[發明專利]一種基于慣性和雙目視覺的多無人機協同導航方法和裝置

有效

• 申請號: 202110415745.4
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN112985391B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 穆華;謝嘉;潘獻飛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G06T7/73
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本申請涉及一種基于慣性和雙目視覺的多無人機協同導航方法和裝置。所述方法包括：基于各個無人機的慣導誤差模型建立多無人機的協同導航系統狀態模型，基于慣導解算和協同導航系統狀態模型預測多無人機的系統狀態，并根據無人機的雙目視覺相對位置觀測數據更新系統狀態，得到各無人機的慣導解算誤差估計，并修正慣導解算結果，實現多無人機協同導航。上述方法基于雙目視覺相對位置觀測修正各無人機的慣性導航系統誤差，利用雙目視覺位置觀測信息中同時包含無人機間的距離和相對方位的特點，達到高于距離測量或相對方位測量的協同導航精度。此外，上述方法對各架無人機分別建立慣導誤差模型，因此適用于多架無人機慣性導航系統精度不同的情況。

技術領域

本申請涉及平臺協同導航技術領域，特別是涉及一種基于慣性和雙目視覺的多無人機協同導航方法和裝置。

背景技術

目前無人機普遍采用慣性/衛星組合導航技術。然而衛星導航信號一方面在城市巷道、峽谷等環境會受到遮擋，另一方面容易被干擾。因此無人機不能僅依賴衛星作為導航手段，而是需要在無法獲得衛星導航信號的環境中，基于慣性導航等技術實現自主導航，以適應各種復雜的工作環境。

對于無人機集群來說，可以利用無人機之間相對觀測的協同導航技術提高無人機的慣性導航定位精度。協同導航是一種利用多運動體之間的相對觀測和導航信息交互實現導航資源共享的新型導航技術。目前針對無人機集群的協同導航技術存在以下特點：第一，大多局限于協同空中加油、地面目標跟蹤等特定的應用場景，無人機的數量多為兩架，關注的多是無人機之間的相對導航信息；第二，無人機集群仍沒有完全脫離對衛星導航的依賴，甚至完全基于衛星導航功能實現協同導航，不適用于無衛星信號的工作環境；第三，無人機之間的相對觀測采用距離或相對方位測量，距離測量傳感器常見的是超寬帶測距傳感器，相對方位測量傳感器為單目相機，能夠提供的導航數據精度較低。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠在無衛星導航信號的工作環境中實現高精度多無人機協同導航的基于慣性和雙目視覺的多無人機協同導航方法和裝置。

一種基于慣性和雙目視覺的多無人機協同導航方法，所述方法包括：

基于各個無人機的慣導誤差模型，建立多無人機的協同導航系統狀態模型。

基于協同導航系統狀態模型和各個無人機的慣導解算數據，得到多無人機的系統狀態預測結果。

當收到無人機的雙目視覺相對位置觀測數據時，基于對應無人機的雙目視覺相對位置觀測模型更新系統狀態預測結果，得到各個無人機的慣導誤差估計值。

根據慣導誤差估計值修正對應無人機的慣導解算數據，得到協同導航數據。

其中一個實施例中，基于各個無人機的慣導誤差模型，建立多無人機的協同導航系統狀態模型的方式包括：

根據各個無人機的慣導誤差模型，分別得到對應的慣導誤差狀態轉移矩陣和慣導狀態輸入噪聲方差。

根據各個無人機的慣導誤差狀態轉移矩陣，構建多無人機的協同導航狀態轉移矩陣，根據各個無人機的慣導狀態輸入噪聲方差，構建多無人機的協同導航系統輸入噪聲方差。

根據協同導航狀態轉移矩陣和協同導航系統輸入噪聲方差，建立多無人機的協同導航系統狀態模型。

其中一個實施例中，無人機獲取慣導解算數據的方式包括：

按照預設的慣導解算周期，由無人機進行慣導解算，得到對應的無人機狀態向量。

其中一個實施例中，基于協同導航系統狀態模型和各個無人機的慣導解算數據，得到多無人機的系統狀態預測結果的方式包括：

按照預設的協同導航周期，根據各個無人機的無人機狀態向量構建對應的系統狀態向量，將系統狀態向量輸入協同導航系統狀態模型，得到多無人機的系統狀態預測結果。其中，協同導航周期大于慣導解算周期。