專利名稱：具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)、無人機和航攝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航攝技術(shù)，特別是具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)、無人機和航攝方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)中高空飛機航攝過程中，主要利用穩(wěn)定座架手動修正飛機旋角，因而需要人員參與，自動化程度較低，而且穩(wěn)定座架功耗大、體積大，重量近100公斤，這都使飛機的載荷增大，而且手動修正操作也難以及時和準確。近年來，總重量20-25公斤、載荷5公斤左右的輕型測繪無人機已成為一種重要的航攝裝備，特別是用于低空航攝，其獲取影像辨率高，機動靈活性強、經(jīng)濟實用，然而，輕型測繪無人機由于重量輕、體積小而受風(fēng)和氣流影響較大，航空攝影過程中姿態(tài)變化幅度比較大，即，會產(chǎn)生較大的飛機偏差旋角，嚴重影響影像質(zhì)量。大飛機航攝過程中，圖I根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的航攝系統(tǒng)的示意圖，其中顯示出航攝影像旋角的產(chǎn)生。如圖 I所示，航攝飛機在飛行時的實際航向(在圖I中以虛線箭頭所示)會在預(yù)定的設(shè)計航向 X附近波動，受側(cè)風(fēng)等原因的影響，由相機拍攝的航片總是與設(shè)計航向產(chǎn)生一個角度差(例如Kl)，特別是無人機由于輕小而在實際飛行中可能出現(xiàn)較大偏差(例如K2)。這種偏差旋角在不進行修正技術(shù)處理的情況下(例如對于無人機航攝而言)可達10-30度。然而，傳統(tǒng)的采用穩(wěn)定座架手動修正飛機旋角的方式無法應(yīng)用于輕型無人機航攝，這是因為輕型無人機載荷小，因而無法裝載旋角修正人員以及笨重的穩(wěn)定座架。在這種情況下，無人機航攝影像的旋角常常超出容許范圍，使航攝成果質(zhì)量和測圖效率均較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各實施例提供具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)、無人機和航攝方法，能夠提高航攝的質(zhì)量和效率。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)，用于無人駕駛的航攝飛機，包括旋角確定單元，包括用于測量所述航攝飛機的機頭指向的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)接收機；和計算模塊，所述計算模塊根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角；云臺，其能夠根據(jù)所述機頭旋角而朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)；相機，其安裝在所述云臺上，并能夠隨所述云臺旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述旋角確定單元包括用于測量所述航攝飛機的角度變化的陀螺，所述計算模塊根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述角度變化而實時確定所述機頭旋角。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，
所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線沿從所述航攝飛機的機頭到機尾的方向分開布置，或沿從所述航攝飛機的左翼到右翼的方向分開布置；和/或所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線具有相同的豎直高度；和/或所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線沿水平方向分開80cm以上。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述云臺具有水平方向旋轉(zhuǎn)自由度和/或豎直方向旋轉(zhuǎn)自由度。和/ 或所述云臺通過單級或多級齒輪傳動系統(tǒng)而旋轉(zhuǎn)；和/ 或所述云臺由所述航攝飛機的舵機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其中所述舵機根據(jù)由所述旋角確定單元確定的所述機頭旋角而驅(qū)動所述云臺朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種無人機，包括如前所述的無人機航攝系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種航攝方法，包括以下步驟根據(jù)無人駕駛的航攝飛機的預(yù)定航向、機頭指向而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角；根據(jù)所述機頭旋角而使相機轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述航攝飛機的角度變化而實時確定所述機頭旋角。