線數據鏈路將Vicon系統解析得到的以無人機為運動載體的位置和姿態數據；步驟2，無人機接收到Vicon系統通過無線數據鏈路上傳的姿態和位置數據，并以此作為組合導航算法的測量量結合無人機上的慣導設備，進行組合導航，實時輸出無人機的位置，速度和姿態信息。本發明提出的基于Vicon+INS組合導航算法，可以實現無人機在室內的高精度的姿態和位置精度；在室內情況下對無人機運動速度的估計；降低對數據鏈路的要求；使研究人員更專注于上層算法的研究。

技術領域

本發明屬于無人機應用技術領域，特別涉及一種基于室內視覺vicon系統的無人機導航定位方法。

背景技術

為了便于研究無人機集群算法，編隊協同算法，人工智能算法，智能控制算法的研究，搭建了室內定位系統實驗室，以無人機作為被控對象進行研究。

由于無人機在室內進行飛行，無法接收GPS信號，因此需要使用外部的定位系統。基于視覺的英國Vicon系統是一種很好的方案。Vicon系統定位精度高，數據更新頻率快，能實時反應以無人機作為運動載體的位置和姿態信息，Vicon系統的延時小于2.5ms(最大刷新率400Hz)，但是受限于目前民用無人機數據鏈硬件的原因，作為運動載體的無人機無法接受數據鏈刷這么快且數據鏈大的數據。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于室內視覺vicon系統的無人機導航定位方法，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于室內視覺vicon系統的無人機導航定位方法，包括以下步驟：

步驟1，啟動Vicon系統的SDK，并通過無線數據鏈路將Vicon系統解析得到的以無人機為運動載體的位置和姿態數據；

步驟2，無人機接收到Vicon系統通過無線數據鏈路上傳的姿態和位置數據，并以此作為組合導航算法的測量量結合無人機上的慣導設備，進行組合導航，實時輸出無人機的位置，速度和姿態信息。

進一步的，步驟1中，位置包括在Vicon系統局部坐標系下的三軸位置，姿態包括無人機的滾轉，俯仰以及Vicon系統的X軸與無人機自身坐標系的X軸之間的航向信息。

進一步的，步驟1中具體的：啟動Vicon系統的SDK應用程序，此時將會輸出在Vicon系統視場內的所有無人機的姿態和位置數據，通過解析這些數據，打包后一并通過一對多數傳廣播發送給所有無人機，無人機上的數據鏈接收到數據后，并與自身的ID做對比，從數據中解析得到Vicon系統觀測的基于Vicon系統坐標系的位置和姿態信息。

進一步的，步驟1中Vicon系統上傳數據給無人機時，使用840M數據鏈，波特率設置為115200。

進一步的，步驟2中，以Vicon系統發送的無人機的姿態和位置數據作為量測，通過序貫kalman濾波的方式進行組合導航算法，具體的包括以下步驟：

1)坐標系定義；

2)建立狀態方程；

3)序貫濾波；

4)無人機高度切換。

進一步的，坐標系定義：選取Vicon系統自身定義的坐標系為導航坐標系即為n系；無人機重心為原點的前右下坐標系為機體坐標系，即為b系。

進一步的，建立狀態方程：

選取的n系下的姿態，速度，位置，加速度計零偏，陀螺儀零偏作為組合導航算法的狀態，共16維狀態方程，即：