CN113029158B - 基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，尤其是涉及一种基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器及其定位方法，包括激光发射云台、机载激光接收面板、机载激光测距模块、机载中央控制装置、通信部件、声音采集部件及地面中央控制装置，所述机载激光接收面板及机载激光测距模块分别与机载中央控制装置之间信号连接，所述激光发射云台与声音采集部件均与地面中央控制装置，所述地面中央控制装置与机载激光测距模块之间通过通信部件信号连接，使用时，通过声音采集部件采集声音信息，同时由激光发射云台和机载激光接收面板采集激光信息，结合机载激光测距模块所采集的信息，将声音和激光信息融合得到融合三维坐标，具有高精度、高响应速度、高稳定性、低成本等特点。

Description

基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器及其定位方法

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其是涉及一种基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器及其定位方法。

背景技术

无人机技术诞生于军用领域，起源于20世纪初期，迄今已有近百年的发展历史。无人机的发展可分为三个阶段：第一阶段为1900年之前，处于萌芽期的无人机技术仅仅用于简单的飞行任务，可用作炸弹和靶机；第二阶段为1900年至1970年，无人机技术在战争中可用于侦察、轰炸等领域；第三阶段是在1980年之后，军用无人机繁衍渗透至民用、科研领域，逐步趋于商业化。无人机主要通过主控***程序设计算法与无线电遥控设备结合的不载人飞机，根据控制程度分为遥控控制，半自动控制，完全自动控制。相较于普通的载人飞机，无人机的活动范围更加广泛，工作效率更高，在军事、商业、科研等领域具有很大的应用及发展空间。

近年来由于成本降低、政策鼓励、技术成熟等原因使得无人机在民用领域发展尤为迅猛，代表企业为大疆创新，占据了全球小型无人机市场约70％份额，其中大部分销往国外，大疆创新的成功也证明了无人机行业壮大的市场发展空间。

目前无人机室内定位方案较多，如GPS定位、超声波+光流传感器定位、激光SLAM定位、视觉SLAM定位、UWB定位，但普遍存在定位精度较低、响应速度较慢、稳定性差、成本高、缺乏可扩展性等问题。

申请公布号CN110446159A通过UWB模块捕捉设置在无人机上的超带宽UWB定位标签、通过双目相机模块识别地面二维码标签、通过多个全局高清相机模块捕捉无人机上设有的标记点获得无人机位置信息，并加入卡尔曼滤波预测，实现无人机位置姿态更新及自主导航。但该方法使用多个高清相机及双目相机，成本较高；且通过双目相机识别二维码受光照强度、距离等因素影响大，稳定性较低。

申请公布号CN107422331A采用激光扫描雷达来建立室内空间地图，通过匹配实现对多旋翼无人机位置信息的扫描、识别、追踪，通过无线传输设备将信息传递给信息存储器。但激光雷达成本较高；且对整个空间进行扫描，对室内地图有一定的依赖性，中心控制器可能因不能够及时根据室内场景变化而更新地图导致产生时延，灵活性大大降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有飞行器定位成本较高、稳定性较低、对室内地图有一定的依赖性，中心控制器可能因不能够及时根据室内场景变化而更新地图导致产生时延，灵活性大大降低的问题，现提供了一种基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器及其定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器，包括激光发射云台、机载激光接收面板、机载激光测距模块、机载中央控制装置、通信部件、声音采集部件及地面中央控制装置，所述机载激光接收面板及机载激光测距模块分别与机载中央控制装置之间信号连接，所述激光发射云台与声音采集部件均与地面中央控制装置，所述地面中央控制装置与机载激光测距模块之间通过通信部件信号连接。

本发明通过声音采集部件采集声音信息，同时由激光发射云台和机载激光接收面板采集激光信息，结合机载激光测距模块所采集的信息，将声音和激光信息融合得到融合三维坐标，具有高精度、高响应速度、高稳定性、低成本等特点。

