[发明专利]一种基于飞行器旋翼光源检测的相对测距测姿方法

说明书

本发明公开了一种基于飞行器旋翼光源检测的相对测距测姿方法，属于导航定位技术领域。该方法在飞行器A的旋翼上安装设置光源；在其它飞行器或设备上安装视觉摄像头；利用视觉摄像头对飞行器A旋翼光源在旋转条件下产生的椭圆或圆弧进行成像；依据视觉摄像头成像参数获得与飞行器A光源旋转平面中心位置的相对距离、方位角和俯仰角；获得与飞行器A光源旋转平面的相对姿态；进而得到其它飞行器或设备与飞行器A机体结构的相对距离和相对姿态。本方法简单易行，对不依赖无线电和惯性器件下保障飞行器控制、编队飞行等应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，特别是指一种基于飞行器旋翼光源检测的相对测距测姿方法。

背景技术

准确获取飞行器距离信息和姿态信息是保障稳定控制和多机编队的基础。当前普遍采用遥控遥测、数据链、机载卫星导航和惯性器件中多种技术相结合的方式实现机间、飞行器和其他设备间的相对测距和测姿，但由于惯性器件误差随时间发散、无线测距存在受电磁干扰的风险，因此在高可靠性需求的应用场景中需要一种具有高自主特征的测距测姿方法作为备份保障手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于飞行器旋翼光源检测的相对测距测姿方法。本方法可面向飞行器控制、编队飞行等应用场景，特别是夜间、低光照环境中的飞行器应用，实现在不依赖无线电和惯性器件下获取机间、飞行器和其他设备间的相对测距和测姿信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于飞行器旋翼光源检测的相对测距测姿方法，包括以下步骤：

(1)在飞行器A的一个或多个旋翼上安装可发光光源，由此确定飞行过程中光源的可视范围；对飞行器A在飞行条件下光源相对于旋翼旋转轴的距离L进行精确测量和标定；

(2)在其它飞行器或设备上安装视觉摄像头，设置相机的曝光时间不低于飞行器A旋翼在最小转速下旋转一周的周期，并通过标定获取视觉摄像头视野范围内不同角度不同长度物体的成像特征函数；在飞行器A飞行过程中，利用视觉摄像头对飞行器A旋翼光源在旋转条件下产生的椭圆或圆弧进行成像，在成像视场中检测椭圆中心所处位置[x,y,z]、长轴长度与相对视场的矢量短轴长度与相对视场的矢量其中，成像若为圆弧，则按照圆弧所对应的椭圆获取上述参数；

(3)以半径为L的圆作为视觉检测目标，依据视觉摄像头视野范围内不同角度不同长度物体的成像特征函数，根据成像中的长度、中心所处位置[x,y,z]，获得视觉摄像头与飞行器A光源旋转平面中心位置的相对距离、方位角和俯仰角；

(4)以半径为L的圆作为视觉检测目标，依据视觉摄像头视野范围内不同角度不同长度物体的成像特征函数，根据矢量在成像中的指向、矢量与矢量的比值，以及视觉摄像头与飞行器A的距离信息，获得视觉摄像头与飞行器A光源旋转平面的相对姿态；

(5)根据飞行器A光源旋转平面和机体结构的相对空间关系，以及其它飞行器或设备上安装的视觉摄像头与其结构的相对空间关系，基于视觉摄像头与飞行器A光源旋转平面中心位置的相对距离、方位角、俯仰角，以及视觉摄像头与飞行器A光源旋转平面的相对姿态，得到其它飞行器或设备与飞行器A机体结构的相对距离和相对姿态。

进一步的，步骤(4)的具体方式为：

(401)根据矢量在成像中的指向、矢量与矢量的比值，以及视觉摄像头与飞行器A的距离信息，获得飞行器A光源旋转平面与视觉摄像头视场三轴方向矢量夹角的两个解；

(402)当光源安装特征使得仅通过仰视或俯视光源旋转平面就能观测到光源时，排除相对姿态解中对应的俯视或仰视解，得到相对姿态；