[发明专利]一种基于LED圆环检测的四旋翼无人机相对位姿估计方法

说明书

一种基于LED圆环检测的四旋翼无人机相对位姿估计方法，属于四旋翼无人机技术领域。通过在四旋翼无人机桨叶的上表面安置LED灯，利用四旋翼桨叶的旋转特性构造LED圆环，位于上方的无人机通过下视的摄像头对LED圆环进行检测，进而估计出相对位姿。本发明所需要硬件简单，LED灯和摄像头均为常见硬件，不需布置外部设备，适应性强。

技术领域

本发明属于四旋翼无人机技术领域，特别涉及到一种四旋翼无人机相对位姿估计方法。

背景技术

近年来，无人机的应用愈加广泛，多机协作配合的任务也越来越多，如无人机编队表演、多无人机环境探索等。多无人机进行配合需要获取相互的位置信息，用于运动规划和避免相互碰撞，从而完成指定的任务。因此相对位姿估计对与多无人机协作任务具有重要意义。

无人机的相对位姿获取可分为两种，一种依赖GPS(Global Positioning System，全球定位系统)或GPS-RTK(GPS-Real-time kinematic，一种采用载波相位动态实时差分的定位方法)提供的位姿信息，一种是无人机主动感知周围环境的相对位姿估计方法。GPS可以为四旋翼提供定位信息，但其定位精度通常只能达到米级，并且GPS的动态响应能力差，容易因建筑物遮挡等外界因素丢失卫星信号，因此不能满足多机协作的要求。而GPS-RTK定位精度高，可以达到厘米级别，但是成本高昂，并且需要提前架设基站，在很多场景中无法使用。而无人机主动感知周围环境的相对位姿估计方法依赖自身传感器，对外部依赖程度小，适应性强，因此很多研究人员对此开展了研究。

文献(C.Forster,M.Pizzoli and D.Scaramuzza.SVO:Fast semi-directmonocular visual odometry[C].IEEE International Conference on Robotics andAutomation(ICRA),Hong Kong,2014:15-22.)提出一种半直接的单目视觉里程计算法，通过摄像头采集环境图像，利用帧与帧之间特征点的光度误差计算帧间位姿，并对多个关键帧之间的特征点重投影误差进行优化，得到更精确的无人机位姿估计。该方法速度快，适合无人机的实时位姿估计，但其位姿估计的全局坐标系由算法进行初始化时决定，在多无人机协作飞行时，各飞机的全局坐标系不是统一的，因此无法直接计算无人机之间的相对位姿。

文献(马俊杰,黄大庆,仇男豪,等.基于合作目标识别的无人机相对位姿估计[J].电子设计工程,2020,028(010):1-6.)提出的基于合作目标识别的无人机相对位姿估计方法，设计了由大写字母H和圆形边缘组成的合作目标，并使用改进的YOLO网络在摄像头图像中提取合作目标，结合透视投影原理，解算无人机与合作目标的位置关系。该方法将无人机的定位问题转换为合作目标的检测识别任务，从而可完成无人机相对于合作目标的位姿估计。但是该方法需要事先安置合作目标装置，并且无人机活动范围受合作目标装置的制约，因此无法扩展到无固定合作目标的多无人机相对位姿估计。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种基于LED圆环检测的四旋翼无人机相对位姿估计方法。通过在四旋翼无人机桨叶的上表面安置LED灯，利用四旋翼桨叶的旋转特性构造LED圆环，位于上方的无人机通过下视的摄像头对LED圆环进行检测，进而估计出相对位姿。本发明所需要硬件简单，LED灯和摄像头均为常见硬件，不需布置外部设备，适应性强。

本发明技术方案：

一种基于LED圆环检测的四旋翼无人机相对位姿估计方法，步骤如下：

(1)四旋翼无人机桨叶LED圆环的设计