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，在以下至少一種情況下確定所述航攝飛機的角度變化并且根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述航攝飛機的角度變化而實時確定所述機頭旋角所述航攝飛機處于轉(zhuǎn)彎操作過程中；用于確定所述機頭指向的天線信號的強度超出預(yù)定范圍；電磁干擾強度高于預(yù)定值。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，當(dāng)所述機頭旋角在0-30度時，根據(jù)所述機頭旋角而使相機轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述實時確定所述航攝飛機的機頭旋角以IOHz 以上的操作頻率進行。通過本發(fā)明的各實施例提供的具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)、無人機和航攝方法，能夠提高航攝的質(zhì)量和效率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖進行論述，顯然，在結(jié)合附圖進行描述的技術(shù)方案僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。圖I是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的航攝系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的無人機航攝系統(tǒng)中的云臺的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的航攝方法的流程圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中所述的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不需要創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)(簡稱為航攝系統(tǒng))，用于無人駕駛航攝飛機(可簡稱為無人機)，包括旋角確定單元，包括用于測量所述航攝飛機的機頭指向的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)接收機；和計算模塊，所述計算模塊根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角；云臺，其能夠根據(jù)所述機頭旋角而朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)；相機，其安裝在所述云臺上，并能夠隨所述云臺旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。這樣，通過GNSS接收機的天線系統(tǒng)可確定航攝飛機的當(dāng)前機頭指向，并可通過與預(yù)定航向進行比較而實時確定當(dāng)前機頭指向相對于預(yù)定航向偏離的機頭旋角，云臺可根據(jù)機頭旋角進行補償性旋轉(zhuǎn)，即，與機頭旋角反向地朝向預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)，使得安裝在云臺上的相機能夠相應(yīng)地轉(zhuǎn)向預(yù)定航向進行航攝，從而使相機航攝角度與預(yù)定航向基本一致以獲得理想的航攝照片。由此，通過旋角確定單元對機頭旋角進行實時解算并相應(yīng)地通過驅(qū)動相機進行旋轉(zhuǎn)修正操作以補償航攝飛機機頭指向與預(yù)定航向的偏差(即，所稱的旋偏修正)， 以提聞航攝質(zhì)量和效率。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述旋角確定單元包括用于測量所述航攝飛機的角度變化的陀螺，所述計算模塊根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述角度變化而實時確定所述機頭旋角。在航攝環(huán)境不佳的情況下(例如，所述航攝飛機處于轉(zhuǎn)彎操作過程中；用于確定所述機頭指向的天線信號的強度超出預(yù)定范圍；電磁干擾強度高于預(yù)定值，等等)，由GNSS接收機的天線系統(tǒng)得到的信號可能失真，此時可通過由所述陀螺進一步提供的角度變化值對通過GNSS接收機得到的機頭指向進行校正，從而得到更接近于真實值的機頭旋角。由此可見，通過所述陀螺提供的角度變化值對由GNSS接收機輸出的測向值(即， 所述機頭指向的初始值)進行平滑和補償(例如進行粗差濾波和丟失時補償)，以防止 GNSS接收機輸出的測向值出現(xiàn)突變或者出現(xiàn)失鎖情況。這一方面減少GNSS接收機失鎖后會丟失機頭指向值的情況發(fā)生；另一方面減少小型陀螺所測得的角度變化值的隨時間積累