进一步地，所述声音采集部件采用若干麦克风阵列分布。

进一步地，所述激光发射云台包括激光发射器和总线舵机，所述激光发射器设置在总线舵机上。

进一步地，所述机载激光接收面板包括多个阵列分布并用于接收激光发射云台激光的激光接收管。

进一步地，所述机载激光测距模块采用tof激光模块。

一种如上述的基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器的定位方法，包括以下步骤：

S1、首先激光发射云台发射激光并通过机载激光接收面板接收激光，机载激光接收面板接收到激光后将激光坐标信号发送至机载中央控制装置进行处理；

S2、再由机载激光测距模块进行高度信息检测，机载激光测距模块将检测的高度信息发送至机载中央控制装置进行处理；

S3、机载中央控制装置将激光接收面板的坐标信息和机载激光测距模块的高度信息通过通信部件发送至地面中央处理装置，地面中央处理装置得到激光点的坐标(x₀,y₀)^T，其中x₀,y₀的单位均为mm：

激光发射云台具有两轴自由度，当无人机飞行时通过(x₀,y₀)^T计算偏差值，控制激光发射云台两轴速度，从而使激光点一直落在机载激光接收面板上，通过绝对值磁传感器测得两轴的转动角度分别为a和b；

通过机载激光测距模块获取到接收面板到地面的距离H＝h，其中h的单位为mm；

设激光光束的长度L＝l，其中l的单位为mm；

设激光光束与接收面板的相交点P₁为相对于地面两轴云台的空间三维坐标，通过如下的步骤得到x₁,y₁,z₁的计算公式，其中x₁的单位为mm，y₁的单位为mm，z₁的单位为mm：

P₁＝(x₁,y₁,z₁)^T

则可以得到激光光束的长度：

根据yaw轴与坐标轴的关系，可以得到下式：

根据pitch轴与坐标轴的关系，可以得到下式：

结合以上式子可以解出激光光束与接收面板的相交点P₁的三维坐标：

已知激光接收面板的长、宽分别为c和d，其中c的单位为mm，d的单位为mm，从而得到激光光束与接收面板的中心P_c的空间三维坐标分别为：

其中x_c的单位为mm，y_c的单位为mm，z_c的单位为mm；

最终得到激光光束与接收面板的中心P_c的三维坐标如下：

P_c＝(x_c,y_c,h)^T

S4、声音采集部件为6+1麦克风阵列并采集旋翼飞行器上桨叶产生的声音，声音采集部件将采集的信息发送至地面中央控制器，地面中央控制器经过滤波与music算法得到一张16*16的8位深度的声源图，7个麦克风阵列与声源图对应采集区域对应，以声源图中心为源点，在声源图中找到深度最大的点集并得出其中心像素点:

(x₂,y₂)^T

根据声音传播的时效性，通过声音采集部件测得声源距离麦克风的距离l_s，其中l_s的单位为mm，投影到XOY平面得到声源距离麦克风的平面距离其中机载激光测距模块所测得的高度信息h，h的单位为mm，

从而得到：

进而得到：

同时结合机载激光测距模块所测得的高度信息h得到基于声音的空间欧拉坐标：

P_s＝(x_s,y_s,h)^T

其中h的测量相对于x,y上的坐标是独立的，而且激光tof测距的精度较高，于是我们要通过卡尔曼滤波将P_s与P_c融合，得到新的融合坐标P_m。

S5、将旋翼飞行器静置，根据传感器测得众多样本的观测值通过参数估计得到激光数据和声音数据的均值，分别为和/>

进而通过无偏估计得到方差，分别为σ_c ²与σ_s ²：

由于传感器总相同，x_c,y_c是同分布的，x_c,y_c在空间中的概率分布是相互独立的，对于某一时刻T，x_c表示激光数据在x轴上的概率分布，根据激光的实际计算值为x_c，则由X_c～N(x_c,σ_c ²)，可得到概率密度为同理由于传感器总相同，x_s,y_s是同分布的，x_s,y_s在空间中的概率分布是相互独立的，对于某一时刻T，x_s表示声音数据在x轴上的概率分布，根据声音的实际计算值为x_s，则由X_s～N(x_s,σ_s ²)，可得到概率密度为

