一种多传感器集成的自主巡检系统及巡检方法

技术领域

本发明涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种多传感器集成的自主巡检系统及巡检方法。

背景技术

随着无人机技术的广泛应用，在电力以及国防等重要领域无人机巡航技术也得到了飞速的发展，随着多传感器融合技术的发展，无人机导航技术也随后得到了同步发展。

多传感器信息融合(Multi-sensorInformationFusion,MSIF)，就是利用计算机技术将来自多传感器或多源的信息和数据，在一定的准则下加以自动分析和综合，以完成所需要的决策和估计而进行的信息处理过程。

多传感器融合技术实际上融合了多个方面的技术概念，例如：软件同步：具体涉及时间戳同步和空间同步。关于时间戳同步是通过统一的主机给各个传感器提供基准时间，各传感器根据已经校准后的各自时间为各自独立采集的数据加上时间戳信息，可以做到所有传感器时间戳同步，但由于各个传感器各自采集周期相互独立，无法保证同一时刻采集相同的信息。所以说研究发现，如何能够高效准确确保多个传感器的时间戳同步，对于后续的多传感器融合以及自主巡检具有重要的技术意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种多传感器集成的自主巡检系统及巡检方法，解决了目前根据不同传感器之间时间戳同步效果差的技术问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明提供了一种多传感器集成的自主巡检系统，包括：主控制系统、飞控系统以及多个传感器；

其中，所述主控制系统分别与多个传感器建立通信接口连接；且所述主控制系统还与所述飞控系统建立通信接口连接；

所述主控制系统用于分别向多个传感器提供基准数据包；多个所述传感器之间相互独立，且每个当前传感器均根据统一的所述基准数据包对自身执行同步校准操作；所述主控制系统还用于在完成同步校准操作后，将主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据进行数据融合，再将校准后的融合定位数据发送给飞控系统。

优选的，作为一种可实施方案；所述主控制系统包括基准数据包发送单元、数据融合单元和目标发送单元；所述传感器包括验证单元和响应发送单元；

所述主控制系统的基准数据包发送单元，用于在预设时间周期内向多个传感器发送基准数据包；所述基准数据包包括基准时间戳以及基准信号；

传感器的验证单元，用于接收所述基准数据，多个传感器同时根据所述基准数据包进行基准时间戳的验证操作，如果验证不合格则执行同步校准操作；

传感器的响应发送单元，用于在完成同步校准操作后，向数据融合单元发送响应数据包；

所述主控制系统的数据融合单元，用于在接收所述响应数据包后，再执行多个传感器的真实传感数据接收指令；所述主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据，并根据所述真实传感数据进行数据融合，得到校准后的融合定位数据；

所述主控制系统的目标发送单元，用于将校准后的融合定位数据发送给飞控系统。

优选的，作为一种可实施方案；所述飞控系统包括数据解析单元和执行单元；

所述飞控系统的数据解析单元，用于解析所述融合定位数据得到目标巡检数据；

所述飞控系统的执行单元，用于根据所述目标巡检数据执行导航定位操作以及巡检操作。

优选的，作为一种可实施方案；所述传感器包括测距传感器、高程测量传感器、卫星定位传感器以及惯性导航传感器。

本发明提供了一种多传感器集成的自主巡检方法，其基于所述的多传感器集成的自主巡检系统来实现自主巡检操作，具体包括如下操作步骤：

主控制系统在预设时间周期内向多个传感器发送基准数据包；所述基准数据包包括基准时间戳以及基准信号；

多个传感器接收所述基准数据，多个传感器同时根据所述基准数据包进行基准时间戳的验证操作，如果验证不合格则执行同步校准操作；

在完成同步校准操作后，多个传感器向主控制系统发送响应数据包；

所述主控制系统在接收所述响应数据包后，再执行多个传感器的真实传感数据接收指令；所述主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据，并根据所述真实传感数据进行数据融合，得到校准后的融合定位数据；

主控制系统将校准后的融合定位数据发送给飞控系统；

所述飞控系统解析所述融合定位数据得到目标巡检数据；根据所述目标巡检数据执行导航定位操作以及巡检操作。

优选的，作为一种可实施方案；多个传感器接收所述基准数据，多个传感器同时根据所述基准数据包进行基准时间戳的验证操作，如果验证不合格则执行同步校准操作，具体包括如下操作步骤：