6誤差，從而可獲取穩(wěn)定、精確測量的機頭指向信息。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線沿從所述航攝飛機的機頭到機尾的方向分開布置，或沿從所述航攝飛機的左翼到右翼的方向分開布置。這樣，僅通過設(shè)置兩個天線即可獲得機頭指向信息，這兩個天線的連線方向可與航攝飛機的航向大致相同或者垂直。 較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線具有相同的豎直高度。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線沿水平方向分開80cm以上。應(yīng)理解，所述第一天線和第二天線可分開更大的水平距離以適用于更大型的航攝飛機，但這樣可能會造成GNSS接收機體積變大，因此，出于緊湊結(jié)構(gòu)的考慮，所述第一天線和第二天線的水平分開距離可為 80_100cm。雖然在以上實施例中GNSS接收機包括分開的兩個天線，不過，應(yīng)理解，根據(jù)需要， 還可以設(shè)置更多的天線，例如第三天線，以作為故障備用或者冗余保障用途，從而可確保獲取到機頭指向信息。應(yīng)理解，在所述的旋角確定單元中，GNSS接收機的第一天線和第二天線以及所述陀螺之間相對固定，即，沒有相對移動，且優(yōu)選地均剛性連接到航攝飛機的主體上。應(yīng)理解，GNSS接收機中的各天線提供穩(wěn)定定位和速度方向，從而可得到機頭指向信息(例如初始機頭指向)，因而多個天線的布置和相互位置關(guān)系可根據(jù)需要調(diào)整，而不必沿從所述航攝飛機的機頭到機尾的方向布置或沿從所述航攝飛機的左翼到右翼的方向布置。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述云臺具有水平方向旋轉(zhuǎn)自由度和/或豎直方向旋轉(zhuǎn)自由度。在優(yōu)選實施例中，所述云臺僅具有單一的水平方向的旋轉(zhuǎn)自由度，即，只能相對于航攝飛機的機頭指向而水平旋轉(zhuǎn)擺動；不過，在其它實施例中，所述云臺不僅能夠相對于航攝飛機機頭指向而水平旋轉(zhuǎn)擺動(例如，左右擺動)，而且還能夠相對于航攝飛機機頭指向而豎直旋轉(zhuǎn)(例如，上下擺動)。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述云臺通過單級或多級齒輪傳動系統(tǒng)而旋轉(zhuǎn)。 其中，齒輪可采用輕質(zhì)材料(例如耐磨工程塑料)制成，以減小載重量。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述云臺由所述航攝飛機的舵機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其中所述舵機根據(jù)由所述旋角確定單元確定的所述機頭旋角而驅(qū)動所述云臺朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，舵機可通過所述齒輪傳動系統(tǒng)而驅(qū)動云臺旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選實施例中，所述云臺是通過舵機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的單軸旋轉(zhuǎn)云臺，其僅具有單一的水平方向的旋轉(zhuǎn)自由度，即，其只能相對于航攝飛機的機頭指向而水平旋轉(zhuǎn)擺動；且更優(yōu)選地舵機直接通過齒輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動云臺旋轉(zhuǎn)。在一個優(yōu)選實施例中，具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)包括旋角確定單元,包括用于測量所述航攝飛機的機頭指向的GNSS接收機,包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線沿從所述航攝飛機的機頭到機尾的方向分開布置并具有相同的豎直高度和80cm以上的水平分開距離；用于測量所述航攝飛機的角度變化的陀螺；和計算模塊，所述計算模塊根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述角度變化而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角；云臺；相機，其安裝在所述云臺上；所述航攝飛機的舵機，其根據(jù)所述機頭旋角而通過齒輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動所述云臺朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)，從而使所述相機隨所述云臺旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。優(yōu)選地，所述舵機連接到所述航攝飛機的飛控系統(tǒng)，其中，飛控系統(tǒng)能夠計算出航攝飛機機頭旋角的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)值，并向舵機發(fā)出驅(qū)動指令以驅(qū)動云臺以及安裝于其上的相機進行旋轉(zhuǎn)修正操作。在一個實施例中，飛控系統(tǒng)是用于輕型無人機(航攝飛機)的單板機。