一種無人飛行器遙感系統及無人飛行器遙感方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空攝影測量與遙感技術，尤其涉及一種無人飛行器遙感系統及無人飛行器遙感方法。
【背景技術】
[0002]隨著通信技術以及航空攝影測量與遙感技術的持續高速發展，通過航空攝影測量(aerial photogrammetry)獲取的地理信息要素廣泛應用于建設、規劃、交通、電力、水利、鐵路、農林、城管、軍事、警務、減災救災等行業。航空攝影測量以其無接觸性、精度高、速度快與及時性的優點，在國家地理空間基礎框架建設與數據更新中發揮著越來越重要的作用。航空攝影測量是指利用飛機上設置的航攝儀器，對預定的地表區域進行連續攝影，并結合地面控制點測量、實地調繪和立體模型數據采集等方法，從而生產出數字線劃圖(DLG)、正射影像圖(DOM)、數字高程模型(DEM)和數字表面模型(DSM)等數字測繪產品。
[0003]現階段人類獲取地理信息的最大規模、最現代化的技術手段是遙感技術，現有的遙感技術分為航天遙感、航空遙感和地面遙感，三者在獲取地理信息方面各有優勢。對于小區規劃、工礦區規劃、新城鎮建設、條帶形建設工程、小區域高精度測繪等所需的地理信息采集手段，航天遙感與航空遙感因成本高而不適用于小規模地理信息采集，有其使用局限性，地面遙感由于地面車輛、植被、建筑物等的遮擋問題而無法采集全面的地理信息，油動無人飛行器平臺遙感因飛行姿態不穩定，各種擾動大，難以達到工程要求的精度。
[0004]近年來，隨著無人飛行器遙感技術的不斷發展和完善，在航拍攝影中，由于無人飛行器遙感系統具有性價比高、起降靈活，適用環境條件寬等優點，使得以無人飛行器遙感系統為載體的地理信息測繪航拍系統越來越多，即通過將數字航拍相機安裝在無人飛行器遙感穩定平臺上，并將無人飛行器遙感穩定平臺固定在旋翼飛行裝置上，組成地理信息測繪航拍系統以進行地理信息測繪。
[0005]在地理信息測繪中，如果需要獲取高精度的地理信息，保障較高的航空攝影精度，需要在航空攝影過程中，使數字航拍相機保持始終垂直向下拍攝。也就是說，需要要求安裝有數字航拍相機的地理信息測繪航拍系統(無人飛行器遙感穩定平臺)保持勻速的水平運動，這樣，能夠保持航拍影像質量的一致性，便于后期進行圖像處理以有效獲取地理信息。但現有安裝有數字航拍相機的無人飛行器遙感系統，由于受各種擾動的影響，無人飛行器遙感系統的運動實際為一復雜的多模高階隨機運動，使得地理信息測繪航拍系統姿態多變，無法保障數字航拍相機始終垂直向下拍攝，導致遙感航拍影像成像質量下降，成像質量退化，極大地影響了遙感精度，使得航拍攝影精度較低；進一步地，由于遙感技術主要面向大范圍的地理信息數據采集，現有的航空攝影測量與遙感系統多采用高空飛機、輕小型飛機，而高空飛機和輕小型飛機對飛行條件要求較高，較難實現小范圍、小區域內的低空高精度地理信息數據采集；而且，現有的航空攝影測量與遙感中的影像傳感器、高精度姿態傳感器等設備在使用時需要現場進行組裝，使得地理信息數據采集效率較低，同時，在進行地理信息數據采集時，重復進行設備現場安裝也不利于抓住有利天氣，尤其在災害應急反應中，將導致無法及時采集地理信息數據，且由于經常拆卸與安裝，姿態傳感器與影像傳感器之間也需要頻繁進行拆裝，每次拆裝時都會使姿態傳感器與影像傳感器的安裝參數發生變化，因而，在安裝姿態傳感器與影像傳感器后，需要進行安裝參數校驗，導致地理信息數據采集效率較低，并降低了航拍攝影精度。

【發明內容】

[0006]有鑒于此，本發明實施例提供一種無人飛行器遙感系統及無人飛行器遙感方法，提升航拍攝影精度。
[0007]為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案:
[0008]一方面，本發明實施例提供一種無人飛行器遙感系統，包括:第一支撐軸承、第二支撐軸承、第一電機、第二電機、第三電機、第一方位角調節單元、第二方位角調節單元、第三方位角調節單元、方位角控制單元、三軸慣性穩定平臺、旋翼無人飛行器以及數字航拍相機，其中，
[0009]第一方位角調節單元容置于三軸慣性穩定平臺設置的中空區域內，設置為中空，固定于第一支撐軸承中，所述第一支撐軸承容置在三軸慣性穩定平臺設置的第一軸承座中，所述第一方位角調節單元設置有第二軸承座以及第一從動齒條，所述第一從動齒條由與第一電機相連的第一主動齒輪驅動，以使所述第一方位角調節單元沿由第一支撐軸承形成的第一轉軸轉動；
[0010]第二方位角調節單元容置于所述第一方位角調節單元的中空區域內，設置為中空，固定于所述第二支撐軸承中，所述第二支撐軸承容置在所述第一方位角調節單元設置的第二軸承座中，所述第二方位角調節單元設置有第二從動齒條，所述第二從動齒條由與第二電機相連的第二主動齒輪驅動，以使所述第二方位角調節單元沿由第二支撐軸承形成的第二轉軸轉動；
[0011]三軸慣性穩定平臺固定在旋翼無人飛行器上；
