[发明专利]一种自主导航电力巡线故障检测的四旋翼飞行器系统

权利要求书

1.一种自主导航电力巡线故障检测的四旋翼飞行器系统，包括位于地面的上位机以及安装于飞行器上用于控制飞行器飞行状态的飞行控制模块，飞行控制模块内部包含有用于通过GPS卫星系统获取当前飞行器GPS位置信息的GPS模块；其特征在于，所述飞行器系统还包括：

安装于飞行器上用于采集视频图像的摄像头；

图像检测模块，用于对采集到的视频图像进行检测，以识别出图像中的电力线是否存在异常情况；

北斗导航模块，用于通过北斗卫星系统获取当前飞行器的北斗位置信息；

超声波测距模块，用于检测飞行器周围是否存在障碍物以及与障碍物之间的距离；

GPRS通信模块，用于接收地面上位机发送的导航路径信息，同时将飞行控制模块提供的飞行状态信息以及融合校准后得到的位置信息发送给上位机；

中转控制模块，用于对所述北斗位置信息以及导航路径信息进行解析及预处理后发送给飞行控制模块，同时根据超声波测距模块检测到的障碍物信息通过分析向飞行控制模块发出避障飞行指令，还用于对图像检测模块、北斗导航模块和GPRS通信模块的工作参数进行设定以驱动协调这些模块的工作；

所述的飞行控制模块通过对所述GPS位置信息和北斗位置信息进行融合校准并结合所述导航路径信息用以控制飞行器的飞行状态，同时根据避障飞行指令驱动飞行器做出避障动作，并将飞行状态信息以及融合校准后得到的位置信息通过中转控制模块转发给GPRS通信模块；

所述飞行控制模块对GPS位置信息和北斗位置信息进行融合校准的具体方法如下：

首先，通过以下公式对前n组北斗位置信息和GPS位置信息进行融合校准：

其中：和对应为第i组北斗位置信息和第i组GPS位置信息，Y_i对应为第i组融合校准后的位置信息，s_B和s_G对应为北斗卫星系统和GPS卫星系统的卫星数量，i为自然数且1≤i≤n，n为设定的组数；

然后，根据以下公式计算前n组北斗位置信息和GPS位置信息的方差：

其中：∈_B和∈_G对应为前n组北斗位置信息和GPS位置信息的方差；

最后，通过以下公式对n组之后的北斗位置信息和GPS位置信息进行融合校准：

其中：和对应为第j组北斗位置信息和第j组GPS位置信息，Y_j对应为第j组融合校准后的位置信息，j为自然数且j＞n。

2.根据权利要求1所述的四旋翼飞行器系统，其特征在于：所述的北斗导航模块、图像检测模块和GPRS通信模块通过串口扩展板与中转控制模块连接。

3.根据权利要求1所述的四旋翼飞行器系统，其特征在于：所述的上位机包括：

网络接收模块，用于连接公网且与飞行器上的GPRS通信模块进行网络通信；

上位机处理模块，其采用Voronoi图法对飞行器当前位置、目的地位置以及所有障碍点的坐标信息进行路径化运算，进而通过网络接收模块将运算得到导航路径信息发送给飞行器。

4.根据权利要求3所述的四旋翼飞行器系统，其特征在于：所述上位机处理模块进行路径化运算的具体过程如下：

(1)通过网络接收模块远程获取飞行器当前位置坐标点，结合设置的目的地位置坐标点以及所有障碍点，将这些点均存储为独立的离散点；

(2)划定包含上述所有离散点的最小方形地图区域；

(3)在所述最小方形地图区域内，采用Voronoi图法对所有离散点进行路径化运算，计算出该地图区域内所有的可行路径；

(4)采用广度优先搜索算法对所有可行路径进行路径搜索，确定从当前位置至目的地位置的最优路径；

(5)对所述最优路径进行离散点化，提取最优路径上各离散点的坐标信息，进而将这些离散点的坐标信息通过网络接收模块远程发送给飞行器。