通過本發(fā)明各實施例提供的具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)，通過雙天線GNSS 接收機和陀螺的組合使用，確定機頭指向與預(yù)計航向的偏角(即，機頭旋角)，據(jù)此以舵機驅(qū)動云臺旋轉(zhuǎn)而使得相機根據(jù)機頭旋角朝向預(yù)計航向補償性旋轉(zhuǎn)，能夠使航攝影像數(shù)據(jù)旋角控制在4°以內(nèi)，滿足航攝(特別是無人機低空航攝)影像的質(zhì)量并提高航空攝影(航攝)測量效率。其中I)通過雙天線GNSS接收機和陀螺(例如微小型陀螺)的組合使用進行聯(lián)合解算而實現(xiàn)確定瞬時機頭指向的目的，而且確定值穩(wěn)定可靠。2)通過實時確定出的瞬時機頭指向，實時計算(例如由包括控制程序的計算模塊計算)該瞬時機頭指向與預(yù)計航向之差，得到機頭旋角的偏差值。3)根據(jù)實時計算的機頭旋角偏差值，向裝有相機的云臺發(fā)出指令(例如通過舵機驅(qū)動云臺)，沿與機頭旋角偏差方向相反的方向快速旋轉(zhuǎn)云臺及相機(即，調(diào)整相機拍攝姿態(tài))，實現(xiàn)對機頭旋角偏差值的實時補償修正。由此，能夠?qū)⒑綌z(例如無人機低空航攝)的旋角偏差從30°以內(nèi)提高到4°以內(nèi)，顯著提高了無人機航攝飛行質(zhì)量和測圖效率。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)的示意圖。在圖2 所示的實施例中，具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)包括旋角確定單元100，包括用于測量所述航攝飛機的機頭指向的GNSS接收機110， 包括分開的第一天線和第二天線(未示出)，所述第一天線和第二天線沿從所述航攝飛機的機頭到機尾的方向分開布置并具有相同的豎直高度和80cm以上的水平分開距離；用于測量所述航攝飛機的角度變化的陀螺120 ;和計算模塊130，所述計算模塊130根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述角度變化而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角；云臺300 ;相機400，其安裝在所述云臺300上。所述航攝飛機的舵機200，其根據(jù)所述機頭旋角而通過齒輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動所述云臺300朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn),從而使所述相機400隨所述云臺300旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的航攝系統(tǒng)中的云臺的示意圖。在圖3所示的實施例中，根據(jù)所述機頭旋角，由航攝飛機的舵機200通過齒輪傳動系統(tǒng)(其例如包括相互嚙合的第一齒輪501和第二齒輪502)驅(qū)動云臺300旋轉(zhuǎn)以執(zhí)行修正操作，如圖3中所示，當(dāng)?shù)谝积X輪501沿由箭頭A所示方向旋轉(zhuǎn)時，與其嚙合的第二齒輪502反向旋轉(zhuǎn)，從而使與第二齒輪502固定的云臺300也相應(yīng)旋轉(zhuǎn)(如圖中的箭頭B所示)，由此使安裝在云臺300上的相機(未示出)可沿由箭頭B所示方向旋轉(zhuǎn)而執(zhí)行修正操作。其中，構(gòu)成齒輪傳動系統(tǒng)的第一齒輪501和第二齒輪502例如可以是剛性塑料齒輪(例如由工程塑料制成)，云臺300例如可由鋁合金和鍍鋅板制成。云臺300可具有以下至少一種優(yōu)點1)可由舵機200直接驅(qū)動，轉(zhuǎn)動靈活，實測或修正頻率達10Hz，能快速響應(yīng)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)指令，補償性修正相機姿態(tài)；2)連接牢固，與飛行平臺剛性固連避免因飛機振動影響修正量；3)可為單旋轉(zhuǎn)軸(即僅具有單一的旋轉(zhuǎn)自由度)的穩(wěn)定平臺，只修正旋角。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種無人駕駛航攝飛機(無人機)，包括如前所述的無人機航攝系統(tǒng)。在一個實施例中，在所述的旋角確定單元中，GNSS接收機的第一天線和第二天線以及所述陀螺之間相對固定，即，沒有相對移動，而且優(yōu)選地均剛性連接到航攝飛機的主體上。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種航攝方法。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的航攝方法的流程圖，所述航攝方法包括以下步驟根據(jù)無人駕駛的航攝飛機的預(yù)定航向、機頭指向而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角(見步驟410)；根據(jù)所述機頭旋角而使相機轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝(見步驟420)。這樣，可確定(例如通過GNSS接收機的天線系統(tǒng)確定)航攝飛機的當(dāng)前機頭指向，并可通過與預(yù)定航向進行比較而實時確定當(dāng)前機頭指向相對于預(yù)定航向偏離的機頭旋角，然后航攝相機可根據(jù)機頭旋角進行補償性旋轉(zhuǎn)，即，與機頭旋角反向地朝向預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向預(yù)定航向進行航攝，從而使相機航攝角度與預(yù)定航向基本一致以獲得理想的航攝照片。