[发明专利]基于增强地理信息的无人机地面目标定位系统及方法

摘要

本发明提供一种基于增强地理信息的无人机地面目标定位系统及方法，系统包括无人机机上系统、数据传输模块和地面站控制系统；所述无人机机上系统通过所述数据传输模块与所述地面站控制系统交互信息；其中，所述无人机机上系统包括实景采集模块、GPS定位模块和姿态采集模块；地面站控制系统包括：电子地图数据库、投影模块、定位模块和遍历模块。优点为：不需要采用复杂的图像处理算法，只需要将实景图像与三维地图进行匹配后，通过简单的拟合方法，即可获得目标点的定位数值，因此，可以大范围对地面场景目标进行精确定位，并且，由于所采用的定位算法简单，因此，定位速度非常快，可满足对目标实时跟踪的需求。

主权项

一种基于增强地理信息的无人机地面目标定位系统，其特征在于，包括：无人机机上系统、数据传输模块和地面站控制系统；所述无人机机上系统通过所述数据传输模块与所述地面站控制系统交互信息； 其中，所述无人机机上系统包括实景采集模块、GPS定位模块和姿态采集模块； 所述实景采集模块用于采集锁定目标区域的实景图像； 所述姿态采集模块用于采集所述实景采集模块在采集所述实景图像时的姿态信息； 所述GPS定位模块用于采集所述实景采集模块在采集所述实景图像时的三维地理坐标数据； 所述数据传输模块用于将所述实景图像、所述实景采集模块的姿态信息以及所述实景采集模块的三维地理坐标数据传输到所述地面站控制系统； 所述地面站控制系统包括： 电子地图数据库，用于存储所述无人机的作业飞行区域的三维电子地图；其中，所述电子地图数据库包括两种： 第一电子地图数据库，用于存储三维地形地理信息； 第二电子地图数据库，用于存储三维地物信息，所述三维地物信息包括地物三维地理坐标信息；所述三维地理坐标信息包括高度信息以及二维地理坐标信息； 投影模块，用于根据所述数据传输模块传输的所述实景采集模块的姿态信息以及所述实景采集模块的三维地理坐标数据，将位于屏幕显示窗口外部的所述三维电子地图向通过屏幕显示的所述实景图像进行投影操作，得到显示在屏幕的二维电子地图投影，从而建立所述实景图像、所述二维电子地图投影以及所述三维电子地图之间的映射关系；接收模块，通过屏幕显示所述实景图像，当所述实景图像上的某一目标点P1被鼠标点击时，即为接收到对目标点P1进行定位的请求消息； 定位模块，用于当接收到对实景图像上目标点P1进行定位的请求消息时，调用所述投影模块，获得所述三维电子地图中与所述目标点P1对应的目标点， 将该对应的目标点记为目标点P2； 如果当前使用的所述三维电子地图来源于所述第一电子地图数据库，即，所述三维电子地图为存储三维地形地理信息的电子地图，则：通过所述三维电子地图，直接获得所述目标点P2的三维地理坐标数据； 如果当前使用的所述三维电子地图来源于所述第二电子地图数据库，即，所述三维电子地图为存储三维地物信息的电子地图，则进一步判断所述目标点P2是否位于所述三维电子地图中的某一个三维地物覆盖区域，如果位于，则其在所述三维地物上对应点的三维地理坐标数据即为所述目标点P2的三维地理坐标数据，并结束流程；如果不位于，则执行遍历模块； 所述遍历模块用于：以目标点P1为中心，通过八邻域的方式由内向外按设定的步长值逆时针探测，并执行以下步骤： S1，令i＝1； S2，当探测到探测点Ci时，调用所述投影模块，获得所述三维电子地图中与探测点Ci对应的参考点Di； S3，判断所述参考点Di是否位于所述三维电子地图中的某一个三维地物覆盖区域，如果不位于，则直接舍弃所述参考点Di，令i＝i+1，然后返回执行S2；如果位于，则执行S4； S4，获得所述参考点Di所属的三维地物的三维地物ID，然后，判断所述三维地物ID是否位于存储列表中；其中，初始时，所述存储列表为空；如果不位于，则将探测点Ci、参考点Di与三维地物ID的对应关系存储到所述存储列表，然后，令i＝i+1，返回执行S2；如果位于，则舍弃所述参考点Di，令i＝i+1，然后返回执行S2； 重复上述步骤，当所述存储列表中存储的参考点数量达到预设值时，退出循环，执行S5； S5，设共获得有效的探测点C的数量为N个，分别记为b_i(i＝1,2,…,N)，其对应的参考点D分别记为D_i(i＝1,2,…,N)； b_i为直接在屏幕上选取的点，获得b_i的屏幕坐标； D_i为电子地图中属于某一三维地物信息的点，获得D_i的三维地理坐标数据； 根据b_i和D_i，拟合求值，得到所述目标点P2的三维地理坐标数据。