本實用新型屬于飛行導航技術(shù)領域，具體涉及一種基于飛行器的視覺導航與慣性導航的組合導航裝置。

背景技術(shù)：

飛行器具有機械結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活、姿態(tài)多樣、可擴展性好和易維護等優(yōu)點，因而在勘探、測繪、救援、航拍等領域扮演越來越重要的角色。而這些領域無一不要求相當高的精確性、可靠性和自主性，現(xiàn)有的飛行器導航裝置導航方式單一，控制復雜，采集飛行器飛行參數(shù)誤差大，數(shù)據(jù)處理繁瑣，且飛行器自身自重較大，嚴重消耗飛行器自帶電能，縮短飛行時間，因此，現(xiàn)如今缺少一種結(jié)構(gòu)簡單、自重輕、數(shù)據(jù)采集精度高的基于飛行器的視覺導航與慣性導航的組合導航裝置，通過鏤空結(jié)構(gòu)減少機身自重，采用四軸式飛行器結(jié)構(gòu)，控制簡單，飛行平穩(wěn)，通過聲吶傳感器與氣壓計的結(jié)合時間飛行器高度的采集，避免翼地效應對飛行器造成的干擾，提高數(shù)據(jù)采集控制的精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于飛行器的視覺導航與慣性導航的組合導航裝置，可通過視覺導航與慣性導航的方式完成飛行器導航工作，自重輕，精度高，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：基于飛行器的視覺導航與慣性導航的組合導航裝置，其特征在于：包括飛行器、安裝在所述飛行器底部的探測單元和安裝在所述飛行器頂部用于驅(qū)動所述飛行器運行的飛行器控制單元，以及用于遠程遙控所述飛行器的地面監(jiān)測中心，所述飛行器為四軸飛行器，所述四軸飛行器包括矩形鏤空的機身和四個分別沿機身的四個直角所指方向向外安裝的鏤空的機翼，機翼遠離機身的一端安裝有螺旋槳，所述探測單元包括高清攝像頭以及均用于采集所述飛行器相對地面飛行高度的聲吶傳感器和氣壓計，飛行器控制單元包括處理器和蓄電池，以及均與處理器相接的存儲器、定時器和用于與地面監(jiān)測中心數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信模塊，處理器的輸入端接有避障模塊和用于采集所述飛行器飛行姿態(tài)的慣性傳感器，處理器的輸出端接有用于驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動的電機。

上述的基于飛行器的視覺導航與慣性導航的組合導航裝置，其特征在于：所述處理器采用電機驅(qū)動器驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。

上述的基于飛行器的視覺導航與慣性導航的組合導航裝置，其特征在于：所述螺旋槳上安裝有用于指示所述飛行器位置的照明指示燈，照明指示燈的輸入端與處理器的輸出端相接。

上述的基于飛行器的視覺導航與慣性導航的組合導航裝置，其特征在于：所述地面監(jiān)測中心輸出端接有用于顯示所述飛行器飛行路徑的顯示器，地面監(jiān)測中心為計算機。

上述的基于飛行器的視覺導航與慣性導航的組合導航裝置，其特征在于：所述慣性傳感器為慣性傳感器MPU6050。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本實用新型采用高清攝像頭和慣性傳感器，并結(jié)合聲吶傳感器和氣壓計采集飛行器實時飛行高度，實現(xiàn)飛行器視覺導航與慣性導航結(jié)合的方式完成飛行器導航工作，氣壓計適用于遠地高度測量，聲吶傳感器適用于近地高度測量，聲吶傳感器的使用避免了由于飛行器近地飛行產(chǎn)生的翼地效應而導致的飛行器高度數(shù)據(jù)測量不準的問題，便于推廣使用。

2、本實用新型飛行器采用四軸飛行器，飛行平穩(wěn)，控制簡單，通過鏤空的機身設計減少機身自重，進而減少蓄電池電能的消耗，延長了飛行器飛行時間，可靠穩(wěn)定，使用效果好。

3、本實用新型設計新穎合理，體積小，飛行器飛行過程中通過避障模塊躲避飛行器在空中飛行的障礙物，避免飛行器飛行中與阻而導致?lián)p壞，實用性強，便于推廣使用。

綜上所述，本實用新型設計新穎合理，可通過視覺導航與慣性導航的方式完成飛行器導航工作，自重輕，精度高，便于推廣使用。

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的電路原理框圖。

附圖標記說明:

1—機身； 2—機翼； 3—螺旋槳；

4—飛行器控制單元； 4-1—處理器； 4-2—蓄電池；

4-3—電機驅(qū)動器； 4-4—電機； 4-5—定時器；

4-6—存儲器； 4-7—無線通信模塊； 5—高清攝像頭；

6—聲吶傳感器； 7—氣壓計； 8—慣性傳感器；

9—避障模塊； 10—照明指示燈； 11—地面監(jiān)測中心；

12—顯示器。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本實用新型包括飛行器、安裝在所述飛行器底部的探測單元和安裝在所述飛行器頂部用于驅(qū)動所述飛行器運行的飛行器控制單元4，以及用于遠程遙控所述飛行器的地面監(jiān)測中心11，所述飛行器為四軸飛行器，所述四軸飛行器包括矩形鏤空的機身1和四個分別沿機身1的四個直角所指方向向外安裝的鏤空的機翼2，機翼2遠離機身1的一端安裝有螺旋槳3，所述探測單元包括高清攝像頭5以及均用于采集所述飛行器相對地面飛行高度的聲吶傳感器6和氣壓計7，飛行器控制單元4包括處理器4-1和蓄電池4-2，以及均與處理器4-1相接的存儲器4-6、定時器4-5和用于與地面監(jiān)測中心11數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信模塊4-7，處理器4-1的輸入端接有避障模塊9和用于采集所述飛行器飛行姿態(tài)的慣性傳感器8，處理器4-1的輸出端接有用于驅(qū)動螺旋槳3轉(zhuǎn)動的電機4-4。

