[发明专利]一种用于探测矿井火灾的无人机

权利要求书

1.一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，包括飞行控制系统(3)，飞行控制(3)系统包括接收天线、电源(8)和总控制器，总控制器通过接收天线接收地面站发出的遥控指令；

所述无人机包括视觉导航系统(1)和图像处理模块(2)，视觉导航系统(1)包括红外热像仪，红外热像仪、图像处理模块(2)分别与飞行控制系统(3)的总控制器相连接，红外热像仪的输出端和图像处理模块(2)的输入端连接；

所述飞行控制系统(3)包括惯性测量单元(4)、处理器单元(5)和信号处理模块(7)，处理器单元(5)连接两个特制插口(10)；

所述无人机包括电机(6)和螺旋桨(9)，电机(6)控制螺旋桨(9)的转动。

2.根据权利要求1所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述视觉导航系统(1)包括机载红外成像仪和实时图像传输系统，机载红外成像仪和实时图像传输系统分别与飞行控制系统(3)相连接；

视觉导航系统(1)采用红外热像仪作为视觉传感器，其红外热图象是以不同的颜色显示画面中不同的温度数值，有十字光标始终自动捕捉画面中温度最高的物体并显示温度数据，当画面中有超过设定温度的便立即启动声光报警，事先可设定的报警灵敏度，能实现任意设定温度段异常的精确报警，适合用作无人机机载传感器。

3.根据权利要求2所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述实时图像传输系统由微处理模块、电源模块和网络模块构成。

4.根据权利要求2所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述实时图像传输系统还包括用于调节所述机载红外成像仪俯仰角的俯仰角调节机构，该俯仰角调节机构与所述飞行控制系统(3)相连接，并与所述机载红外成像仪相传动连接，本发明在起飞前或起飞过程中，工作人员向本发明发送指令，通过俯仰角调节机构调节机载红外成像仪的监测角度。

5.根据权利要求1所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述图像处理模块(2)包括图像输入部分、图像处理分析部分、图像输出部分。

6.根据权利要求1所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述无人机采用机载飞行控制系统(3)与视觉导航系统(1)、图像处理模块(2)协同计算的方案，所述飞行控制系统(3)中的迭代就近点元件通过对图像处理模块(2)输出的信息进行分析，供无人机控制系统进行位置和轨迹控制。

7.根据权利要求1所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述处理器单元(5)为集成电路阵列处理器，利用显示核心进行加速，采用高斯噪声模型下的最优估计来处理视觉导航系统(1)所收集到的数据。

8.根据权利要求1所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述处理器单元(5)使用迭代就近点算法就近点搜索法来匹配不同位置所观测的点云数据，再辅以其搭载的机载传感器以实现不借助GPS等外界设备来实现定位，所述无人机在飞行过程中，机载红外成像仪实时检测周围温度变化。

9.根据权利要求1所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述无人机采集到的移动数据包括相机第t帧所勘察到的画面Zt：Ω→R⁺，Ω为像素集合、当前勘察点云Vt，其中：已知相机的内置矩阵可计算当前观测点云v_t(s)＝H^-1[s_x，s_y，1]^Tz_t(s)，

s＝[s_x，s_y]^T∈Ω，

t时刻相机的位姿T可用齐次坐标变换表示为

其中R_t∈R³；

该位姿变换对应的基准坐标系为世界坐标系，以符号g表示，点云坐标也以齐次坐标表示；

a时刻所观测的点云投影至世界坐标系下为：

10.根据权利要求1所述的一种用于探测矿井火灾的无人机，其特征在于，所述信号处理模块(7)包括可编程数据放大器、高共模抑制比隔离放大器模块、集成调制解调器、模拟开关、采样保持器、开关电容滤波器。