[发明专利]具备避障功能的无人机室内定位系统及方法

说明书

本发明涉及具备避障功能的无人机室内定位系统及方法，属于无人机定位技术领域。本发明通过激光雷达系统实时采集室内3D点云图像，并检测3D点云图像的平面及平面与无人机所在位置的距离以获取无人机当前位置与障碍物的距离；通过UWB系统实时获取无人机上的UWB标签到定位基站的距离、解算并修正无人机上的UWB标签的坐标，并计算无人机的目标位置与其当前位置的水平平移量；通过中央控制模块用于接收激光雷达系统和UWB系统的信号，并发出控制指令以控制无人机的精准飞行。

技术领域

本发明涉及具备避障功能的无人机室内定位系统及方法，属于无人机定位技术领域。

背景技术

由于科学水平的进步，无人机所涉及的领域越来越广，无论是在军事还是民用领域，都具有十分广阔的应用前景。无人机研究的第一步就是对其进行定位与导航。为解决室内定位的问题，各科研机构以及创业型公司等在室内定位方面开展了大量研究，旨在找到一套有效的室内定位解决方案。目前国内外研究的无人机定位主要包括：

第一种：基于GPS或北斗等的卫星定位系统。但其应用在室外定位，因室内无法稳定接收到卫星信号，故不适用于室内定位。

第二种：基于WIFI的定位。其便利性强，但由于信号在传播中会收到折射、反射、非视距因素、信号死角及2.4GHz等高频段干扰，定位误差较大。

第三种：基于蓝牙的定位。其基于三角定位法，定位精准，但蓝牙模块本身为低功耗芯片，定位信号功率有效，易受干扰，不适合在大室内环境中使用。

第四种：UWB超宽带室内定位系统。其采用超宽带脉冲信号，通过预设的传感器对信号标签进行追踪分析，多径分辨能力强，精度高，但该类定位系统需要在室内布置用于定位的传感器，成本高，定位范围有限，可移植性差。

第五种：激光Lidar技术，由于采用激光扫描的办法，定位精度高，可靠性高，但是价格昂贵，64线3D扫描的激光雷达普遍在60万人民币左右，为前述四种方案的几十倍甚至上百倍价格，且设备本身质量重、体积大，需要较大的无人机才能搭载，不适合室内飞行。

综上所述，现有的室内定位技术在定位精度、成本、稳定性、可移植等方面还无法兼顾，造成室内定位技术发展缓慢。

近些年，随着无人机技术的快速发展，无人机的应用领域也得到极大拓展。目前，无人机定点定位飞行控制方面主要依赖传统的GPS或第三方定位传感器。基于前文对室内定位技术现状的分析可知，无人机在室内等实时定位飞行控制要求较高的地方仍然受到很大技术局限性，其面临的主要技术问题包括以下几个方面：

1、缺乏可用于准确判断位置信息的可依赖特征。

2、缺乏可用于准确估计位置信息和追踪位置变化的方法。

3、缺乏室内障碍物信息的实时获取。

发明内容

本发明提出了一种具备避障功能的无人机室内定位系统及方法，在无人机上同时安装有激光雷达系统和UWB定位系统，通过激光雷达判断与障碍物的高度距离，通过UWB定位系统计算出无人机的目标位置与当前位置的水平平移量，从而实现无人机的准确位置信息，实现精准飞行，并实现了避障功能。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种具备避障功能的无人机室内定位系统，包括：

激光雷达系统：实时采集室内3D点云图像，并检测3D点云图像的平面及平面与无人机所在位置的距离以获取无人机当前位置与障碍物的距离；

UWB系统包括定位基站、安装在无人机上的UWB标签、UWB解算器和滤波器，用于实时获取无人机上的UWB标签到定位基站的距离、解算并修正无人机上的UWB标签的坐标，并计算无人机的目标位置与其当前位置的水平平移量；