[發(fā)明專利]一種無人機(jī)懸停姿態(tài)測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010589562.X
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111688949B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段發(fā)階;王憲全;梁春疆;李天宇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B64F5/60
• 分類號: B64F5/60
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉子文

本發(fā)明公開一種無人機(jī)懸停姿態(tài)測量裝置及方法，裝置放置在無人機(jī)懸停姿態(tài)測試基地，包括設(shè)置在無人機(jī)懸停姿態(tài)測試基地四周的投影立壁，所述投影立壁的一側(cè)設(shè)有測量相機(jī)組。測量方法包括以下步驟：(1)將無人機(jī)放置在無人機(jī)懸停姿態(tài)測試基地，無人機(jī)掛載輕量級激光發(fā)射器，固定懸停在離地高度15m的測試基地上空；(2)激光發(fā)射器向兩端和前向發(fā)射3束激光，分別打在三面投影立壁上，形成3個激光點；(3)攝像機(jī)組分別測量3個激光點的空間坐標(biāo)，并將測量結(jié)果傳輸給無人機(jī)定位系統(tǒng)；(4)無人機(jī)定位系統(tǒng)根據(jù)3個激光點的測量結(jié)果，并綜合無人機(jī)的當(dāng)前空間位置，進(jìn)而解算出無人機(jī)姿態(tài)角，即俯仰角θ_P、橫滾角θ_R和偏航角θ_Y。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)測量領(lǐng)域，特別涉及一種無人機(jī)懸停姿態(tài)測量方法。

背景技術(shù)

無人機(jī)飛行姿態(tài)在無人機(jī)控制及飛行過程中占有重要地位，如何準(zhǔn)確測量無人機(jī)的姿態(tài)角一直是無人機(jī)姿態(tài)測量中的重點研究問題。在目前應(yīng)用的無人機(jī)姿態(tài)角測量方法中，精度最高的測量方法為，香港科技大學(xué)于2017年提出的基于單目視覺和慣性系統(tǒng)導(dǎo)航的測量方法(IMU)，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)0.2°的測量精度。但是高精度慣性系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)價格昂貴，因此該方法成本較高，在實際應(yīng)用中存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種平均成本低，測量精度高的無人機(jī)姿態(tài)測量裝置及方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種無人機(jī)懸停姿態(tài)測量裝置，放置在無人機(jī)懸停姿態(tài)測試基地，包括設(shè)置在無人機(jī)懸停姿態(tài)測試基地四周的投影立壁，所述投影立壁的一側(cè)設(shè)有測量相機(jī)組。

本發(fā)明提供的另一種技術(shù)方案如下：

一種無人機(jī)懸停姿態(tài)測量方法，包括以下步驟：

(1)將無人機(jī)放置在無人機(jī)懸停姿態(tài)測試基地，無人機(jī)掛載輕量級激光發(fā)射器，固定懸停在離地高度15m的測試基地上空；

(2)激光發(fā)射器向兩端和前向發(fā)射3束激光，分別打在三面投影立壁上，形成3個激光點；

(3)攝像機(jī)組分別測量3個激光點的空間坐標(biāo)，并將測量結(jié)果傳輸給無人機(jī)定位系統(tǒng)；

(4)無人機(jī)定位系統(tǒng)根據(jù)3個激光點的測量結(jié)果，并綜合無人機(jī)的當(dāng)前空間位置，進(jìn)而解算出無人機(jī)姿態(tài)角，即俯仰角θ_P、橫滾角θ_R和偏航角θ_Y。

進(jìn)一步的，步驟(4)中，

式中h₁為無人機(jī)在第一投影立壁上的位移值，h₂為無人機(jī)在第二投影立壁上的位移值，h₃為無人機(jī)在第三投影立壁上的位移值，(x₁，y₁)為無人機(jī)在第一投影立壁的質(zhì)心坐標(biāo)，(x₂，y₂)為無人機(jī)在第二投影立壁的質(zhì)心坐標(biāo)，(x₃，y₃)為無人機(jī)在第三投影立壁的質(zhì)心坐標(biāo)，(x₀，y₀)為無人機(jī)的質(zhì)心坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，投影立壁可視高度h與無人機(jī)到投影立壁最大距離L之間的關(guān)系如下：

式中，θ_max為姿態(tài)角測量范圍；

對攝像機(jī)的分辨精度Δx，滿足以下條件：

Δx＜L·tan(θ_min)