[发明专利]一种基于毫米波雷达的无人机定位方法

说明书

本发明涉及一种基于毫米波雷达的无人机定位方法，包括标定阶段和定位阶段，标定阶段包括：获取无人机的地面坐标；提取雷达点云数据中的特征点并得到特征点的地面坐标；定位阶段包括：获取当前帧雷达点云数据并预处理；获取无人机运动数据并与雷达点云数据进行融合；提取雷达点云数据中的特征线段；将当前帧的特征线段与上一帧的特征线段进行配准，找到匹配特征点和新增特征点；基于匹配特征点在地图上的地面坐标，得到无人机的地面坐标、新增特征点的地面坐标。与现有技术相比，本发明基于毫米波雷达的点云数据进行特征点匹配定位，定位精度高，毫米波雷达可以减轻无人机负载，提高无人机定位精度，能够实现全天候全天时的无人机定位。

技术领域

本发明涉及无人机定位领域，尤其是涉及一种基于毫米波雷达的无人机定位方法。

背景技术

随着技术的进步，无人机的应用范围越来越广，而无人机的定位问题对其安全运行起着重要作用。基于GNSS全球卫星系统，无人机的室外定位及导航技术已趋于成熟，并且能够达到米级精度，进一步的，通过部署固定差分基站，能使精度达到厘米级。但是，在室内、隧洞等GPS信号微弱的空间内，无人机的精准定位是目前面临的一大难题，也是研究的热点。

目前无人机室内定位的方法主要有：室内定位系统，通过在室内布置多个定位相机，实现无人机的定位，能够达到厘米级的定位精度；视觉SLAM，通过机载摄像头或雷达，对环境地图进行建模，结合无人机的运动信息，实现无人机的定位；超宽带(UWB)技术，包括机载模块端和基地模块端，通过测量电波的到达时间、到达时间差或到达角计算出两个模块之间的距离，从而实现无人机的定位；也有基于电波的定位方案，如通过Wifi、Zigbee等通信实现无人机的定位。

但是现有技术或多或少都存在缺陷和不足，如成本和定位精度之间的侧重、适用场景的局限、在特殊环境中的通用性、实时性等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于毫米波雷达的无人机定位方法，基于毫米波雷达的点云数据进行特征点匹配定位，定位精度高，毫米波雷达可以减轻无人机负载，提高无人机定位精度，能够实现全天候全天时的无人机定位。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于毫米波雷达的无人机定位方法，所述无人机上搭载有毫米波雷达和IMU，包括标定阶段和定位阶段，标定阶段包括：

S1、获取地图，获取毫米波雷达测量的雷达点云数据，获取无人机的地面坐标；

S2、对雷达点云数据进行预处理；提取雷达点云数据中的关键点，基于关键点得到特征线段，特征线段上的关键点记为特征点；

S3、根据无人机的地面坐标，将特征点投影在地图上，得到各个特征点的地面坐标；

定位阶段包括：

S4、获取毫米波雷达测量的当前帧雷达点云数据，对雷达点云数据进行预处理；

S5、获取IMU测量的无人机运动数据，将雷达点云数据和无人机运动数据进行融合，得到修正后的雷达点云数据；

S6、提取雷达点云数据中的关键点，基于关键点得到特征线段，特征线段上的关键点记为特征点；

S7、将当前帧雷达点云数据的特征线段与上一帧雷达点云数据的特征线段进行配准，找到当前帧与上一帧相匹配的特征点，记为匹配特征点，找到当前帧相对于上一帧增加的特征点，记为新增特征点；

S8、基于匹配特征点在地图上的地面坐标，得到无人机的地面坐标、新增特征点的地面坐标；

S9、重复步骤S4。

进一步的，标定阶段还包括毫米波雷达和IMU的坐标标定，具体为：根据毫米波雷达和IMU的安装位置，建立雷达点云数据与IMU测量的无人机运动数据之间的坐标变换矩阵，完成坐标标定。