传感器接收所述基准数据中的基准信号，并在接收到基准信号后直接调用当前传感器在接收的基准信号是对应的已知时间戳；

当前传感器解析基准数据中对应的基准时间戳，验证已知时间戳与基准时间戳之差的绝对值是否小于标准阈值；

如果判定大于或者等于标准阈值则认定验证不合格，随后执行如下步骤：当前传感器根据所述基准数据包进行基准时间戳的同步校准操作。

优选的，作为一种可实施方案；当前传感器根据所述基准数据包进行基准时间戳的同步校准操作，具体包括如下操作步骤：

当前传感器调取所述基准数据包中的基准时间戳，并求取已知时间戳与基准时间戳之差的绝对值；将所述绝对值与所述标准阈值做减法求差值，将当前所述差值作为时间戳补偿量；

将当前时间戳补偿量发送给当前传感器，当前传感器将当前所述时间戳补偿量对已知时间戳进行补偿得到校正后的时间戳完成同步校准操作。

优选的，作为一种可实施方案；所述多个传感器同时根据所述基准数据包进行基准时间戳的验证操作，还包括如下操作步骤：

如果判定已知时间戳与基准时间戳之差的绝对值小于标准阈值则认定验证合格，随后放弃执行同步校准操作。

优选的，作为一种可实施方案；所述主控制系统在接收所述响应数据包后，再执行多个传感器的真实传感数据接收指令，具体包括如下操作步骤：

主控制系统在接收所述响应数据包后，检验当前多个传感器是否均发送了响应数据包；

若检测多个传感器均发送了响应数据包则再执行多个传感器的真实传感数据接收指令，接收当前多个传感器发送的真实传感数据为后续多个传感器的真实传感数据进行融合做准备。

优选的，作为一种可实施方案；在检验当前多个传感器是否均发送了响应数据包之后，还包括如下操作步骤：若检测多个传感器其中一个或是若干个未发送响应数据包，则暂停执行多个传感器的真实传感数据接收指令。

本发明具有以下优点：本发明实施例提供的一种多传感器集成的自主巡检系统及巡检方法，其中多传感器集成的自主巡检系统包括：主控制系统、飞控系统以及多个传感器；

其中，所述主控制系统分别与多个传感器建立通信接口连接；且所述主控制系统还与所述飞控系统建立通信接口连接；所述主控制系统用于分别向多个传感器提供基准数据包；多个所述传感器之间相互独立，且每个当前传感器均根据统一的所述基准数据包对自身执行同步校准操作；所述主控制系统还用于在完成同步校准操作后，将主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据进行数据融合，再将校准后的融合定位数据发送给飞控系统。

在具体执行过程中，主控制系统实施统一基准时间的校准处理，其各个传感器之间相互不通信各自独立操作；主控制系统通过统一的基准时间的校准处理给各个传感器提供基准时间，各传感器根据各自的已知时间戳与基准时间戳做对比以及校准操作，可以做到所有传感器时间戳同步，保证同一时刻采集相同的有效的真实传感数据。最终由主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据进行数据融合，再将校准后的融合定位数据发送给飞控系统，保证飞控系统得到最真实的数据融合信息。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检系统的主要原理结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检系统中的主控制系统的原理结构示意图；

图3为本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检系统中的传感器的原理结构示意图；

图4为本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检系统中飞控系统的原理结构示意图；

图5为本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检方法的主要流程示意图；

图6为本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检方法的主要流程示意图；

图7为本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检方法的主要流程示意图；

图8为本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检方法的主要流程示意图。

标号：主控制系统10；基准数据包发送单元11；数据融合单元12；目标发送单元13；飞控系统20；数据解析单元21；执行单元22；传感器30；验证单元31；响应发送单元32。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，本发明提供了一种多传感器集成的自主巡检系统，包括：主控制系统10、飞控系统20以及多个传感器30；

其中，所述主控制系统10分别与多个传感器30建立通信接口连接；且所述主控制系统10还与所述飞控系统20建立通信接口连接；

所述主控制系统10用于分别向多个传感器提供基准数据包；多个所述传感器30之间相互独立，且每个当前传感器30均根据统一的所述基准数据包对自身执行同步校准操作；所述主控制系统10还用于在完成同步校准操作后，将主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据进行数据融合，再将校准后的融合定位数据发送给飞控系统20。

分析上述多传感器集成的自主巡检系统的主要技术方案可知，该多传感器集成的自主巡检系统包括：主控制系统、飞控系统以及多个传感器；

其中，主控制系统实施统一基准时间的校准处理，其各个传感器之间相互不通信各自独立操作；主控制系统通过统一的基准时间的校准处理给各个传感器提供基准时间，各传感器根据各自的已知时间戳与基准时间戳做对比以及校准操作，可以做到所有传感器时间戳同步，保证同一时刻采集相同的有效的真实传感数据。最终由主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据进行数据融合，再将校准后的融合定位数据发送给飞控系统，保证飞控系统得到最真实的数据融合信息。