[0012]旋翼無人飛行器，用于搭載數字航拍相機以獲取預先設置的航線規劃區域的航拍影像；
[0013]第三方位角調節單元固定在第二方位角調節單元上，安裝有數字航拍相機，所述第三方位角調節單元設置有第三從動齒條，所述第三從動齒條由與第三電機相連的第三主動齒輪驅動，以使所述數字航拍相機在所述第三方位角調節單元上，沿與第一轉軸和第二轉軸垂直的第三轉軸轉動；
[0014]數字航拍相機容置在第二方位角調節單元設置的中空區域內并與第三方位角調節單元固連，用于進行航拍成像，并對獲取的航拍影像進行預處理；
[0015]方位角控制單元，用于接收設置在所述數字航拍相機上的姿態傳感器感測的姿態信息，根據所述姿態信息分析出所述數字航拍相機分別沿所述第一轉軸、第二轉軸以及第三轉軸轉動的角度信息，并分別與預先設置的無人飛行器遙感系統各轉軸角度信息進行比對，以確定所述數字航拍相機分別沿所述第一轉軸、第二轉軸以及第三轉軸轉動所需的調節角度信息，并通過所述第一電機、第二電機以及第三電機驅動轉動相應的角度。
[0016]本發明實施例提供的無人飛行器遙感系統，數字航拍相機容置在第二方位角調節單元設置的中空區域內并與第三方位角調節單元固連，用于進行航拍成像，并對獲取的航拍影像進行預處理；三軸慣性穩定平臺固定在旋翼無人飛行器上；旋翼無人飛行器，用于搭載數字航拍相機以獲取預先設置航線規劃的區域的航拍影像；三軸慣性穩定平臺與地理信息測繪航拍系統固連，姿態始終與地理信息測繪航拍系統一致，第三方位角調節單元容置于第二方位角調節單元內，第二方位角調節單元容置于第一方位角調節單元內，并分別與其對應的電機固連，同時，將三軸的姿態信息傳遞給方位角控制單元，方位角控制單元經過處理后，生成相應的控制信號并傳遞給相應的三個電機，三個電機按照控制信號對應的角偏補償值進行補償糾正。這樣，第一方位角調節單元、第二方位角調節單元、第三方位角調節單元能夠有效感知地理信息測繪航拍云臺運動，方位角控制單元依據姿態信息生成控制信號，采用電機依據控制信號直接進行驅動，可以消除各種擾動的影響，能夠保障無人飛行器遙感系統飛行姿態的穩定，使得數字航拍相機能夠始終垂直向下拍攝，提升了遙感航拍影像成像質量，提升了航拍攝影精度。
[0017]另一方面，本發明實施例提供一種無人飛行器遙感方法，包括:
[0018]將第一方位角調節單元容置于三軸慣性穩定平臺設置的中空區域內，設置為中空，固定于第一支撐軸承中，所述第一支撐軸承容置在三軸慣性穩定平臺設置的第一軸承座中，所述第一方位角調節單元設置有第二軸承座以及第一從動齒條，所述第一從動齒條由與第一電機相連的第一主動齒輪驅動，以使所述第一方位角調節單元沿由第一支撐軸承形成的第一轉軸轉動；
[0019]將數字航拍相機容置在第二方位角調節單元設置的中空區域內并與第三方位角調節單元固連，用于進行航拍成像，并對獲取的航拍影像進行預處理；三軸慣性穩定平臺固定在旋翼無人飛行器上，旋翼無人飛行器用于搭載數字航拍相機以獲取預先設置的航線規劃區域的航拍影像；
[0020]將第二方位角調節單元容置于所述第一方位角調節單元的中空區域內，設置為中空，固定于所述第二支撐軸承中，所述第二支撐軸承容置在所述第一方位角調節單元設置的第二軸承座中，所述第二方位角調節單元設置有第二從動齒條，所述第二從動齒條由與第二電機相連的第二主動齒輪驅動，以使所述第二方位角調節單元沿由第二支撐軸承形成的第二轉軸轉動；
[0021]設置第三方位角調節單元固定在第二方位角調節單元上，安裝有數字航拍相機，所述第三方位角調節單元設置有第三從動齒條，所述第三從動齒條由與第三電機相連的第三主動齒輪驅動，以使所述數字航拍相機在所述第三方位角調節單元上，沿與第一轉軸和第二轉軸垂直的第三轉軸轉動；
[0022]接收設置在所述數字航拍相機上的姿態傳感器感測的姿態信息，根據所述姿態信息分析出所述數字航拍相機分別沿所述第一轉軸、第二轉軸以及第三轉軸轉動的角度信息，并分別與預先設置的無人飛行器遙感系統各轉軸角度信息進行比對，以確定所述數字航拍相機分別沿所述第一轉軸、第二轉軸以及第三轉軸轉動所需的調節角度信息，并通過所述第一電機、第二電機以及第三電機驅動轉動相應的角度。
[0023]本發明實施例提供的無人飛行器遙感方法，數字航拍相機與第一方位角調節單元固連，用于進行航拍成像，并對獲取的航拍影像進行預處理；三軸慣性穩定平臺固定在旋翼無人飛行器上，旋翼無人飛行器搭載數字航拍相機以獲取預先設置的航線規劃區域的航拍影像；第三方位角調節單元、第二方位角調節單元以及第一方位角調節單元分別將三軸的姿態信息傳遞給方位角控制單元，方位角控制單元經過處理后，生成相應的控制信號并傳遞給相應的三個電機，三個電機按照控制信號對應的角偏補償值進行補償糾正。這樣，通過第一方位角調節單元、第二方位角調節單元、第三方位角調節單元將感知的姿態信息輸出至方位角控制單元，方位角控制單元依據姿態信息生成控制信號輸出至相應的電機，采用電機依據控制信號直接進行驅動，可以消除各種擾動的影響，能夠保障無人飛行器遙感系統飛行姿態的穩定，使得數字航拍相機能夠始終垂直向下拍