[发明专利]一种无人机悬停姿态测量装置及方法

说明书

本发明公开一种无人机悬停姿态测量装置及方法，装置放置在无人机悬停姿态测试基地，包括设置在无人机悬停姿态测试基地四周的投影立壁，所述投影立壁的一侧设有测量相机组。测量方法包括以下步骤：(1)将无人机放置在无人机悬停姿态测试基地，无人机挂载轻量级激光发射器，固定悬停在离地高度15m的测试基地上空；(2)激光发射器向两端和前向发射3束激光，分别打在三面投影立壁上，形成3个激光点；(3)摄像机组分别测量3个激光点的空间坐标，并将测量结果传输给无人机定位系统；(4)无人机定位系统根据3个激光点的测量结果，并综合无人机的当前空间位置，进而解算出无人机姿态角，即俯仰角θ_P、横滚角θ_R和偏航角θ_Y。

技术领域

本发明涉及无人机测量领域，特别涉及一种无人机悬停姿态测量方法。

背景技术

无人机飞行姿态在无人机控制及飞行过程中占有重要地位，如何准确测量无人机的姿态角一直是无人机姿态测量中的重点研究问题。在目前应用的无人机姿态角测量方法中，精度最高的测量方法为，香港科技大学于2017年提出的基于单目视觉和惯性系统导航的测量方法(IMU)，该方法能够实现0.2°的测量精度。但是高精度惯性系统导航系统价格昂贵，因此该方法成本较高，在实际应用中存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种平均成本低，测量精度高的无人机姿态测量装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无人机悬停姿态测量装置，放置在无人机悬停姿态测试基地，包括设置在无人机悬停姿态测试基地四周的投影立壁，所述投影立壁的一侧设有测量相机组。

本发明提供的另一种技术方案如下：

一种无人机悬停姿态测量方法，包括以下步骤：

(1)将无人机放置在无人机悬停姿态测试基地，无人机挂载轻量级激光发射器，固定悬停在离地高度15m的测试基地上空；

(2)激光发射器向两端和前向发射3束激光，分别打在三面投影立壁上，形成3个激光点；

(3)摄像机组分别测量3个激光点的空间坐标，并将测量结果传输给无人机定位系统；

(4)无人机定位系统根据3个激光点的测量结果，并综合无人机的当前空间位置，进而解算出无人机姿态角，即俯仰角θ_P、横滚角θ_R和偏航角θ_Y。

进一步的，步骤(4)中，

式中h₁为无人机在第一投影立壁上的位移值，h₂为无人机在第二投影立壁上的位移值，h₃为无人机在第三投影立壁上的位移值，(x₁，y₁)为无人机在第一投影立壁的质心坐标，(x₂，y₂)为无人机在第二投影立壁的质心坐标，(x₃，y₃)为无人机在第三投影立壁的质心坐标，(x₀，y₀)为无人机的质心坐标。

进一步的，投影立壁可视高度h与无人机到投影立壁最大距离L之间的关系如下：

式中，θ_max为姿态角测量范围；

对摄像机的分辨精度Δx，满足以下条件：

Δx＜L·tan(θ_min)