CN106093983A - 一种多旋翼无人机导航定位*** - Google Patents

一种多旋翼无人机导航定位*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多旋翼无人机导航定位***，其包括地面定位基站***、地面测控***和多旋翼无人机飞行器，地面定位基站***用于发送差分定位信息；地面测控***接收差分定位信息并将其组成遥控帧发送给多旋翼无人机飞行器；多旋翼无人机飞行器接收遥控帧并利用遥控帧进行差分计算得到定位数据，同时将定位数据组成遥测帧发送给地面测控***得到高精度位置信息。本发明的多旋翼无人机导航定位***，能够满足多种任务对精确定位要求，具有较强的抗干扰能力，解决了现有测试***测定位误差大和易受干扰的弊病。

Description

一种多旋翼无人机导航定位***
技术领域
本发明涉及无人机飞行器领域，特别是指一种多旋翼无人机导航定位***。
背景技术
多旋翼无人机飞行器是一种新型的旋翼飞行器,有着多个对称分布在机体四周、正反转成对的旋翼,具有垂直起降、稳定悬停和自主巡航能力的微小型飞行器,在民用和军事领域有着广阔的应用前景。该类飞行器普遍采用电能驱动,具有结构简单、飞行稳定、易于操控(配合飞行控制***)、低噪声无污染、携带方便、安全危害性小等特点,非常适合于执行中短距离的飞行任务。近年来,多旋翼无人飞行器逐渐引起了国内外的极大关注,相继诞生了一些典型产品。
现有的多旋翼无人机都是通过单独使用GPS导航模块进行定位，定位精度差，局限性很大，不能满足现有精确定位的要求。另一个方面现有单独使用的GPS导航模块易受干扰，造成接收卫星较少或者丢星现象，多旋翼无人机会失去平衡或者就地降落，产生人员或者财产损失。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多旋翼无人机导航定位***，定位精度高、抗干扰、***可靠且易于工程实现,克服现有方案的不足。
基于上述目的本发明提供的一种多旋翼无人机导航定位***，包括地面定位基站***、地面测控***和多旋翼无人机飞行器，所述地面定位基站***用于发送差分定位信息；所述地面测控***用于接收差分定位信息并将所述差分定位信息组成遥控帧发送给所述多旋翼无人机飞行器；所述多旋翼无人机飞行器用于接收所述遥控帧并利用所述遥控帧进行差分计算得到定位数据，同时将所述定位数据组成遥测帧发送给所述地面测控***得到所述多旋翼无人机飞行器的位置信息。
优选地，所述地面定位基站***包括：定位基站，用于对从所述地面定位基站***获取的基站定位信息进行差分运算，产生差分数据；天线，用于将所述差分数据通过以太网传输给地面测控***。
优选地，所述地面定位基站***还包括地面基站***，所述地面基站***用于解算自身信息来获取基站定位信息，所述自身信息根据所述多旋翼无人机飞行器实际使用的环境和条件来确定。
优选地，所述地面测控***包括：天线，用于从所述地面定位基站***接收差分数据；遥控遥测数据链终端，用于将所述差分数据组帧，将所述差分数据按照数据协议加入遥控帧中，以无线数据链形式发送给所述多旋翼无人机飞行器，同时从所述多旋翼无人机飞行器接收遥测帧，并解析出所述多旋翼无人机飞行器的高度信息。
优选地，所述地面测控***接收所述地面定位基站发出的差分数据，通过对所述差分数据组帧，将所述差分数据按照数据协议加入遥控帧中，形成有帧头、地址的差分数据，通过选择不同的帧头来区分遥控帧和遥测帧；所述地址用来确定数据传输的方向。
优选地，所述多旋翼无人机飞行器包括控制***、任务***和天线***，所述控制***用于对差分数据结合其定位信息进行差分计算，通过所述天线***将定位数据发送给所述任务***和所述地面测控***。
进一步地，所述控制***包括导航定位模块和飞行控制部件；所述导航定位模块用于对差分数据结合其定位信息进行差分计算，并将所述定位数据发送给所述飞机控制部件和所述任务***；所述飞行控制部件用于利用差分定位数据对所述多旋翼无人机进行控制，并将所述差分定位数据组成遥测帧发送给所述地面测控***。
进一步地，所述导航定位模块采用BD/GPS/GLONASS导航定位模块，其中BD指代北斗卫星导航定位***，GPS指代全球定位***。
进一步地，所述控制***还包括RS232接口，该RS232接口用于传输从所述BD/GPS/GLONASS导航定位模块获取的差分定位数据，并将所述差分定位数据发送给所述飞行控制部件、所述遥控遥测数据链终端和所述任务***。
优选地，所述差分数据的数据格式遵守NEMA-0183协议，当将所述差分数据通过以太网传输给所述地面测控***时，链路层使用TCP/IP协议。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种多旋翼无人机导航定位***，与现有技术方法相比具有以下有益效果：
本发明的多旋翼无人机导航定位***利用遥控链路，将地面导航定位***产生的差分定位数据传输给多旋翼无人机飞行器，从而保证多旋翼无人机***高精度定位，满足多种任务对精确定位要求，具有较强的抗干扰能力，解决了现有测试***测定位误差大和易受干扰的弊病。
