中國人民解放軍國防科技大學宋海波獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉中國人民解放軍國防科技大學申請的專利一種基于無人機多點測距數據的目標定位方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN116577795B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202310545142.5,技術領域涉及:G01S17/42;該發明授權一種基于無人機多點測距數據的目標定位方法是由宋海波;文貢堅設計研發完成,并于2023-05-16向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于無人機多點測距數據的目標定位方法在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于無人機多點測距數據的目標定位方法,目的是提高無人機定位方法定位精度。技術方案是:構建由數據采集模塊、位置粗估計模塊和位置精估計模塊組成的目標定位系統。數據采集模塊基于無人機使用手冊中的數據采集精度、利用無人機激光載荷和無人機導航系統采集到的數據構建數據集Data;位置粗估計模塊讀入Data,采用最優線性無偏估計方法得到第一包含目標位置的估計值并采用加權最小二乘估計方法得到第二包含目標位置的估計值位置精估計模塊基于內元素關系構建待估計參數β,采用加權最小二乘估計方法精確定位目標。采用本發明可以得到高精度的目標定位結果,得到高精度的目標的三維位置。
本發明授權一種基于無人機多點測距數據的目標定位方法在權利要求書中公布了:1.一種基于無人機多點測距數據的目標定位方法,其特征在于包括以下步驟: 第一步,構建目標定位系統,目標定位系統由數據采集模塊、位置粗估計模塊和位置精估計模塊組成;數據采集模塊由無人機自帶,位置粗估計模塊和位置精估計模塊安裝在無人機計算單元上; 數據采集模塊與位置粗估計模塊相連,由無人機激光載荷和無人機導航系統組成;無人機激光載荷采集無人機繞目標飛行過程中N個測量點到目標的距離;無人機導航系統采集無人機繞目標飛行過程中N個測量點的無人機三維位置;從而獲得數據集Data: 其中為無人機繞目標飛行過程中的N個測量點到目標的距離集合,為無人機繞目標飛行過程中第n個測量點到目標的距離,單位為米,1≤n≤N,N為無人機繞目標飛行的航跡的測量點個數;u為無人機繞目標飛行過程中N個測量點的無人機三維位置,為無人機繞目標飛行過程中第n個測量點的無人機三維位置,為WGS84坐標系下第n個測量點x軸方向的位置,為WGS84坐標系下第n個測量點y軸方向的位置,為WGS84坐標系下第n個測量點z軸方向的位置,無人機空間三維位置的單位為米;Qu為無人機導航精度,表示無人機位置的測量精度,單位為平方米;QR為無人機激光測距精度,表示無人機激光載荷的測距精度,單位為平方米,Qu和QR均通過無人機使用手冊獲得; 位置粗估計模塊與數據采集模塊、位置精估計模塊相連,位置粗估計模塊從無人機數據采集模塊讀取無人機多點測距數據集Data,采用最優線性無偏估計方法和加權最小二乘方法對目標位置進行估計,得到目標位置的初始估計值,將初始估計值發送給位置精估計模塊; 位置精估計模塊與位置粗估計模塊相連,從位置粗估計模塊接收目標位置的初始估計值,基于初始估計值構建精確估計目標位置的表達式,然后采用加權最小二乘估計方法解算出目標位置,得到最終的目標定位結果; 第二步,數據采集模塊基于無人機使用手冊中的數據采集精度、以及利用無人機激光載荷和無人機導航系統采集到的數據構建數據集Data,方法如下: 2.1依據無人機使用手冊中的無人機導航精度Qu和激光測距精度QR,將它們依次放入數據集Data,得到Data中的前兩項; 2.2無人機激光載荷采集無人機導航系統采集將和放到數據集Data中; 第三步,位置粗估計模塊從數據采集模塊讀入Data,采用最優線性無偏估計方法得到第一包含目標位置的估計值并進一步采用加權最小二乘估計方法得到第二包含目標位置的估計值并將發送至位置精估計模塊;方法如下: 3.1:對Data進行整理,生成第一向量b和第一系數矩陣A,公式中矩陣或向量的右上角加“T”表示對矩陣或向量轉置,矩陣的右上角加“-1”表示對矩陣求逆: b=[b1,···,bn,···,bN]T,其中 其中 3.2:依據高斯-馬爾科夫定理,利用目標位置與無人機和目標間距離的關系,基于最優線性無偏估計方法對第一向量b和第一系數矩陣A進行推導,得到公式4,計算第一包含目標位置的估計值 其中W為協方差矩陣,W是利用Data生成的, 其中為對角矩陣,主對角線上的N個元素分別是向量中的N個距離值;IN表示大小為N×N的單位矩陣;表示元素均為1的三維向量;為對角矩陣,主對角線上的元素由向量中的坐標值構成;表示克羅內克積數學運算; 3.3:在得到的基礎上,利用加權最小二乘估計方法得到公式6,利用公式6計算第二包含目標位置的估計值 其中Ξ為加權矩陣,Ξ利用Data和生成, 其中表示向量中第1個到第3個元素組成的向量;是一個4維向量,第1到第3個元素為目標三維位置,第4個元素為目標三維位置的均方和; 3.4:位置粗估計模塊將發送給位置精估計模塊; 第四步,位置精估計模塊從位置粗估計模塊接收基于內元素關系構建待估計參數然后采用加權最小二乘估計方法精確定位目標;方法如下: 4.1:利用生成第二向量q和第二系數矩陣Η, 其中表示中第1個到第3個元素組成的向量,表示中第4個元素;α=[xα,yα,zα]T為引入的輔助變量,其中 表示使得最大的表示中第1個元素;表示使得最大的 表示中第2個元素;表示使得最大的表示中第3個元素; 4.2:利用加權最小二乘估計方法得到估計公式10,根據公式10計算得到第三包含目標位置的估計參數 其中M為加權矩陣,其計算表達式為 M=TATΞ-1A-1TT11 其中 4.3:利用通過公式12的矩陣運算,得到包含目標三維位置估計值的 其中sgn·為符號函數,滿足 為WGS84坐標系下目標橫坐標估計值,為目標縱坐標估計值,為目標高度向坐標估計值。
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