《民用輕小型多旋翼無人機系統(tǒng)視覺慣性里程計通用要求》

4民用輕小型多旋翼無人機系統(tǒng)視覺慣性里程計通用要求本文件規(guī)定了民用輕小型多旋翼無人機系統(tǒng)（以下簡稱多旋翼無人機）視覺慣性里程計的組成和技術(shù)要求。本文件適用于民用輕小型多旋翼無人機系統(tǒng)視覺慣性里程計的設(shè)計。2.規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修訂版）適用于本文件。GB/T38152無人駕駛航空器系統(tǒng)術(shù)語3.術(shù)語和定義GB/T38152界定的及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1輕小型多旋翼無人機系統(tǒng)civillightandsmallmultirotorunmannedaircraftsystem空機重量小于等于116kg、起飛全重不大于150kg、校正空速不超過100km/h的多旋翼無人機系統(tǒng)。3.2視覺慣性里程計visual–inertialodometry利用視覺傳感器和慣性測量單元的信息，通過數(shù)據(jù)融合算法輸出載體的相對位置、姿態(tài)、速度（指地速，以下相同）等參數(shù)的系統(tǒng)。3.3視覺傳感器visualsensor利用光學或熱學元件和成像裝置獲取外部環(huán)境圖像信息的設(shè)備。3.4慣性測量單元inertialmeasurementunit測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置，一般由角速度計與加速度計組成。4.系統(tǒng)組成4.1組成5視覺慣性里程計一般由傳感器（包含視覺傳感器和慣性測量單元）、數(shù)據(jù)處理模塊組成，部分情況下可增加數(shù)據(jù)記錄模塊。4.2傳感器傳感器應(yīng)包含至少一個慣性測量單元與至少一個視覺傳感器，可配置多個慣性測量單元與視覺傳感器滿足不同工作場景、穩(wěn)定性和輸出精度要求，為達到良好的定位效果，應(yīng)實現(xiàn)各傳感器之間的時間同步并標定其空間關(guān)系。4.3數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)處理模塊應(yīng)能通過接收和處理慣性測量單元、視覺傳感器的數(shù)據(jù)信息，解算出載體的相對位置、姿態(tài)、速度等信息。4.4數(shù)據(jù)記錄模塊數(shù)據(jù)記錄模塊應(yīng)能存儲數(shù)據(jù)處理模塊的解算結(jié)果,同步應(yīng)支持存儲傳感器的觀測數(shù)據(jù)。5.技術(shù)要求5.1功能視覺慣性里程計可以輸出載體的相對位置、姿態(tài)、速度等信息給到定位、導航、感知等模塊，一般具有以下基本功能：a)應(yīng)提供載體的相對水平位置和相對高度信息；b)應(yīng)提供載體的速度信息；c)應(yīng)提供載體的相對航向信息和水平姿態(tài)信息；d)應(yīng)具有數(shù)據(jù)記錄與處理功能；e)應(yīng)具備各傳感器的時間同步功能；f)應(yīng)保證數(shù)據(jù)輸出連續(xù)性與實時性；g)宜輸出失效狀態(tài)信息等。5.2性能視覺慣性里程計在滿足工作場景要求的情況，一般滿足以下性能指標：a)在載體懸停時，速度矢量誤差宜不大于0.5m/s；b)在載體懸停時，相對航向誤差宜不大于5°,水平姿態(tài)誤差宜不大于2°;c)在載體懸停30s內(nèi)，位置矢量誤差宜不大于0.4m；d)在載體進行航線飛行時，位置矢量誤差與飛行距離之比宜不大于10%；e)在載體進行航線飛行時，速度矢量誤差宜不大于1m/s；f)在載體進行航線飛行時，相對航向誤差每100m飛行距離宜不大于5°,水平姿態(tài)誤差宜不大于2°;g)從上電到首次輸出相關(guān)信息所需時間宜不超過60s；h)當因環(huán)境或運動等原因失效后，重新滿足工作場景要求的條件下，恢復正常工作所需的時間宜不超過60s；i)數(shù)據(jù)輸出頻率滿足載體的飛行需求。5.3接口與數(shù)據(jù)輸出視覺慣性里程計的接口與數(shù)據(jù)輸出需滿足以下要求：a)應(yīng)支持向外部設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)；b)應(yīng)支持異步或同步串行接口，如RS232、SPI、I2C等；c)輸出和記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)包括時間戳、相對位置、速度、姿態(tài)、是否有效的標志位等信息。65.4結(jié)構(gòu)與安裝視覺慣性里程計的結(jié)構(gòu)與安裝應(yīng)滿足下列要求：a)結(jié)構(gòu)件安裝牢靠，緊固件無松動，傳感器與載體間宜使用減震材料安裝固定；b)傳感器安裝位置應(yīng)避開熱源、振動源等；c)電氣部分應(yīng)做防潮、防霉處理，宜做防水防塵處理；d)視覺傳感器鏡頭應(yīng)做緊固防潮處理；e)視覺傳感器應(yīng)避免視場被遮擋，避開尾氣、水汽等區(qū)域；f)慣性測量單元與視覺傳感器宜保持剛性連接。5.5工作場景視覺慣性里程計應(yīng)在滿足且不限于以下要求的場景中，能夠正常工作：a)環(huán)境光