另外，本发明中采用BD/GPS/GLONASS导航定位模块，比单一GPS导航定位多出了BD和GLONASS两个定位模式，增加了能够接收定位信号的频点，扩展了频带宽度，增强了抗干扰的能力，其中GPS是英文Global Positioning System(全球定位***)的缩写，BD指我国自主研发的北斗卫星导航***的缩写，GLONASS是俄罗斯研发的全球卫星导航***GLOBALNAVIGATION SATELLITE SYSTEM的缩写。
附图说明
图1为本发明实施例的多旋翼无人机导航定位***结构的示意图；
图2为本发明实施例的地面定位基站***结构的示意图；
图3为本发明实施例的地面测控***结构的示意图；
图4为本发明实施例的多旋翼无人机飞行器结构的示意图；
图5为本发明实施例的多旋翼无人机导航定位***通讯过程示意图；
图6为本发明实施例的遥控帧和遥测帧数据格式示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种多旋翼无人机导航定位***的示意图，其包括：地面定位基站***10、地面测控***20和多旋翼无人机飞行器30，地面定位基站***10用于发送差分定位信息；地面测控***20用于接收差分定位信息并将其组成遥控帧发送给多旋翼无人机飞行器30；多旋翼无人机飞行器30接收遥控帧并利用遥控帧进行差分计算得到定位数据，同时将定位数据组成遥测帧发送给地面测控***20得到高精度位置信息。
如图2所示，为本发明提供的地面定位基站***的示意图。地面定位基站***10包括：定位基站101a，从地面定位基站***10获取基站定位信息进行差分运算，产生差分数据；天线101b，将差分数据通过以太网传输给地面测控***20。
上述差分数据的数据格式遵守NEMA-0183协议。另外，当将差分数据通过以太网传输给地面测控***，链路层使用TCP/IP协议，保证数据的可靠传输。
另外，地面定位基站***10还可以包括地面基站***102，地面基站***102解算自身信息获取基站定位信息，地面基站***102的自身信息根据无人机实际使用的环境和条件来确定。
如图3所示，为本发明实施例提供的地面测控***的示意图。地面测控***20包括：天线20a，从地面定位基站***10接收差分数据；遥控遥测数据链终端20b，将差分数据组帧，并将差分数据按照数据协议加入遥控帧中，以无线数据链形式发送给多旋翼无人机飞行器30，同时从多旋翼无人机飞行器30接收遥测帧，并解析出多旋翼无人机飞行器30的高度信息。
地面测控***20接收地面定位基站***10发出的差分数据，通过对差分数据组帧，将差分数据按照数据协议加入遥控帧中，形成有帧头、地址的差分数据，如图6所示，通过选择不同的帧头来区分遥控帧还是遥测帧；地址用来确定数据传输的方向。
另外，上述地面测控***20还包括飞行监控***、图像显示终端、定位支持***(未图示)。
如图4所示，为本发明实施例的多旋翼无人机飞行器结构的示意图；
多旋翼无人机飞行器30包括电源***301，电源***包括电池和电压电流传感器；控制***302；任务***303，任务***包括吊舱、摄像机和照相机；天线***304，包括导航定位天线和数据链天线。电源***301为控制***302、任务***303等提供电力，控制***302包括：导航定位模块302a，用于对差分数据结合其定位信息进行差分计算，将定位数据发送给飞行控制部件302b和任务***303；飞行控制部件302b，使用高精度差分定位数据进行多旋翼无人机的精确控制，将定位数据组成遥测帧通过天线***304发送给地面测控***20；接口302c，用于传输从所述导航定位模块302a获取的差分定位数据，并将该差分定位数据发送给飞行控制部件302b、遥控遥测数据链终端20b和任务***303。
优选地，上述导航定位模块302a采用BD/GPS多模高精度导航定位模块。进一步地，上述导航定位模块302a也可以采用BD/GPS/GLONASS导航定位模块。这种情况下，比单一采用GPS进行导航定位多出了一个BD定位模式，或者多出了BD和GLONASS两个定位模式，增加了能够接收定位信号的频点，扩展了频带宽度，增强了抗干扰的能力。
优选地，上述接口303c采用RS232。
下面对本发明实施例的多旋翼无人机导航定位***的信息产生和通讯过程进行详细说明。
如图5所示，地面定位基站***10通过解算自身信息获取基站定位信息，或者通过对地面站***获取基站定位信息进行差分运算，产生差分数据并发送差分数据到地面测控***，差分数据的数据格式遵守NEMA-0183协议，并且差分数据通过以太网传输给地面测控***20，链路层使用TCP/IP协议，保证数据的可靠传输。
地面测控***20接收地面定位基站10发出的差分数据，通过对差分数据组帧，将差分数据按照数据协议加入遥控帧中，形成有帧头、地址的差分数据，(通过选择不同的帧头来区分遥控帧还是遥测帧；地址用来确定数据传输的方向)；再将该遥控帧通过无线数据链发送给多旋翼无人机飞行器30。