如图2所示以及图3所示，所述主控制系统10包括基准数据包发送单元11、数据融合单元12和目标发送单元13；所述传感器30包括验证单元31和响应发送单元32；

所述主控制系统的基准数据包发送单元11，用于在预设时间周期内向多个传感器发送基准数据包；所述基准数据包包括基准时间戳以及基准信号；

所述传感器的验证单元31，用于接收所述基准数据，多个传感器同时根据所述基准数据包进行基准时间戳的验证操作，如果验证不合格则执行同步校准操作；

所述传感器的响应发送单元32，用于在完成同步校准操作后，向数据融合单元发送响应数据包；

所述主控制系统的数据融合单元12，用于在接收所述响应数据包后，再执行多个传感器的真实传感数据接收指令；所述主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据，并根据所述真实传感数据进行数据融合，得到校准后的融合定位数据；

所述主控制系统的目标发送单元13，用于将校准后的融合定位数据发送给飞控系统20。

需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，主控制系统10包括基准数据包发送单元11、数据融合单元12和目标发送单元13，其中各个单元相互进行数据交互，实现了标准数据包发送，真实传感数据融合以及最终向飞控系统发送数据的操作；同时上述传感器30验证单元31和响应发送单元32，其主要作用是实现数据的验证以及响应数据包的发送操作。

如图4所示，所述飞控系统20包括数据解析单元21和执行单元22；

所述飞控系统的数据解析单元21，用于解析所述融合定位数据得到目标巡检数据；

所述飞控系统的执行单元22，用于根据所述目标巡检数据执行导航定位操作以及巡检操作。

需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，上述飞控系统20是最终的执行设备，其飞控系统除包括自身的控制单元之外，还包括数据解析单元21和执行单元22，上述数据解析单元21和执行单元22之间相互进行数据交互，分别用于进行解析融合定位数据和执行目标巡检数据的操作。

优选的，作为一种可实施方案；所述传感器包括测距传感器、高程测量传感器、卫星定位传感器以及惯性导航传感器。

需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，本发明实施例涉及的传感器可以是多种需要进行数据融合的检测传感器，例如：测距传感器、高程测量传感器、卫星定位传感器以及惯性导航传感器或是其他相关传感器(AGV磁导航传感器)，对此本发明实施例不再一一赘述。

如图5所示，本发明提供了一种多传感器集成的自主巡检方法，其基于所述的多传感器集成的自主巡检系统来实现自主巡检操作，具体包括如下操作步骤：

步骤S100：主控制系统在预设时间周期内向多个传感器发送基准数据包；所述基准数据包包括基准时间戳以及基准信号；

步骤S200：多个传感器接收所述基准数据，多个传感器同时根据所述基准数据包进行基准时间戳的验证操作，如果验证不合格则执行同步校准操作；

步骤S300：在完成同步校准操作后，多个传感器向主控制系统发送响应数据包；

步骤S400：所述主控制系统在接收所述响应数据包后，再执行多个传感器的真实传感数据接收指令；所述主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据，并根据所述真实传感数据进行数据融合，得到校准后的融合定位数据；

步骤S500：主控制系统将校准后的融合定位数据发送给飞控系统；

步骤S600：所述飞控系统解析所述融合定位数据得到目标巡检数据；根据所述目标巡检数据执行导航定位操作以及巡检操作。

需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，主控制系统在预设时间周期内向多个传感器发送基准数据包；所述基准数据包包括基准时间戳以及基准信号；随后传感器接收所述基准数据并进行基准时间戳的验证操作，如果验证合格则无需执行同步校准操作，然而如果验证不合格则执行同步校准操作；这样一来，传感器便可以针对主控制系统实施统一基准时间进行校准处理了，这样只有校准后得到了有效地真实传感数据后再执行后续处理；

随后传感器向主控制系统发送响应数据包，主控制系统接收多个所述传感器发送的真实传感数据，并根据所述真实传感数据进行数据融合，得到校准后的融合定位数据；主控制系统将校准后的融合定位数据发送给飞控系统，供给飞控系统执行后续的自主巡检操作。

