《导航》课件-22光流定位工作原理及排故方法

课前回顾：1.什么是网络RTK？2.怎样设置网络RTK？四旋翼无人机在室外飞行借助惯性导航和卫星导航设备，可以实现定点悬停，那室内的无人机由于收不到卫星信号，只能依靠惯性导航，定位误差随着时间的推移会越来越大，那如何使得无人机在室内可以实现定点悬停呢？导入新课：123R1光流定位工作原理及排故方法1．光流定位工作原理；2.光流定位传感器设置方法。课时：2学时教学目标：1.熟悉光流定位工作原理和光流传感器设置方法。知识目标：教学目标：1.会使用光流传感器。能力目标：素质目标：1.具有吃苦耐劳的工作作风和爱岗敬业的职业精神。2.具备三敬零无素养。R1.1光流定位工作原理1.什么是光流？光流的概念最早是由JamesJ.Gibson于20世纪40年代提出来的，是指三维空间运动物体投影在成像平面上的像素点的二维速度矢量。光流法是一种计算物体运动信息的方法，它是基于图像序列中同一特征点在时间域上的变化以及相邻帧之间的相关性来找到上一帧跟当前帧之间存在的对应关系。通常将二维图像平面特定坐标点上的灰度瞬时变化率定义为光流矢量。R1.1光流定位工作原理2.光流法原理光流法的基本原理是通过图片序列，找出每一图片中像素点的运动速度大小和方向。使用光流法，有两个假设：（1）亮度恒定不变：图片序列中，和摄像头有相对运动物体所对应的像素点的亮度不会发生改变。（2）小运动。即连续两帧图片时间间隔，不会引起目标位置的剧烈变化，相邻帧之间位移要小R1.2光流传感器的安装与激活

PX4Flow光流传感器是一款智能光学流动传感器，同时也是一种高分辨率的图像传感器，内置3轴陀螺仪和超声波测距仪。它通过分析摄像头下方相邻两帧图像中地面纹理和可视特征，得到无人机X和Y方向的地速，再将地速传给Pixhawk飞控，用于多旋翼无人机室内定点悬停控制。PX4Flow拥有原生752×480像素分辨率，计算光学流的过程中采用了4倍分级和剪裁算法，计算速度达到250Hz（白天，室外），具备非常高的感光度。R1.2光流传感器的安装与激活

1）固件安装固件安装前，需要从Ardupilot官网上下载px4flow光流传感器驱动，否则地面站软件无法识别光流传感器。固件可以通过MissionPlanner地面站进行安装。R1.2光流传感器的安装与激活

2）光流传感器安装R1.2光流传感器的安装与激活3）光流传感器激活R1.3光流传感器的测试与设置1.测试连接飞控与电脑，并将飞控连上MissionPlanner地面站，进入“飞行数据”页面，在页面的左下区域选择状态条，查看光流传感器相关数据，如果光流传感器正常工作，“opt_m_x”、“opt_m_y”和“opt_qua”为非零值。opt_x和opt_y代表的是经过陀螺仪补偿的X轴和Y轴的移动量，这两个值越小，飞行越稳定，效果也越好；如果这两个数据过大，就不能定点，甚至切不到光流模式。opt_qua代表光流的像素质量，0代表最差，255代表最高质量。R1.3光流传感器的测试与设置2.校准在校准前，首先要将无人机桨叶卸下来，确保安全；然后连接好飞控与地面站，并在全参数列表里将LOG-DISARMED参数设为1，启用日志记录功能。开始校准时，要找一个光照充足、地面纹理清晰的地方；然后，给无人机上电，并将无人机举至和眼睛齐平的高度，且和身体保持一定距离，并使得无人机处于水平状态。校准的主要步骤是让飞机进行滚转和俯仰运动。具体步骤是先让无人机在一秒内绕机体坐标系纵轴从-15o滚转至15o，然后再以同样的角速度滚转回去。重复这些步骤5至10次。在做滚转操作时，可以只用一只眼睛观察无人机，确保无人机的重心位置不变。滚转做完后，再以同样的步骤让无人机绕机体坐标系横轴进行俯仰。R1.3光流传感器的测试与设置2.校准无人机运动后，需要查看并分析日志。日志查看的步骤是点击通过“Mavlink下载闪存日志”，下载最新的日志，然后再点击“回顾日志”，在QUADROTOR文件夹下选择刚刚下载的日志文件，点击“打开”就是日志浏览器页面了。R1.3光流传感器的测试与设置2.校准在飞行日志页面，绘制OF.flowX、OF.bodyX和IMU.GyrX的曲线图，正常的图形如下图所示：R1.3光流传感器的测试与设置2.校准如果上图中，OF.flowX和OF.bodyX对应的两条曲线没有重合，则可以通过调整FLOW_FXSCALER参数使得曲线重合；如果OF.bodyX和IMU.GyrX不相关，甚至符号相反，那么可能是FLOW_ORIENT_YAW参数没有正确设置，或者是镜头没有朝下安装。R1.3光流传感器的测试与设置3.预解锁检查为了使无人机在没有GPS信号的情况下，能够在Loiter模式下解锁和起飞，应在地面站的标准参数页面中，将“ALL”和“GPS”框取消勾选。R1.3光流传感器的测试与设置4.试飞起飞前，设置的飞行模式要有Loiter模式和Stabilize模式，而且试飞的地方最好要开阔，并远离人群。首先，需要在地面站的全参数列表里将EK2_GPS_TYPE设为3，表示飞控组合导航算法不使用GPS，而是用光流的数据。然后，在地面站地图上，单击鼠标右键，找到“在此设置返航点”，并选择“setEKForiginhere”开始飞行时，要切换至Loiter模式，并起飞至1m高。如果飞机开始加速远离，或者前后左右晃动，则立即切换至Stabilize模式并降落，降落后需要分析日志数据找出原因。如果飞机能够定点飞行，则表示光流定位有效。R1.3小组比拼学生每六人一组，每小组选出