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从GPS信息到飞翔操控 无人机上的方位数据处理与转化
来源:http://www.wdconstproduct.com 责任编辑:环亚国际娱乐 更新日期:2018-04-29 02:43

  从GPS信息到飞翔操控 无人机上的方位数据处理与转化

  下图是国内某闻名「无人机相关企业」2014 年书面考试的截图,显现了导航进程中的数据变换的实用性。

  

 

  在之前的文章中,我介绍了无人机体系主动导航进程中触及的几个重要坐标系,本文则会跟咱们剖析在实践的无人机体系中,GPS 的输出数据怎样转化为无人机操控需求的状况信息。

  GPS输出数据详解

  

 

  实践的 GPS 体系会以必定格局输出许多数据,如时刻,精度因子,卫星编号,信噪比等等,但关于无人机操控而言,最为重要,也是最常运用的仍是「经度(Longitude),纬度(Latitude)以及高度(height)」三组数据。

  直接经过 GPS 获取的飞翔器的方位坐标根据 WGS-84(World Geodetic System-1984)坐标系,简称 Geodetic 或 G 坐标系。

  

 

  为什么需求独自树立一个坐标系呢?这是因为地球外表地形杂乱,有山有海,凹凸不平。联系我们,需求树立一个简略而准确的近似数学模型,咱们决议选用椭球体作为地球的近似。而 G 坐标系就描绘了一个椭球体,给出该椭球体的基本参数:长半轴,短半轴,榜首偏心率,第二偏心率,扁率,曲率半径(米):

  GPS输出的高度不是海拔(Alt)么?这儿怎样是 h 高度呢?GPS 硬件直接获取的高度是相关于 G 坐标系中椭球外表的高度。而海拔是相关于公海平面的高度,与地球外表形状和重力散布相关。相关于大地水准面的高度才是海拔,也就是下图中的H参数。

  

 

  M(大地水准误差)作为GPS输出高度h和当地海拔之间的误差,一般在正负100m以内。

  从 Geodetic 到 ECEF 坐标系的数据变换

  咱们经过 G 坐标系下的三个参数:经度,维度,高度,可以获得飞翔器在椭球外表的方位坐标。但进行导航核算时,咱们需求把数据换算到 NED 坐标系下。要完结从 G 系到 NED 的数据变换还需求一个过渡进程:G 坐标系到 ECEF 坐标系下的数据变换。

  其间 N 是咱们常说的曲率半径(m)。经过上面的核算公式就可以完成从 G 坐标系到 ECEF 坐标的数据变换。

  从ECEF到NED坐标系的数据变换

  关于商用无人机,比较于它在椭球中的信息,咱们更关怀它在平面中的方位向量、速度向量。将 NED 坐标系看做导航中最重要的坐标系并不为过,NED 坐标系也经常被直接称为导航坐标系(Navigation Coordinate)或许地上坐标系(Ground Coordinate)。

  

 

  首先要获取 NED 坐标系中的参阅原点,产业新闻!一般也就是无人机 GPS 星数到达要求后的开始方位。这也是为什么无人机产品要在星数满足之后才干起飞,试想一下假如开始方位没有定准,就算在飞翔进程中星数满足,获取的飞翔方位信息也够准确,最终也可能形成一键归航方位与开始方位误差巨大。

  下面给出参阅原点的坐标信息以及从 ECEF 到 NED 的变换核算:

  从ECEF到NED坐标系的旋转矩阵如下:

  

 

  结合上面两部分的核算方法,就成功地完成了 GPS 输出的方位数据到 NED 坐标系下的变换。公司简介,换句话说,咱们获得了进行无人机操控器设计所有必要的 外环方位状况信息。

  但外环信息一共有六个,还有三个速度状况呢?经过 GPS 可以获得 ECEF 坐标系下的速度向量。与 G 系相似,比较于飞翔器在 ECEF 这个三维坐标系的速度向量,咱们更关怀相关于 NED 坐标系的速度向量:

  

 

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