CN105425208A - 一种用于无人机精确导航的定位***及定位方法 - Google Patents

一种用于无人机精确导航的定位***及定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于无人机精确导航的定位***及定位方法，属于无人机定位技术领域。现有的无人机定位技术存在成本高定位精度差且受环境遮挡影响较大的问题。定位***包括电机控制单元、机载定位模块、地面基站、数据采集处理服务器和PC端。本发明可应用于室内无人机编队表演，无人机自动开瓶，小区内自动送货等。操作者只需通过PC机将无人机运行的轨迹绘制到地图中去，无人机就会按照事先规划好的路径进行飞行，飞行过程中某一段路径上的速度可以按照要求进行设定。无人机飞行过程中的位置信息可以在PC端得到实时反馈，本发明具有误差小、控制精度高等特点。

Description

一种用于无人机精确导航的定位***及定位方法
技术领域
本发明属于无人机定位技术领域，尤其与一种用于无人机精确导航的定位***及定位方法有关。
背景技术
近年来，随着军用无人机技术的发展与应用，无人机技术已日益被人们所重视起来。无人机技术也有向小型化民用化方向发展的趋势。民用无人机在国土测绘、海洋巡查、电力巡线、气象探测、应急救援、环保监测、森林防火等方面也等到了广泛应用。可以预见未来的时代是无人机技术“大***”的时代。目前民用无人机的飞行控制方式主要包括线控，有限电遥控，无线电遥控，程控等几种方式。所谓线控，就是用手持的钢丝对动力无人机进行操纵。有限电遥控是指地面人员通过电缆或光缆将各种控制信号传输给无人机，无人机则通过电缆将侦测的信息送回地面。无线电遥控是指无人机通过机载接收机接收地面遥控发射机发来的操纵指令后将控制信号分配给各个电机来实现对无人机的控制。以上控制方式都是通过人的参与来实现的，这使得无人机的操控显得不是自动智能，同时也增加了控制人员的负担。要想让无人机实现自动智能飞行，我们首先要解决无人机位置信息的采集问题，让无人机了解自己现在的姿态和位置。基于卫星的定位***，包括GPS和北斗***定位似乎是一种不错的选择。但由于卫星定位***必须保证卫星的可视性，所以只能在无遮挡的环境条件下应用。而且民用GPS***3m的误差似乎过于巨大。这些都成为了无人机室内自动飞行精确控制的技术壁垒。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的旨在克服现有的无人机定位技术存在的成本高定位精度差且受环境遮挡影响较大的问题，提供一种用于无人机精确导航的定位***及定位方法，该方案具有误差小、控制精度高等特点。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种用于无人机精确导航的定位***，包括电机控制单元、机载定位模块、地面基站、数据采集处理服务器和PC端。
一种用于无人机精确导航的定位***及定位方法,包括以下步骤：
1)、机载定位模块向地面基站发送无线信号和数据，接收地面基站返回的无线信号和数据，对收发无线信号和数据进行处理，并接收数据采集处理服务器发送的飞行动作调整指令，并反馈至电机控制单元进行处理。
2)、电机控制单元根据机载定位模块采集到的指令控制各个电机的转动速度对航线进行实时校正，以保证无人机用指定的速度飞行在指定的航线上。
3)、地面基站接收机载定位模块发送的无线信号和数据利用其中的测距信息(包括但不限于RSSI、TOF、TOA和TDOA等信息)计算机载定位模块与地面基站之间的距离，并将距离信息送交数据采集处理服务器进行处理。
4)、数据采集服务器根据采集到的无人机到各个基站间的距离计算出无人机具体的坐标信息，并与PC端绘制的航线信息进行对比，根据无人机位置与航线间的误差判断出无人机下一步需要做出的调整动作，将调整指令通过无线方式发送给无人机的定位采集模块，同时将计算得到的坐标上传至PC端用于在PC上显示无人机现在的位置。PC端用于绘制无人机航线，并将航线信息送交数据采集处理服务器。并从数据采集处理服务器获取相应的坐标信息用于在PC上显示。
使用本发明可以达到以下有益效果：本发明可应用于室内无人机编队表演，无人机自动开瓶，小区内自动送货等。操作者只需通过PC机将无人机运行的轨迹绘制到地图中去，无人机就会按照事先规划好的路径进行飞行，飞行过程中某一段路径上的速度可以按照要求进行设定。无人机飞行过程中的位置信息可以在PC端得到实时反馈，本发明具有误差小、控制精度高等特点。
附图说明
图1为本发明的布局示意图。
图2为机载定位模块的布局示意图。
图3为电机控制单元的布局示意图。
图4为地面基站的布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
实施例：如图1～图4所示，本发明定位***包括电机控制单元、机载定位模块1、地面基站2、数据采集处理服务器3和PC端4。