多旋翼无人机飞行器30通过无线数据链接收遥控帧数据，再从遥控帧中将差分数据解出，按照遥控帧数据协议通过接口RS232，发送给BD/GPS多模高精度导航定位模块302a，BD/GPS多模高精度导航定位模块302a利用差分数据，结合自身定位信息进行差分计算，将计算后的高精度差分定位数据通过接口RS232发送给飞行控制部件、遥控遥测数据链终端20b和任务***303，其中，飞行控制部件302b使用高精度差分定位数据进行多旋翼无人机的精确控制，任务***303使用高精度差分定位数据形成观测数据，遥控遥测数据链终端20b使用高精度差分定位数据形成遥测帧数据，通过遥测链路发送给地面测控***20；地面测控***20在发送遥控帧的同时接收无线数据链发送来的遥测帧，从中解析出多旋翼无人机飞行器30的高精度位置信息。
在上述实施例子中，列举了导航定位模块302a采用BD/GPS多模高精度导航定位模块。优选地，导航定位模块302a也可以采用BD/GPS/GLONASS导航定位模块。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，包括地面定位基站***、地面测控***和多旋翼无人机飞行器，所述地面定位基站***发送差分定位信息；所述地面测控***用于接收差分定位信息并将所述差分定位信息组成遥控帧发送给所述多旋翼无人机飞行器；所述多旋翼无人机飞行器接收所述遥控帧并利用所述遥控帧进行差分计算得到定位数据，同时将所述定位数据组成遥测帧发送给所述地面测控***得到所述多旋翼无人机飞行器的位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述地面定位基站***包括：定位基站，对从所述地面定位基站***获取的基站定位信息进行差分运算，产生差分数据；天线，将所述差分数据通过以太网传输给地面测控***。
3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述地面定位基站***还包括地面基站***，所述地面基站***用于解算自身信息来获取基站定位信息，所述自身信息根据所述多旋翼无人机飞行器实际使用的环境和条件来确定。
4.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述地面测控***包括：天线，从所述地面定位基站***接收差分数据；遥控遥测数据链终端，将所述差分数据组帧，并将所述差分数据按照数据协议加入遥控帧中，以无线数据链形式发送给所述多旋翼无人机飞行器，同时从所述多旋翼无人机飞行器接收遥测帧，并解析出所述多旋翼无人机飞行器的高度信息。
5.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述地面测控***接收所述地面定位基站发出的差分数据，通过对所述差分数据组帧，将所述差分数据按照数据协议加入遥控帧中，形成有帧头、地址的差分数据，通过选择不同的帧头来区分遥控帧和遥测帧；所述地址用来确定数据传输的方向。
6.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述多旋翼无人机飞行器包括控制***、任务***和天线***，所述控制***用于对差分数据结合其定位信息进行差分计算，通过所述天线***将定位数据发送给所述任务***和所述地面测控***。
7.根据权利要求6所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述控制***包括导航定位模块和飞行控制部件；所述导航定位模块用于对差分数据结合其定位信息进行差分计算，并将所述定位数据发送给所述飞机控制部件和所述任务***；所述飞行控制部件利用差分定位数据对所述多旋翼无人机进行控制，并将所述差分定位数据组成遥测帧发送给所述地面测控***。
8.根据权利要求7所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述导航定位模块采用BD/GPS/GLONASS导航定位模块，其中BD指代北斗卫星导航定位***，GPS指代全球定位***，GLONASS是俄罗斯研发的全球卫星导航***。
9.根据权利要求8所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述控制***还包括RS232接口，该RS232接口传输从所述BD/GPS/GLONASS导航定位模块获取的差分定位数据，并将所述差分定位数据发送给所述飞行控制部件、所述遥控遥测数据链终端和所述任务***。
10.根据权利要求1-9之一所述的一种多旋翼无人机导航定位***，其特征在于，所述差分数据的数据格式遵守NEMA-0183协议，当将所述差分数据通过以太网传输给所述地面测控***时，链路层使用TCP/IP协议。
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