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述航攝飛機的角度變化而實時確定所述機頭旋角。在航攝環(huán)境不佳的情況下，例如由 GNSS接收機的天線系統(tǒng)得到的信號可能會失真(例如超出允許范圍)，此時，可通過航攝飛機的角度變化值(例如由陀螺提供)對機頭指向(例如由GNSS接收機天線系統(tǒng)獲得)進行校正，從而得到更接近于真實值的機頭旋角。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，在以下至少一種情況下確定所述航攝飛機的角度變化并且根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述航攝飛機的角度變化而實時確定所述機頭旋角所述航攝飛機處于轉(zhuǎn)彎操作過程中；用于確定所述機頭指向的天線信號的強度超出預(yù)定范圍；電磁干擾強度高于預(yù)定值。在用于確定所述機頭指向的天線信號的強度超出預(yù)定范圍之外的情況下，在一個實施例中，天線信號強度過小，則可能無法檢測到或者不可信；在另一實施例中，天線信號強度過大，則可能是非所需的干擾信號或者不可信。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，當(dāng)所述機頭旋角在0-30度時，根據(jù)所述機頭旋角而使相機轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。當(dāng)機頭旋角超過30度時，航攝飛機通常處于轉(zhuǎn)彎過程中，此時實際上不需要進行航攝，此時得到的機頭旋角并非需要進行修正的偏差旋角，因而不必進行修正操作(即，使相機轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向的旋轉(zhuǎn)操作)，而僅需要在所述機頭旋角在0-30度時進行修正操作。應(yīng)理解，雖然在以上實施例中以30度作為例示機頭旋角閾值描述是否為轉(zhuǎn)彎情況和是否進行修正操作，不過，根據(jù)不同的飛機型號、不同的航攝環(huán)境和路線、或不同的航攝任務(wù)，這種機頭旋角閾值也可設(shè)置為其他的值，例如為20度、25度或者35度或40度。較佳地，在本發(fā)明的各實施例中，所述實時確定所述航攝飛機的機頭旋角以IOHz 以上的操作頻率進行。這種實時確定的操作可以在I秒內(nèi)進行多次，如果需要修正，則進行所述修正操作；否則，不進行操作。在一個實施例中，所述實時確定所述航攝飛機的機頭旋角以IOHz的操作頻率進行，此時，實時確定的操作可在I秒內(nèi)進行10次，并在需要進行修正操作時執(zhí)行修正操作。優(yōu)選地，所述GNSS接收機包括以下至少一種美國全球定位系統(tǒng)(GPS)標(biāo)準的接收機、俄國格洛納斯(GL0NASS)標(biāo)準的接收機、歐洲伽利略(Galileo)標(biāo)準的接收機、中國北斗(Compass)標(biāo)準的接收機。通過本發(fā)明的各實施例提供的具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)、航攝飛機和航攝方法，能夠提高航攝的質(zhì)量和效率。通過本發(fā)明的各實施例提供的航攝系統(tǒng)可有利地用于輕型無人機，特別是在利用輕型無人機進行低空航攝的情況下，并具有以下至少一種優(yōu)點I)體積小，重量輕，可以裝入載重5公斤級的無人機中。2)功耗小，通過鋰電池供電可供無人機飛行2. 5小時以上。3)可直接連接和受控于飛控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定可靠。4)能夠滿足我國無人機測繪采用的低空數(shù)字航空攝影規(guī)范的規(guī)定。我國無人機測繪采用的低空數(shù)字航空攝影規(guī)范(CH/Z 3005-2010)中規(guī)定要求“像片旋角一般不大于 15°，在確保像片航向和旁向重疊度滿足要求的前提下，個別最大旋角不超過30°，在同一條航線上旋角超過20°像片數(shù)不應(yīng)超過3片。超過15°旋角的像片數(shù)不得超過分區(qū)像片總數(shù)的10%”。采用本發(fā)明各實施例提供的航攝系統(tǒng)獲得的無人機航攝成果，旋角精度能夠達到4度以內(nèi)，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方式中的10-30度，完全可滿足無人機航攝成果精度要求。本發(fā)明提供的各種實施例可根據(jù)需要以任意方式相互組合，通過這種組合得到的技術(shù)方案，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。顯然，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型。這樣，如果對本發(fā)明的這些改的和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同方案的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也將包含這些改動和變型。
權(quán)利要求
