基于无人机航拍图像的天线姿态测量

发布时间：2020-05-30 15:49

【摘要】：移动基站天线的俯仰角和方位角作为其最重要的物理工程参数,对于基站天线的电磁覆盖有着决定性的影响,因此运营商需要不定期测量基站天线的这两个参数来保证天线电磁覆盖的正确性,然而传统的测量方式和现有的研究都存在着明显的缺陷。传统的测量方式一般使用坡度仪、机械罗盘、天线姿态测量仪等来进行天线姿态测量,使用这些工具不可避免的需要人工攀爬和接触天线,因而存在着巨大的安全隐患;且坡度仪、机械罗盘操作复杂,读数不精确容易导致误差较大,而天线姿态测量仪在作业时需要固定在天线上面,同样操作复杂,并且价格昂贵。为了避免安全隐患,相关研究人员开始大量关注基于计算机视觉的非接触式姿态测量方法。目前基于计算机视觉的测量方法主要有单目视觉和双目视觉两种测量方式,其中单目视觉的计算精度和对误差的鲁棒性都要优于双目视觉,但是不论单目视觉还是双目视觉都需要事先进行相机的标定,即求解相机的内外参数,因而不具备通用性。基于三维重建算法可以根据序列图像估计相机的内外参数,再通过特征点的匹配获取目标的三维信息进而对姿态求解,但是三维重建算法的运行时间过长,室外重建的失败率较大,且该方法有时产生的误差较大,因而也无法投入实用。针对目前天线姿态测量领域的各种问题,本文研究并提出了一种基于无人机航拍图像的非接触式且实时的基站天线姿态测量方案。本方案首先得到无人机航拍过程中的天线图像及对应时刻的无人机姿态数据,同时结合测量人员对航拍图像的操作,进而判断当前图像中天线的状态。如果某一刻确定图像中天线的状态为可测量状态,则基于天线本身的外观特性,提取代表当前天线的特征直线,最后根据特征直线结合无人机的姿态来计算出天线的俯仰角与方位角。另外,本文采用了短期目标跟踪算法在单次作业的过程中一直跟踪测量人员初始选定的目标天线,这样即使无人机受到风力影响,在空中飘动而引起画面抖动,也可以始终自动确定目标天线所在的最小区域,避免了风力对作业的影响。因而相比于现有的天线姿态测量方式,本方案的主要创新之处在于测量方案的非接触性、实时性以及高效性。本文使用自行搭建的天线从多个角度设计和进行了多组实验,并基于实验数据进行对比分析,实验结果验证了本文天线姿态测量方案的可行性、准确性和稳定性。
【图文】：

第二章 非接触式天线姿态测量的背景知识先介绍视觉测量中各种坐标系的定义，并由此引出天线姿态参绍相机成像理论中的线性模型和非线性模型，分析光学畸变对最后介绍了图像的色彩模型，概述了不同色彩模型的原理和用姿态定义 坐标系的定义姿态测量问题前，先引入解目标坐标系和测量坐标系的定义。标自身的坐标系，其随着目标的移动而移动；测量坐标系是指的坐标系，而一般测量时都是取目标相对于地球的姿态角度，取为世界坐标系。对于任何两个不同的坐标系，它们彼此都存如图 2.1 所示，显示了测量坐标系和世界坐标系的转换。

第二章 非接触式天线姿态测量的背景知识 标系描述了相机设备内部的几何关系，定义该坐标系为光心，或者称为投影中心，， 轴平行于图像坐标系系 y 轴，而 轴是相机的光轴，该轴垂直于图像平 。综上，由点 与 ， ， 等轴构成的直角图 2.4 所示，其中 称为相机的焦距。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;TN828.6;TP391.41

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本文编号：2688355