[发明专利]基于光学编码的追踪与定位系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及无人机及其应用，军警或安全人员在城区巡逻时对周边势态监测的解决方案。具体讲，涉及无人机的追踪、定位及检测系统。

背景技术

军警/安全人员在城区里维持日常治安或者在高危地区武装巡逻时，需要准确而及时掌握周围势态，特别地，在街区中巡逻以巡逻人员为中心，周围水平距离在30-50m、垂直高度在3-20m的空间易成为监测盲区。同时，节假日时在人流量极大的大型公共场所中(例如步行街、广场等)，巡逻人员也需要及时掌握周边情况。

无人机在军事领域中安全监测方面有许多应用，如美军的RQ-8“火力侦察兵”(直升机)、RQ-11(手抛式、固定翼)、RQ-180(战略侦察型、固定翼)；我军的“翼龙”无人机(固定翼)、“刀锋”无人机(固定翼)等。然而，这些军用无人机要么因为巡航速度高、巡航高度大而适用于野外大面积的侦察；要么由于体积和噪声过大、易被发现而不适合在城区环境中应用；要么由于不适应城区中3-20m的超低空工作高度。

目前在实际应用中，很少有人提出相关成套解决方案。因此亟需一套能自动跟踪军警/安全人员位置同时提供周边势态的检测系统，包括一种结合了小而轻便、易于部署/回收、且工作高度适用于城区环境的无人机平台。

发明内容

为克服现有技术的不足，提供一套能自动跟踪军警/安全人员位置同时提供周边势态的检测系统，包括一种结合了小而轻便、易于部署/回收、且工作高度适用于城区环境的无人机平台。为此，本发明采取的技术方案是，基于光学编码的追踪与定位系统，包括追踪平台、导航平台和信息终端；

追踪平台为根据任务需要而搭载不同模块的四轴无人机，包括光学追踪模块、信息处理模块、传感器模块、机电控制模块、通信模块；光学追踪模块由光学镜头组成，捕获导航平台信号灯发来的光学信号；信息处理模块根据光学追踪模块捕捉到的信息来计算到跟踪目标的距离并作出相应动作；传感器模块为角度传感器，用于探测追踪平台的状态；机电控制模块根据信息处理模块的各种指令来进行控制；信息处理模块通过通信模块与信息终端相连接；

导航平台包括穿戴设备、信号灯，为追踪平台提供导航及位置信息；

信息终端可以与追踪平台通信，在遥控状态中直接遥控追踪平台、处理显示信息。

信号灯由头戴设备上的相应开关来控制，或是由信息终端来控制，信号灯用不同颜色的光来控制追踪平台的悬停或运动状态，当追踪平台与追踪目标的距离小于预设的安全距离时便后退至安全距离，使得只有在安全距离之内向目标前进的指令方为有效；穿戴设备为头盔，其上装有信号灯、开关和供电装置。

高度传感器或重力传感器中的一种。

基于光学编码的追踪与定位方法，利用前述系统实现，并包括如下步骤：

第一步，开机校准，已知信号灯间距L₀和2个球状信号灯的直径Z₀，在竖直位置等高处、水平位置在安全距离D₀＝1m处将光学跟踪模块对准信号灯并将其置于约2个球状信号灯中垂线位置，D₁为此刻的像距，L₁为此刻L₀所成像的大小，Z为此刻Z₀所成像的大小，根据有记录L₁，根据有记录Z；

第二步，放飞，此间机电控制模块调整光学追踪模块使得目标一直位于画面中心附近，方法为：

l₁为光学追踪模块到左边信号灯的距离，l₂为光学追踪模块到右边信号灯的距离，Z_i，i＝1，2；为此刻2个球状信号灯所成像的大小，从而有i＝1，2，若l₁＝l₂即Z₁＝Z₂，则追踪平台在水平方向上保持该位置；若l₁>l₂即Z₁<Z₂，则朝着左边移动直至Z₁＝Z₂；若l₁<l₂即Z₁<Z₂，则朝着右边移动直至Z₁＝Z₂；

第三步，测距，S为光学追踪模块到信号灯连线之间的距离，L为此时所成像的大小，从而有

待其上升至预设高度，测量高度的方法为：