要得到x方向融合后的坐标，即得到融合后x轴上概率密度最大的坐标，令：

整理得：

该式满足正态分布，x_m是该正态分布的期望，同样也是融合后x轴上概率密度最大的坐标，可得：

同理，y_m是该正态分布的期望，同样也是融合后y轴上概率密度最大的坐标，可得：

由于x_s,y_s是同分布的，x_c,y_c也是同分布的，定义σ_c ²为激光传感器误差为E_c，定义σ_s ²为声音传感器误差为E_s(误差表明了数据的精确度，即统计意义上数据的离散程度，传感器的精度越高，误差越低)，令：

P_s2＝(x_s,y_s)^T

P_c2＝(x_c,y_c)^T

则其融合坐标为：

最终得到三维空间内的融合坐标P_m：

地面中央控制器将融合坐标发送给机载中央控制器，从而使得旋翼飞行器得知自己的空间三维坐标信息，完成相应任务与服务。

本发明的有益效果是：本发明基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器及其定位方法在使用时，通过声音采集部件采集声音信息，同时由激光发射云台和机载激光接收面板采集激光信息，结合机载激光测距模块所采集的信息，将声音和激光信息融合得到融合三维坐标，具有高精度、高响应速度、高稳定性、低成本等特点，避免了现有飞行器定位成本较高、稳定性较低、对室内地图有一定的依赖性，中心控制器可能因不能够及时根据室内场景变化而更新地图导致产生时延，灵活性大大降低的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的各个模块之间连接关系图；

图2是本发明的工作流程示意图；

图3是本发明的场景示意图；

图4是本发明中的声源图。

具体实施方式

本发明下面结合实施例作进一步详述：

本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器，包括两轴激光发射云台、机载激光接收面板、机载激光测距模块、机载中央控制装置、通信部件、声音采集部件及地面中央控制装置，所述机载激光接收面板及机载激光测距模块分别与机载中央控制装置之间信号连接，所述激光发射云台与声音采集部件均与地面中央控制装置，所述地面中央控制装置与机载激光测距模块之间通过通信部件信号连接。

所述声音采集部件采用6+1麦克风阵列分布。

所述两轴激光发射云台包0.1瓦功率的红色激光发射器和两个12位精度总线舵机，所述激光发射器设置在总线舵机上，激光发射器连接在总线舵机上，可根据两个舵机的角度实现激光不同方位的照射；从地面站发送过来两个总线舵机的转速与转动角度控制。

所述机载激光接收面板包括采用8*8个红外激光接收管阵列，并在接收阵列***覆盖毛玻璃，用于接收激光云台发射过来的激光，平行于地面放置于四旋翼飞行器底部。

所述机载激光测距模块采用tof激光模块。

机载中央控制装置：采用高性能arm处理器对机载激光接收面板与机载激光测距模块的数据即时处理打包与传送，与传送；

通信部件：采用2.5GHz的通信频率，串行通信方式的通信芯片，用于机载中央控制装置与地面中央控制装置通信；机载中央控制装置发送高度，机载激光接收面板接收信息给地面中央控制装置，地面中央控制装置发送融合解算后的旋翼空间坐标信息给机载中央控制装置；

地面中央控制装置：采用高算力RISC-V芯片，人机交互模块；通过对机载中央控制装置发送过来的高度数据，机载激光接收面板数据，激光发射云台中总线舵机角度数据，声音采集部件的数据进行计算融合算得旋翼飞行器的空间三维坐标，并控制两个总线舵机，发送空间三维坐标给机载中央控制装置，提供与工业/个人/家庭机器人开发的通信接口，人机交互模块提供可视化的友好接口；

如图2-4所示，一种如上述的基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器的定位方法，包括以下步骤：

S1、首先激光发射云台发射激光并通过机载激光接收面板接收激光，机载激光接收面板接收到激光后将激光坐标信号发送至机载中央控制装置进行处理；

S2、再由机载激光测距模块进行高度信息检测，机载激光测距模块将检测的高度信息发送至机载中央控制装置进行处理；

S3、机载中央控制装置将激光接收面板的坐标信息和机载激光测距模块的高度信息通过通信部件发送至地面中央处理装置，地面中央处理装置得到激光点的坐标(x₀,y₀)^T，其中x₀,y₀的单位均为mm：

