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原文传递非卫星导航定位环境的桥梁检测无人机系统

专利名称：	非卫星导航定位环境的桥梁检测无人机系统
摘要：	本发明公开了一种非卫星导航定位环境的桥梁检测无人机系统，包括无人机飞行平台、机载组合定位模块、机载监测模块和地面站控制系统。所述无人机飞行平台包括无人机本体、电源、动力模块、飞行控制器和机载无线通信终端，所述机载组合定位模块包括微惯性测量单元、超宽带导航定位模块、光流量测模块和气压计，所述机载监测模块包括机载环境监测传感器、视觉传感器和雷达传感器，所述地面站控制系统包括地面无线基础设施、地面站规划控制软件和地面站数据处理软件。本发明采用了基于UWB、MIMU、OF、RAR的组合导航定位方式，提高了无人机在全球卫星导航定位环境下的可定位性和导航定位精度，并且通过光流模块进行桥梁复杂环境近距离障碍物观测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	东南大学
发明人：	阳媛;张晶晶;戴鹏;李艺璇;樊佛莉;鲍小雨
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910206658.0
公开号：	CN109911188A
代理机构：	南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	柏尚春
分类号：	B64C27/08(2006.01);B;B64;B64C;B64C27
申请人地址：	211100 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
主权项：	1.一种非卫星导航定位环境的桥梁检测无人机系统，包括无人机飞行平台(1)、机载组合定位模块(2)、机载监测模块(3)和地面站控制系统(4)，所述无人机飞行平台(1)包括无人机本体(5)、电源、动力模块(6)、飞行控制器(7)和机载无线通信终端(8)，所述机载监测模块(3)得到的信息通过机载无线通信终端(8)实时传输至地面站控制系统(4)；其特征在于：所述机载组合定位模块(2)包括超宽带导航定位模块(9)、微惯性导航系统(10)、气压高度计(11)和光流避障模块(12)，所述机载监测模块(3)包括机载环境监测传感器(13)、视觉监测传感器(14)和雷达建模传感器(15)，所述飞行控制器(7)分别与机载组合定位模块(2)、机载监测模块(3)和机载无线通信终端(8)连接；所述机载无线通信终端(8)包括机载数据传输模块(29)、机载图像传输模块(30)、遥控器接收器(31)及UWB标签(19)；所述微惯性导航系统(10)用于获得无人机的角度和角速度；所述光流避障模块(12)用于感知无人机与桥底面的相对运动速度、运动方向和距离；所述超宽带导航定位模块(9)用于桥梁非GNSS空间的三维实时快速位置坐标解算；所述气压高度计(11)用于高程位置的平滑滤波估计；所述飞行控制器(7)，基于组合位姿信息实现无人机三级闭环控制，第一级为姿态控制，第二级为位置控制，第三级为机载传感器监测任务控制；所述姿态控制通过所连接的微惯性导航系统(10)，基于姿态扩展卡尔曼滤波获得无人机的角度、角速度；所述位置控制通过所连接的超宽带导航定位模块(9)、微惯性导航系统(10)、气压计(11)和光流避障模块(12)组合，基于组合位置互补滤波估计无人机的位置和速度；所述传感器监测任务控制，基于地面站控制系统传输的计划任务、实时规划任务和设备遥控管理指令，实现包括机载环境监测传感器(13)、视觉监测传感器(14)和雷达建模传感器(15)的计划与在线监测任务控制功能。 2.根据权利要求1所述的非GNSS环境的桥梁检测无人机系统，其特征在于：所述地面站控制系统(4)包括地面无线基础设施(16)和地面站规划控制模块(17)；所述地面无线基础设施(16)包括对应机载无线通信终端的地面数据传输模块(32)、地面图像传输模块(33)、遥控发射器(34)和UWB基站(20)；所述地面站规划控制模块(17)，通过连接对应的机载无线通信终端(8)以及地面无线基础设施(16)，集中采集机载传感器数据，以及基于控制律解算地面站任务的控制要求，形成控制指令和参数，将控制指令和控制参数传输到无人机飞行控制器，从而执行动作、标定航迹及向操作员提供规划辅助；所述地面站任务包括飞行模式、航线规划、感知控制。 3.根据权利要求1所述的非GNSS环境的桥梁检测无人机系统，其特征在于：所述光流避障模块(12)安装在无人机顶部，进行无人机顶部到桥梁底部的短距离测距和特征获取；利用图像序列中像素的时域变化以及相邻帧的差分，来测量其在桥梁底部成像平面上像素小运动的瞬时差异，从而估计平面方向的位移变化量、变化率和方向，实现无人机在桥梁下方的悬停自稳、定向飞行及定速飞行。 4.根据权利要求1所述的非GNSS环境的桥梁检测无人机系统，其特征在于：所述环境监测传感器(13)包括空速计(21)、温湿计(22)和气体传感器(23)，所述视觉监测传感器(14)包括高清摄像机(24)或红外摄像机(25)，所述雷达建模传感器(15)包括合成孔径雷达(26)、高光谱成像仪(27)和微波雷达(28)。 5.根据权利要求2所述的非GNSS环境的桥梁检测无人机系统，其特征在于：所述UWB基站(20)共有四个，分别采用碳纤杆固定在桥两侧，使得UWB基站信号和桥下机载接收机是直射视距路径或绕射路径。
所属类别：	发明专利