CN107820215A - 一种无人机近场引导***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通讯，无人机无线精确定位等应用技术领域，提出的一种无人机近场引导***，包括地面***和机载定位***，地面***包括依次连接的无人机近场感知***和定位基站，机载定位***包括依次连接的机场感知***、机载UWB定位***和位置计算***，定位基站与供电模块连接，定位基站与机载UWB定位***无线连接，无人机近场感知***和机场感知***无线连接；定位基站和定位辅助通讯***连接。还提出一种无人机近场引导方法。本发明构思巧妙，操作简便，解决了现有技术中精确定位受环境的影响大，技术成本高的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于无线通讯，无人机无线精确定位等应用技术领域，涉及一种无人机近场引导***和方法。
背景技术
无人机精确定位主要是依赖与差分GPS，差分北斗等定位技术，其定位的精度比较高，但受环境的影响比较大。同时由于网络覆盖的等方面因素，不是每个地方都能保证到很好的定位精度。在此基础上，再增加了视觉识别等技术，其处理的数据量，成本都显著上升。
现有***存在最为典型的缺陷主要体现在下面几个方面：
1.精确定位受环境的影响大
现有精确定位主要是依赖于差分***，差分***受到下面几个因素的影响：
A、网络覆盖程度，特别是在农村，差分的网络覆盖远不够完整；
B、环境影响，在楼旁边，树木旁边，无法得到很好的差分信号，没有办法实现精确定位；
C、差分***的成本，若采用差分***供应商，每个设备的运营费用高，自建差分基站，实施成本高。
2.技术成本高
若辅助视觉识别***，进行匹配识别，其处理成本及网络通道要求比较高，实施的难度比较大。
发明内容
本发明提出一种无人机近场引导***和方法，解决了现有技术中精确定位受环境的影响大，技术成本高的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种无人机近场引导***，包括地面***和机载定位***，
所述地面***包括依次连接的无人机近场感知***和定位基站，所述机载定位***包括依次连接的机场感知***、机载UWB定位***和位置计算***，
所述定位基站与供电模块连接，
所述定位基站与所述机载UWB定位***无线连接，所述无人机近场感知***和所述机场感知***无线连接。
作为进一步的技术方案，所述定位基站和定位辅助通讯***连接。
作为进一步的技术方案，所述定位基站包括主基站和从基站，所述从基站至少为两个，
所述主基站和所述从基站内均设置有UWB模块，
所述定位辅助通讯***设置在所述主基站内，
所述无人机近场感知***包括相互连接的第一感知***和第二感知***，所述第一感知***设置在所述主基站内，所述第二感知***设置在所述从基站内，所述第一感知***与所述机场感知***无线连接。
作为进一步的技术方案，所述主基站和所述从基站内还均设置有运动传感器。
作为进一步的技术方案，所述主基站和所述从基站内还均设置有状态指示模块和电源控制按钮。
作为进一步的技术方案，所述供电模块为电池。
一种无人机近场引导方法，包括以下步骤：
构建无人机近场引导***：构建所述无人机近场引导***，所述主基站与所述从基站进行配对和交叉测距；
无人机近场感知：所述主基站周期性唤醒所述第一感知***，唤醒后所述第一感知***主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；
无人机应答：无人机接收所述主基站发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，所述机场感知***应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；
无人机定位：所述第一感知***接收到无人机应答报文，所述主基站唤醒地面上所有所述从基站，无人机所述机载UWB定位***开始和所述主基站、所述从基站进行测距，完成无人机定位；
无人机降落：测距完成之后，所述机载UWB定位***将测距结果提供给所述位置计算***，所述位置计算***将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；
无人机离开感知：无人机完成工作离开时，所述第一感知***和所述无人机机场感知***保持通讯直至无法感应到所述无人机机场感知***信号，所述主基站和所述从基站进入休眠状态，等待下次使用。
作为进一步的技术方案，所述无人机应答步骤和所述无人机定位步骤之间还设置有双通道认证步骤：
所述主基站通过所述第一感知***获得无人机的相关信息之后，将无人机的信息通过所述定位辅助通讯***传输到服务器，收到服务器确认之后，无人机定位步骤启动，若收到一个否定的应答，无人机定位步骤不启动。
作为进一步的技术方案，还包括地面***管理步骤：
***使用过程中，服务器通过所述定位辅助通讯***对基站状态进行实时监控和维护。
作为进一步的技术方案，还包括定位基站自修正步骤，所述定位基站自修正步骤包括基站移动感知步骤、对比分析步骤和结果处理步骤，
所述基站移动感知步骤：当构建地面***步骤完成之后，所述运动传感器开始工作，当其感知到所述主基站或某一所述从基站被移动时，所述主基站重新发起命令，让所有基站进行交叉测距；
所述对比分析步骤：把所述基站移动感知步骤所测得的测距结果和初始的测距结果进行对比分析；
所述结果处理步骤：重新测距的结果与初始测距结果对比，结果超出设定阀值，***通过所述定位辅助通讯***向服务器产生告警，停止服务；未超出设定值且满足不停止服务条件，***重新标定，形成新的基站坐标；
其中，不停止服务条件包括以下几个：
最多有一个定位基站被移动；