激光发射云台具有两轴自由度，当无人机飞行时通过(x₀,y₀)^T计算偏差值，控制激光发射云台两轴速度，从而使激光点一直落在机载激光接收面板上，通过绝对值磁传感器测得两轴的转动角度分别为a和b；

通过机载激光测距模块获取到接收面板到地面的距离H＝h，其中h的单位为mm；

设激光光束的长度L＝l，其中l的单位为mm；

设激光光束与接收面板的相交点P₁为相对于地面两轴云台的空间三维坐标，通过如下的步骤得到x₁,y₁,z₁的计算公式，其中x₁的单位为mm，y₁的单位为mm，z₁的单位为mm：

P₁＝(x₁,y₁,z₁)^T

则可以得到激光光束的长度：

根据yaw轴与坐标轴的关系，可以得到下式：

根据pitch轴与坐标轴的关系，可以得到下式：

结合以上式子可以解出激光光束与接收面板的相交点P₁的三维坐标：

已知激光接收面板的长、宽分别为c和d，其中c的单位为mm，d的单位为mm，从而得到激光光束与接收面板的中心P_c的空间三维坐标分别为：

其中x_c的单位为mm，y_c的单位为mm，z_c的单位为mm；

最终得到激光光束与接收面板的中心P_c的三维坐标如下：

P_c＝(x_c,y_c,h)^T

S4、声音采集部件为6+1麦克风阵列并采集旋翼飞行器上桨叶产生的声音，声音采集部件将采集的信息发送至地面中央控制器，地面中央控制器经过滤波与music算法得到一张16*16的8位深度的声源图，7个麦克风阵列与声源图对应采集区域对应，以声源图中心为源点，在声源图中找到深度最大的点集并得出其中心像素点：

(x₂,y₂)^T

根据声音传播的时效性，通过声音采集部件测得声源距离麦克风的距离l_s，其中l_s的单位为mm，投影到XOY平面得到声源距离麦克风的平面距离其中机载激光测距模块所测得的高度信息h，h的单位为mm，

从而得到：

进而得到：

同时结合机载激光测距模块所测得的高度信息h得到基于声音的空间欧拉坐标：

P_s＝(x_s,y_s,h)^T

这里的h的测量相对于x,y上的坐标是独立的，而且激光tof测距的精度较高，于是我们要通过卡尔曼滤波将P_s与P_c融合，得到新的融合坐标P_m。

S5、将旋翼飞行器静置，根据传感器测得众多样本的观测值通过参数估计得到激光数据和声音数据的均值，分别为和/>

进而通过无偏估计得到方差，分别为σ_c ²与σ_s ²：

由于传感器总相同，x_c,y_c是同分布的，x_c,y_c在空间中的概率分布是相互独立的，对于某一时刻T，x_c表示激光数据在x轴上的概率分布，根据激光的实际计算值为x_c，则由X_c～N(x_c,σ_c ²)，可得到概率密度为同理由于传感器总相同，x_s,y_s是同分布的，x_s,y_s在空间中的概率分布是相互独立的，对于某一时刻T，x_s表示声音数据在x轴上的概率分布，根据声音的实际计算值为x_s，则由X_s～N(x_s,σ_s ²)，可得到概率密度为

要得到x方向融合后的坐标，即得到融合后x轴上概率密度最大的坐标，令：

整理得：

该式满足正态分布，x_m是该正态分布的期望，同样也是融合后x轴上概率密度最大的坐标，可得：

同理，y_m是该正态分布的期望，同样也是融合后y轴上概率密度最大的坐标，可得：

由于x_s,y_s是同分布的，x_c,y_c也是同分布的，定义σ_c ²为激光传感器误差为E_c，定义σ_s ²为声音传感器误差为E_s(误差表明了数据的精确度，即统计意义上数据的离散程度，传感器的精度越高，误差越低),令：