飞控系统解析所述融合定位数据得到目标巡检数据(包括巡检路径以及飞控参数和姿态信息)；根据所述目标巡检数据执行导航定位操作以及巡检操作，在具体巡检时可以解析得到目标巡检路径以及在目标巡检路径上每个巡检节点上的飞控参数和姿态信息；最终按照上述目标巡检路径、飞控参数和姿态信息实现飞控管理操作。

如图6所示，在上述步骤200执行过程中，多个传感器接收所述基准数据，多个传感器同时根据所述基准数据包进行基准时间戳的验证操作，如果验证不合格则执行同步校准操作，具体包括如下操作步骤：

步骤S210：传感器接收所述基准数据中的基准信号，并在接收到基准信号后直接调用当前传感器在接收的基准信号是对应的已知时间戳；

步骤S220：当前传感器解析基准数据中对应的基准时间戳，验证已知时间戳与基准时间戳之差的绝对值是否小于标准阈值；

步骤S230：如果判定大于或者等于标准阈值则认定验证不合格，随后执行步骤S240；

步骤S240：当前传感器根据所述基准数据包进行基准时间戳的同步校准操作。

需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，每个当前传感器都需要接收基准信号，每个传感器与主控制系统的交互方式不同(接口方式不同，可能传输速度也不同)，接收基准信号的时间也不同；但是其接收到时间差应当一定的合理范围内(即标准阈值)；因此当前传感器在接收到基准信号后直接调用当前传感器在接收的基准信号时对应的已知时间戳(接收的基准信号时对应的已知时间戳即为接收基准信号对应的瞬时时间戳)；当前传感器解析基准数据中对应的基准时间戳，验证已知时间戳与基准时间戳之差的绝对值是否小于标准阈值；如果判定大于或者等于标准阈值则认定验证不合格，即认为当前已知时间戳与基准时间戳的差值较大，因为传感器与主控制系统之间的通信传输速度较快，两者之间的时间戳差值不应该过大，然而差值过大则证明验证不合格。

如图7所示，在所述步骤S240执行过程中：当前传感器根据所述基准数据包进行基准时间戳的同步校准操作，具体包括如下操作步骤：

步骤S2410：当前传感器调取所述基准数据包中的基准时间戳，并求取已知时间戳与基准时间戳之差的绝对值；将所述绝对值与所述标准阈值做减法求差值，将当前所述差值作为时间戳补偿量；

步骤S2420：将当前时间戳补偿量发送给当前传感器，当前传感器将当前所述时间戳补偿量对已知时间戳进行补偿得到校正后的时间戳完成同步校准操作。

需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，验证不合格，则需要对当前传感器进行基准时间戳的同步校准操作(实际上需要进行同步校准则证明该已知时间戳并不准确，有些滞后因此需要减法处理)；具体在执行时，当前传感器调取基准数据包中的基准时间戳，并求取已知时间戳与基准时间戳之差的绝对值；将所述绝对值与所述标准阈值做减法求差值，将当前所述差值作为时间戳补偿量；将当前时间戳补偿量发送给当前传感器，当前传感器将当前所述时间戳补偿量对已知时间戳进行补偿得到校正后的时间戳完成同步校准操作(例如：绝对值与标准阈值做减法求差值，即将当前已知时间戳-差值作为修正后的时间戳)；当然本发明实施例并不局限于使用步骤S2410-步骤S2420采用的同步校准操作，也可以选择其他的同步校准方式，对此本发明实施例不再一一赘述。

在执行所述多个传感器同时根据所述基准数据包进行基准时间戳的验证操作，还包括如下操作步骤：

如果判定已知时间戳与基准时间戳之差的绝对值小于标准阈值则认定验证合格，随后放弃执行同步校准操作。

如图8所示，在步骤S400执行过程中，所述主控制系统在接收所述响应数据包后，再执行多个传感器的真实传感数据接收指令，具体包括如下操作步骤：

步骤S410：主控制系统在接收所述响应数据包后，检验当前多个传感器是否均发送了响应数据包；

步骤S420：若检测多个传感器均发送了响应数据包则再执行多个传感器的真实传感数据接收指令，接收当前多个传感器发送的真实传感数据为后续多个传感器的真实传感数据进行融合做准备。

如图8所示，在步骤S420之后还包括如下操作步骤：步骤S430：若检测多个传感器其中一个或是若干个未发送响应数据包，则暂停执行多个传感器的真实传感数据接收指令。

综上所述，本发明实施例提供的多传感器集成的自主巡检系统及巡检方法，利用统一的主控制系统对多个传感器进行基准时间戳的验证以及校准同步，保障了多传感器融合的准确，最终输出精度更高融合后的导航定位数据，保障了巡检质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。