1.一種具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)，用于無人駕駛的航攝飛機，其特征在于，包括旋角確定單元，包括用于測量所述航攝飛機的機頭指向的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS接收機；和計算模塊，所述計算模塊根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角；云臺，其能夠根據(jù)所述機頭旋角而朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)；相機，其安裝在所述云臺上，并能夠隨所述云臺旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。
2.如權(quán)利要求I所述的無人機航攝系統(tǒng)，其特征在于，所述旋角確定單元包括用于測量所述航攝飛機的角度變化的陀螺，所述計算模塊根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述角度變化而實時確定所述機頭旋角。
3.如權(quán)利要求I或2所述的無人機航攝系統(tǒng)，其特征在于，所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線沿從所述航攝飛機的機頭到機尾的方向分開布置，或沿從所述航攝飛機的左翼到右翼的方向分開布置;和/或所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線具有相同的豎直高度；和/或所述GNSS接收機包括分開的第一天線和第二天線，所述第一天線和第二天線沿水平方向分開80cm以上。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項所述的無人機航攝系統(tǒng)，其特征在于，所述云臺具有水平方向旋轉(zhuǎn)自由度和/或豎直方向旋轉(zhuǎn)自由度。和/或所述云臺通過單級或多級齒輪傳動系統(tǒng)而旋轉(zhuǎn)；和/或所述云臺由所述航攝飛機的舵機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其中所述舵機根據(jù)由所述旋角確定單元確定的所述機頭旋角而驅(qū)動所述云臺朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)。
5.一種無人機，其特征在于，包括如權(quán)利要求I至4中任一項所述的無人機航攝系統(tǒng)。
6.一種航攝方法，其特征在于，包括以下步驟根據(jù)無人駕駛的航攝飛機的預(yù)定航向、機頭指向而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角；根據(jù)所述機頭旋角而使相機轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。
7.如權(quán)利要求6所述的航攝方法，其特征在于，根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述航攝飛機的角度變化而實時確定所述機頭旋角。
8.如權(quán)利要求6或7所述的航攝方法，其特征在于，在以下至少一種情況下確定所述航攝飛機的角度變化并且根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向和所述航攝飛機的角度變化而實時確定所述機頭旋角所述航攝飛機處于轉(zhuǎn)彎操作過程中；用于確定所述機頭指向的天線信號的強度超出預(yù)定范圍；電磁干擾強度高于預(yù)定值。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項所述的航攝方法，其特征在于，當(dāng)所述機頭旋角在0-30度時，根據(jù)所述機頭旋角而使相機轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航
10.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的航攝方法，其特征在于，所述實時確定所述航攝飛機的機頭旋角以IOHz以上的操作頻率進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及航攝技術(shù)，特別是具有旋偏修正的無人機航攝系統(tǒng)、無人機和航攝方法，能夠提高航攝的質(zhì)量和效率。所述無人機航攝系統(tǒng)包括旋角確定單元，包括用于測量所述航攝飛機的機頭指向的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機；和計算模塊，所述計算模塊根據(jù)所述航攝飛機的預(yù)定航向、所述機頭指向而實時確定所述航攝飛機的機頭旋角；云臺，其能夠根據(jù)所述機頭旋角而朝向所述預(yù)定航向旋轉(zhuǎn)；相機，其安裝在所述云臺上，并能夠隨所述云臺旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向所述預(yù)定航向進行航攝。
文檔編號G01C11/00GK102589527SQ20121001487
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者丁曉波, 李英成, 楊江江, 畢凱, 羅祥勇 申請人:中測新圖(北京)遙感技術(shù)有限責(zé)任公司