P_s2＝(x_s,y_s)^T

P_c2＝(x_c,y_c)^T

则其融合坐标为：

最终得到三维空间内的融合坐标P_m：

地面中央控制器将融合坐标发送给机载中央控制器，从而使得旋翼飞行器得知自己的空间三维坐标信息，完成相应任务与服务。

上述基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器及其定位方法在使用时，由旋翼飞行器桨叶产生的声音在一段时间内是连续的，声音是一种波，波在空气中以能量的形式传播，因此声音的能量大小是在空气中的分布是呈正态分布，飞行器的飞行在空中的飞行状态在一段时间内是连续的，飞行器的飞行状态(姿态与位置)受气流影响，空气中的气流由空气中的小分子运动而成，所以飞行器飞行时机载激光接收面板的位置也是呈正态分布的，直接使用飞行器激光采用坐标简单的数据里面就具有较大的波动性及数据十分不稳定，对于飞行器的飞行三维空间位置，我们采用了两种观测方式，两种观测方式所测得的数据是符合正态分布的，因此我们采用卡尔曼滤波对两种观测数据融合的到融合后的飞行器位置，首先地面中央控制装置与机载中央控制装置通信，确认机载激光接收面板是否接收到激光，中央控制装置发送消息查询是否激光接收到，遍历所有采样端口，查询是否有端口接收到，板载中央控制装置发送接收状态信息，地面中央控制***做出判断，声音位置解算***结合解算出基于声音判断的坐标，高度解算***得到高度并发送给机载中央控制装置，采样6+1麦克风阵列，对7个采样信号进行滤波，对7个采样信号做快速FFT，生成频域采样信息，使用MUSIC算法函数生成声音频谱图，板载中央控制装置发送高度信息给地面中央控制装置，声音坐标解算接口对频谱图进行解算结合飞行器高度得到模糊三维坐标，位置融合解算***根据只有声音定位，高度的模式解算出模糊的空间三维坐标，云台控制***根据模糊空间三维坐标控制两个云台舵机进行角度控制，同时屏幕交互给出提示，串口信息交互发送丢失信息，声音位置解算***结合解算出基于声音判断的坐标，高度解算***得到高度并且激光面板得到采样信息，高度与采样信息送给机载中央控制装置，位置融合解算***根据有声音定位，高度，激光采样，舵机角度信息的模式解算出精确的空间三维坐标，事先对卡尔曼滤波参数调好参，根据激光采样、舵机角度与高度信息代入欧拉角三元数解算接口计算出精确三维坐标，上述提及的声音位置解算方法计算得到模糊三维坐标，将模糊三维坐标与精确三维坐标代入卡尔曼滤波函数得到融合三维坐标，云台控制***根据精确空间三维坐标控制两个云台舵机进行精确角度控制，同时屏幕交互给出位置信息，串口信息交互接口发送位置信息。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器的定位方法，该基于激光与声音融合定位的旋翼飞行器包括激光发射云台、机载激光接收面板、机载激光测距模块、机载中央控制装置、通信部件、声音采集部件及地面中央控制装置，所述机载激光接收面板及机载激光测距模块分别与机载中央控制装置之间信号连接，所述激光发射云台与声音采集部件均与地面中央控制装置，所述地面中央控制装置与机载激光测距模块之间通过通信部件信号连接；

所述声音采集部件采用若干麦克风阵列分布；

所述激光发射云台包括激光发射器和总线舵机，所述激光发射器设置在总线舵机上；

所述机载激光接收面板包括多个阵列分布并用于接收激光发射云台激光的激光接收管；

所述机载激光测距模块采用tof激光模块，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、首先激光发射云台发射激光并通过机载激光接收面板接收激光，机载激光接收面板接收到激光后将激光坐标信号发送至机载中央控制装置进行处理；

S2、再由机载激光测距模块进行高度信息检测，机载激光测距模块将检测的高度信息发送至机载中央控制装置进行处理；

S3、机载中央控制装置将激光接收面板的坐标信息和机载激光测距模块的高度信息通过通信部件发送至地面中央处理装置，地面中央处理装置得到激光点的坐标(x₀,y₀)^T，其中x₀,y₀的单位均为mm；