机载定位模块1向地面基站2发送无线信号和数据，接收地面基站2返回的无线信号和数据，对收发无线信号和数据进行处理，并接收数据采集处理服务器3发送的飞行动作调整指令，并反馈至电机控制单元进行处理；电机控制单元根据机载定位模块1采集到的指令控制各个电机的转动速度对航线进行实时校正，以保证无人机用指定的速度飞行在指定的航线上。地面基站2接收机载定位模块发送的无线信号和数据利用其中的测距信息包括但不限于RSSI、TOF、TOA和TDOA等信息计算机载定位模块与地面基站之间的距离，并将距离信息送交数据采集处理服务器进行处理；数据采集处理服务器3根据采集到的无人机到各个基站间的距离计算出无人机具体的坐标信息，并与PC端4绘制的航线信息进行对比，根据无人机位置与航线间的误差判断出无人机下一步需要做出的调整动作，将调整指令通过无线方式发送给无人机的定位采集模块，同时将计算得到的坐标上传至PC端用于在PC上显示无人机现在的位置。PC端用于绘制无人机航线，并将航线信息送交数据采集处理服务器。并从数据采集处理服务器获取相应的坐标信息用于在PC上显示。
优选地，机载定位模块1由供电单元，微处理单元，无线发射模块组成。无线发射模块在微处理器单元作用下通过天线向地面各个基站发射无线数据信号或是接收无线信号进行处理。并接收数据采集处理服务器发送的控制指令。并交送飞行控制单元。
优选地，电机控制单元由传感器单元微处理器单元飞行动力***和供电单元组成。传感器单元用于采集无人机的倾角方向与地磁偏角加速度等姿态信息。微控制器根据机载定位模块接收到的控制信息调整各个电机速度用于校准航线调整速度和姿态。
地面基站单元分布于地面各处，通过无线方式测量地面基站到无人机的距离，将得到的距离信息上报给数据采集处理服务器。
优选地，数据采集处理服务器3将各个基站采集的信息进行汇总，并通过计算得到无人机在地图内的坐标信息。并与预置的航线以及速度值进行对比，根据情况判断出无人机下一步的飞行方向，并通过无线方式发送给无人机。同时将无人机的坐标信息上传给PC端。
优选地，PC端4主要用于绘制地图预置航线，并接收数据采集处理服务器上传的坐标信息，然后在PC端5显示无人机在地图内的实时位置。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种用于无人机精确导航的定位***，其特征在于：所述的定位***包括电机控制单元、机载定位模块(1)、地面基站(2)、数据采集处理服务器(3)和PC端(4)。
2.根据权利要求1所述的一种用于无人机精确导航的定位***，其特征在于：所述的机载定位模块(1)由供电单元，微处理单元，无线发射模块组成。
3.根据权利要求1所述的一种用于无人机精确导航的定位***，其特征在于：所述的电机控制单元由传感器单元微处理器单元飞行动力***和供电单元组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于无人机精确导航的定位***，其特征在于：所述的数据采集处理服务器(3)将各个基站采集的信息进行汇总，并通过计算得到无人机在地图内的坐标信息。
5.根据权利要求1所述的一种用于无人机精确导航的定位***，其特征在于：所述的PC端(4)主要用于绘制地图预置航线，并接收数据采集处理服务器上传的坐标信息，在PC端(5)显示无人机在地图内的实时位置。
6.根据权利要求1所述的一种用于无人机精确导航的定位***，其特征在于：所述的地面基站(2)分布于地面各处，通过无线方式测量地面基站到无人机的距离，将得到的距离信息上报给数据采集处理服务器。
7.一种用于无人机精确导航的定位***及定位方法,其特征在于，包括以下步骤：
1)、机载定位模块向地面基站发送无线信号和数据，接收地面基站返回的无线信号和数据，对收发无线信号和数据进行处理，并接收数据采集处理服务器发送的飞行动作调整指令，并反馈至电机控制单元进行处理；
2)、电机控制单元根据机载定位模块采集到的指令控制各个电机的转动速度对航线进行实时校正，以保证无人机用指定的速度飞行在指定的航线上；
3)、地面基站接收机载定位模块发送的无线信号和数据利用其中的测距信息，计算机载定位模块与地面基站之间的距离，并将距离信息送交数据采集处理服务器进行处理；
4)、数据采集服务器根据采集到的无人机到各个基站间的距离计算出无人机具体的坐标信息，并与PC端绘制的航线信息进行对比，根据无人机位置与航线间的误差判断出无人机下一步需要做出的调整动作，将调整指令通过无线方式发送给无人机的定位采集模块，同时将计算得到的坐标上传至PC端用于在PC上显示无人机现在的位置，PC端用于绘制无人机航线，并将航线信息送交数据采集处理服务器，并从数据采集处理服务器获取相应的坐标信息用于在PC上显示。
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