[发明专利]一种基于VIO＆UWB松组合的无人机导航系统及方法

说明书

本申请公开了一种基于VIOUWB松组合的无人机导航系统及方法，该基于VIOUWB松组合的无人机导航系统包括：主控电路、视觉传感器、UWB定位模块、姿态传感器以及组合滤波器，视觉传感器、UWB定位模块、姿态传感器、组合滤波器分别与主控电路信号连接；本申请结合各传感器间的互补性，综合利用了视觉、惯性导航、UWB等传感器的测量信息，能够实现稳定、可靠的导航功能，建立复杂环境下稳定可靠的导航系统，实现旋翼无人机在传统导航盲区作业飞行，同时运算量大大减小，可以在较低性能的计算平台上实现，满足低成本无人机的应用需求。

技术领域

本申请涉及无人机导航领域，尤其涉及一种基于VIO(Visual InertialOdometry，视觉惯性里程计)UWB(Ultra Wide Band，超宽带)松组合的无人机导航系统及方法。

背景技术

现有的INS(Inertial Navigation System，惯性导航系统)/GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)组合导航技术，在GPS信号覆盖良好的区域能够保证高效、稳定的导航性能。但在诸如桥梁下方、隧道内、房屋内等应用场景下，GPS信号被极大的屏蔽，无法利用传统的INS/GPS组合导航技术实现有效的导航功能。而现有的即时定位与地图构建(SLAM技术)其计算复杂、对设备要求高，而旋翼无人机无法携带高性能的计算机实现该种技术。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于VIOUWB松组合的旋翼无人机导航系统及方法，利用相对有限的运算资源，实现视觉、惯性导航、UWB定位技术的组合导航。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于VIOUWB松组合的旋翼无人机导航系统及方法，其中，无人机导航系统包括：主控电路、视觉传感器、UWB定位模块、姿态传感器以及组合滤波器，视觉传感器、UWB定位模块、姿态传感器、组合滤波器分别与主控电路信号连接；主控电路用于控制视觉传感器、UWB定位模块、姿态传感器、组合式滤波器；视觉传感器用于采集图像的特征点获取图像特征点深度信息，根据图像特征点深度信息计算得到无人机旋转和平移信息；UWB定位模块用于获取移动标签之间的位置信息；姿态传感器用于获取无人机的角速度和加速度信息；组合滤波器通过无人机旋转和平移信息、移动标签之间的位置信息以及无人机的角速度和加速度信息计算导航信息。

其中，视觉传感器包括双目相机。

其中，UWB定位模块包括基站和移动标签。

其中，述姿态传感器包括陀螺仪和加速度计。

其中，所述组合式滤波器包括集中式滤波器。

其中，组合式滤波器包括集中式滤波器。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种基于VIOUWB松组合的旋翼无人机导航方法，包括：获取无人机位置信息；通过双目相机对周围环境进行拍照获取图像特征点信息，根据图像特征点信息进行重投影计算，得到无人机旋转和平移信息；获取无人机的角速度和加速度信息；根据无人机位置信息、无人机旋转和平移信息以及无人机的角速度和加速度信息计算得到导航信息。

其中，获取所述无人机位置信息的步骤包括：获取所述基站的位置信息；通过所述基站的位置信息计算得到所述无人机的位置信息。

其中，述获取所述基站的位置信息的步骤包括：

建立无人机坐标系b和导航坐标系n；

其中，通过双目相机对周围环境进行拍照获取图像特征点信息，根据图像特征点信息进行重投影计算，得到无人机旋转和平移信息的步骤包括：通过双目相机采集左右两个相机的图像；获取左右两幅图像的特征点计算特征点的深度信息；根据特征点深度信息计算无人机旋转和平移信息。

其中，根据无人机位置信息、无人机旋转和平移信息以及无人机的角速度和加速度信息计算得到导航信息具体包括：