激光发射云台具有两轴自由度，当无人机飞行时通过(x₀,y₀)^T计算偏差值，控制激光发射云台两轴速度，从而使激光点一直落在机载激光接收面板上，通过绝对值磁传感器测得两轴的转动角度分别为a和b；

再通过机载激光测距模块获取到接收面板到地面的距离H＝h，其中h的单位为mm；

设激光光束的长度L＝l，其中l的单位为mm；

设激光光束与接收面板的相交点P₁为相对于地面两轴云台的空间三维坐标，通过如下的步骤得到x₁,y₁,z₁的计算公式,其中x₁的单位为mm，y₁的单位为mm，z₁的单位为mm：

P₁＝(x₁,y₁,z₁)^T

则可以得到激光光束的长度:

根据yaw轴与坐标轴的关系，可以得到下式：

根据pitch轴与坐标轴的关系，可以得到下式：

结合以上式子可以解出激光光束与接收面板的相交点P₁的三维坐标：

已知激光接收面板的长、宽分别为c和d，其中c的单位为mm，d的单位为mm，从而得到激光光束与接收面板的中心P_c的空间三维坐标分别为：

其中x_c的单位为mm，y_c的单位为mm，z_c的单位为mm；

最终得到激光光束与接收面板的中心P_c的三维坐标如下：

P_c＝(x_c,y_c,h)^T

S4、声音采集部件采集旋翼飞行器上桨叶产生的声音，声音采集部件将采集的信息发送至地面中央控制器，地面中央控制器经过滤波与music算法得到声源图，声音采集部件与声源图对应采集区域对应，以声源图中心为源点，在声源图中找到深度最大的点集并得出其中心像素点：

(x₂,y₂)^T

根据声音传播的时效性，通过声音采集部件测得声源距离麦克风的距离l_s，其中l_s的单位为mm，投影到XOY平面得到声源距离麦克风的平面距离其中机载激光测距模块所测得的高度信息h，h的单位为mm，从而得到：

进而得到：

同时结合机载激光测距模块所测得的高度信息h得到基于声音的空间欧拉坐标：

P_s＝(x_s,y_s,h)^T

其中h的测量相对于x,y上的坐标是独立的，而且机载激光测距模块的精度较高，通过卡尔曼滤波将P_s与P_c融合，得到新的融合坐标P_m；

S5、将旋翼飞行器静置，根据传感器测得众多样本的观测值通过参数估计得到激光数据和声音数据的均值，分别为和/>

进而通过无偏估计得到方差，分别为σ_c ²与σ_s ²：

由于传感器总相同，x_c,y_c是同分布的，x_c,y_c在空间中的概率分布是相互独立的，对于某一时刻T，x_c表示激光数据在x轴上的概率分布，根据激光的实际计算值为x_c，则由X_c～N(x_c,σ_c ²)，可得到概率密度为同理由于传感器总相同，x_s,y_s是同分布的，x_s,y_s在空间中的概率分布是相互独立的，对于某一时刻T，x_c表示声音数据在x轴上的概率分布，根据声音的实际计算值为x_c，则由X_s～N(x_s,σ_s ²)，可得到概率密度为

要得到x方向融合后的坐标，即得到融合后x轴上概率密度最大的坐标，令：

整理得：

该式满足正态分布，x_m是该正态分布的期望，同样也是融合后x轴上概率密度最大的坐标，可得：

同理，y_m是该正态分布的期望，同样也是融合后y轴上概率密度最大的坐标，可得：

由于x_s,y_s是同分布的，x_c,y_c也是同分布的，定义σ_c ²为激光传感器误差为E_c，定义σ_s ²为声音传感器误差为E_s(误差表明了数据的精确度，即统计意义上数据的离散程度，传感器的精度越高，误差越低),令：

P_s2＝(x_s,y_s)^T

P_c2＝(x_c,y_c)^T

则其融合坐标为：

最终得到三维空间内的融合坐标P_m：

地面中央控制器将融合坐标发送给机载中央控制器，从而使得旋翼飞行器得知自己的空间三维坐标信息，完成相应任务与服务。