探測單元安裝在所述飛行器底部是為了采集地面信息，便于拾取飛行器下部參考物，實現(xiàn)導航數(shù)據(jù)參考對比，所述飛行器采用四軸飛行器是為了方便控制飛行器飛行平衡，易于控制，四軸飛行器的機身1采用矩形鏤空結(jié)構(gòu)，四軸飛行器的機翼2也采用鏤空結(jié)構(gòu)，是為了實現(xiàn)四軸飛行器整體自重的減小，減少螺旋槳起飛的阻力，同時減少電機4-4功耗，進而減少蓄電池4-2電能的消耗，延長飛行器飛行續(xù)航時間，四個機翼2分別沿機身1的四個直角所指方向向外安裝，是為了更好的使用矩形機身1有效面積，增大機翼2與機身1連接的面積，增加飛行器牢固性，優(yōu)選的機身1采用正方形結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)飛行器整理結(jié)構(gòu)對稱，制作簡單。

高清攝像頭5采集飛行器飛行過程中地面的圖像數(shù)據(jù)，并通過無線通信模塊4-7遠程傳輸回地面監(jiān)測中心11，采用聲吶傳感器6和氣壓計7采集所述飛行器相對地面飛行高度，其中，聲吶傳感器6采集近地高度精度高，氣壓計7采集遠地高度精度高，由于飛行器近地飛行時，螺旋槳產(chǎn)生的氣流與地面作用產(chǎn)生翼地效應導致氣壓計7采集的飛行器高度數(shù)據(jù)偏差較大，聲吶傳感器6是為了配合氣壓計7采集飛行器近地飛行的高度。

避障模塊9的設置是為了避免飛行器在高空飛行時，遇到障礙物而損壞，慣性傳感器8的設置是為了采集飛行器的飛行姿態(tài)，與高清攝像頭5采集的數(shù)據(jù)圖像信息結(jié)合實現(xiàn)視覺導航與慣性導航的組合導航。

本實施例中，所述處理器4-1采用電機驅(qū)動器4-3驅(qū)動電機4-4轉(zhuǎn)動。

電機驅(qū)動器4-3的設置是為了精確的控制電機4-4轉(zhuǎn)動，進而帶動螺旋槳3轉(zhuǎn)動產(chǎn)生向上的上升力。

本實施例中，所述螺旋槳3上安裝有用于指示所述飛行器位置的照明指示燈10，照明指示燈10的輸入端與處理器4-1的輸出端相接。

照明指示燈10的設置一是為了飛行器在夜晚飛行時為高清攝像機5提供有效光照，便于圖像信息的清晰采集；二是為了飛行器在夜晚飛行時便于操作者觀察飛行器的位置，照明指示燈10的移動軌跡確定了飛行器的移動軌跡。

本實施例中，所述地面監(jiān)測中心11輸出端接有用于顯示所述飛行器飛行路徑的顯示器12，地面監(jiān)測中心11為計算機。

本實施例中，所述慣性傳感器8為慣性傳感器MPU6050。

慣性傳感器MPU6050的設置整合了6軸運動處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時之軸間差的問題，減少了大量的封裝空間。

本實用新型使用時，提前在存儲器4-6中存儲聲吶傳感器6高度數(shù)據(jù)采集閾值，采用蓄電池4-2為飛行器各個用電模塊供電，處理器4-1控制電機驅(qū)動器4-3驅(qū)動電機4-4轉(zhuǎn)動，帶動螺旋槳3轉(zhuǎn)動，使飛行器起飛，采用高清攝像頭5實時采集地面的圖像信息并實時通過無線通信模塊4-7傳輸至地面監(jiān)測中心11，采用聲吶傳感器6和氣壓計7采集飛行器的高度，當聲吶傳感器6采集的飛行器高度小于存儲器4-6中存儲的高度數(shù)據(jù)采集閾值時，采用聲吶傳感器6采集的高度數(shù)據(jù)作為飛行器的高度數(shù)據(jù)，當聲吶傳感器6采集的飛行器高度大于存儲器4-6中存儲的高度數(shù)據(jù)采集閾值時，采用氣壓計7采集的高度數(shù)據(jù)作為飛行器的高度數(shù)據(jù)，同時通過慣性傳感器8采集飛行器飛行的姿態(tài)數(shù)據(jù)，定時器4-5記錄飛行器飛行時數(shù)據(jù)采集對應的時間，將探測單元采集的數(shù)據(jù)均通過無線通信模塊4-7傳輸至地面監(jiān)測中心11，地面監(jiān)測中心11通過外接顯示器12實時顯示飛行器飛行位置信息，當導航的時間為夜晚時，可通過照明指示燈10為高清攝像頭5補光，也可地面監(jiān)測人員肉眼查看飛行器飛行位置，實現(xiàn)視覺導航與慣性導航的組合導航，效果好。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。