[发明专利]一种基于多无人机的目标位姿实时测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于多无人机的目标位姿实时测量方法及系统，该方法包括：控制三台无人机将待测目标包围；对三台无人机上的相机进行实时标定，得到标定后的测量相机；基于双目交会测量原理和标定后的测量相机对待测目标进行位姿测量；所述三台无人机上均设有LED标志灯，所述三台无人机处于同一水平面上，所述待测目标处于三台无人机围成的三角形的中心位置。该系统包括：无人机控制模块、标定模块和测量模块。通过使用本发明，实现对空中目标实时位姿的高精度测量。本发明作为一种基于多无人机的目标位姿实时测量方法及系统，可广泛应用于无人机视觉测量领域。

技术领域

本发明涉及无人机视觉测量技术领域，尤其涉及一种基于多无人机的目标位姿实时测量方法及系统。

背景技术

在无法利用地面参照物的情况下，高空目标的姿态测量一直没有行之有效的、经济简易的方法。较为常用的方法是在目标上安装传感器，但是高精度传感器存在价格昂贵的问题，而且这类方法在目标不能安装传感器的情况下无法使用。另一类方法是摄影测量方法，这类方法需要事先固定相机，并对相机进行标定，然后实施测量。这种方式可以不需要对目标进行额外安装传感器的操作，但是对于高空目标，相机由于硬件限制，无法进行清晰拍摄，使用场景受到限制。还有一类方法是利用无人机进行摄像测量的方法，这类方法通常需要地面有参照物，对于高空测量的场景，或者地面参照物不明显的时候，特别是对海面高空目标，无法使用进行测量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于多无人机的目标位姿实时测量方法及系统，高精度的实现对空中目标的实时位姿测量。

本发明所采用的第一技术方案是：一种基于多无人机的目标位姿实时测量方法，包括以下步骤：

控制三台无人机将待测目标包围；

对三台无人机上的相机进行实时标定，得到标定后的测量相机；

基于双目交会测量原理和标定后的测量相机对待测目标进行位姿测量；

所述三台无人机上均设有LED标志灯，所述三台无人机处于同一水平面上，所述待测目标处于三台无人机围成的三角形的中心位置。

进一步，所述对三台无人机上的相机进行实时标定，得到标定后的测量相机这一步骤，其具体包括：

基于中心投射成像关系，得到相机坐标系方程；

获取无人机的实时数据并对相机坐标系方程进行求解，得到实时旋转矩阵；

基于实时旋转矩阵完成相机标定，得到标定后的测量相机。

进一步，所述相机坐标系方程具体如下式：

上式中，无人机在世界坐标系中的实时位置(X,Y,Z)由无人机的卫星定位系统GPS实时信息转换得到，(F_x,F_y)、(C_x,C_y)表示事先标定的参数，(T_X,T_Y,T_Z)表示世界坐标系原点至像机坐标系原点的平移量，为被拍摄的无人机的理想像点在图像坐标系下的坐标。

进一步，实时旋转矩阵R的表达式如下：

上式中，α、β、γ分别表示绕x、y、z轴转动的欧拉角。

进一步，所述基于双目交会测量原理和标定后的测量相机对待测目标进行位姿测量这一步骤，其具体包括：

对于t₀时刻，分别获取待测目标的端点在其中两个标定后的测量相机的图像坐标，并基于共线方程交会法联立方程组，得到端点t₀时刻的位置；