所述主基站通过其他未移动的基站推算出移动基站的坐标；
将更新后的坐标***通知到服务器。
本发明使用原理及有益效果为：
本***是基于超宽带的无人机近场引导的精确定位，该***的组成主要是有UWB超宽带定位基站和辅助通讯***，当无人机进入其工作范围之后，UWB定位***开始进入工作状态，引导无人机精确着陆和离开机场等。主要是用于快递用无人机实现精确着陆送货。本***中所采用的定位***(UWB模块和机载UWB定位***)均为IR-UWB定位***，工作距离一般为100米内。感知***(无人机近场感知***和机场感知***)均使用433MHz无线通讯实现，感知距离可达300米，但感知***不局限采用433MHz通信频段进行通讯，只要其工作距离大于UWB工作距离即可。定位辅助通讯***采用NBIOT模块实现，NBIOT模块不局限使用哪种通讯手段，比如Wi-Fi或3G/LTE等。其中，主基站和从基站采用明确的颜色进行区别标识，便于快速。
本发明所提出无人机近场引导***具有以下优点：
1.高精度
定位精度高，采用UWB-ToF测距进行精确定位，其定位精度高达10cm，能有效地辅助无人机着陆，保障了***的定位精度要求。可以在同一个机场，实现多架无人机的定位要求。
2.低成本
***设计采用低成本的方式实现，足以大范围推广此定位***，并且，其不需要额外的运营费用，一次性投入，持续工作可以达到三年以上，极大降低***的使用成本。
3.高安全性
采用完全独立的认证通道，***使用起来更为安全，避免了无人机降落在错误的机场，或被非法劫持。
4.低功耗
所有的定位基站主基站和从基站都处于休眠状态，通过定期唤醒的方式感知无人机到来，才开始唤醒，提供服务，无人机提示服务结束或感知到无人机离开后，定位***重新进入休眠状态。
所有的定位基站都是采用电池供电，在需要对无人机提供服务的时候，基站工作，不需要为无人机服务的时候，就停止工作，能有效降低功耗。基站采用即插即用的方式，若需要更换电池，只需要换上新基站即可。
基站安装的时候，通过结构的关联直接让定位基站上电，通过状态指示进行确认，由于采用电池供电，避免在未安装的时候，基站就开始工作，降低电池的工作时间。
5.易维护
易维护体现在多个方面，一个方面是基站的维护，其拆卸和安装不需要有专业的知识，即插即用。另外方面是***的位置，所有设备周期性将状态更新到云端，任何***不正常的状况都可以通过云端管理平台监控。
6.自修正
定位***具有完整的自检功能，当设备被移动，***能自我修复，若自我修复失败，会提示***已经无法提供服务，以进行维护。由于***在使用中，难以避免轻微移动，而通过自校准的方法，可以极大降低维护的工作量。
7.安全性
所有设备采用低电压本安设备，电池供电，极大降低安全风险，确保使用中不存在安全隐患。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中控制结构框线示意图；
图中：1-地面***，11-定位基站，111-主基站，112-从基站，113-电源控制按钮，114-UWB模块，115-运动传感器，116-状态指示模块，12-无人机近场感知***，121-第一感知***，122-第二感知***，13-定位辅助通讯***，2-机载定位***，21-机载UWB定位***，22-机场感知***，23-位置计算***，3-供电模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～2所示，本发明所提出的一种无人机近场引导***，包括地面***1和机载定位***2，
地面***1包括依次连接的无人机近场感知***12和定位基站11，机载定位***2包括依次连接的机场感知***22、机载UWB定位***21和位置计算***23，
定位基站11与供电模块3连接，
定位基站11与机载UWB定位***21无线连接，无人机近场感知***12和机场感知***22无线连接。
进一步，定位基站11和定位辅助通讯***13连接。
进一步，定位基站11包括主基站111和从基站112，从基站112至少为两个，
主基站111和从基站112内均设置有UWB模块114，
定位辅助通讯***13设置在主基站111内，
无人机近场感知***12包括相互连接的第一感知***121和第二感知***122，第一感知***121设置在主基站111内，第二感知***122设置在从基站112内，第一感知***121与机场感知***22无线连接。
进一步，主基站111和从基站112内还均设置有运动传感器115。
进一步，主基站111和从基站112内还均设置有状态指示模块116和电源控制按钮113。
进一步，供电模块3为电池。
本发明所提出无人机近场引导***分为两个主要的组成部分：
1.地面***1
地面***1由三个主要的子***组成：
A.定位基站11，包括1个主基站111和至少2个从基站112，一般从基站为3个，采用供电模块3供电；其中，主基站111和从基站112内均设置有UWB模块124，使用时UWB模块124与无人机上的UWB进行信息交互，实现无人机与主基站111或从基站112的精确测距，进而实现无人机的精确定位；
B.无人机近场感知***12，感知无人机信息，根据检测信息控制定位基站11工作或休眠，降低定位基站11的功耗，增加定位基站11的待机时间，减少***维护工作量；
C.定位辅助通讯***13，为无人机近场引导***的第二认证通道，与云端进行通讯，主要用于定位机场的***管理，授权降落等工作。
2.机载定位***2
机载定位***2主要有三个主要的子***组成：
A.机载UWB定位***21，用于与地面上主基站111和从基站112内设置的UWB模块124进行信息交互，实现无人机与主基站111、从基站112间距离的精确测量；
B.机场感知***22，感知机场的信息，用于唤醒机场的定位基站11，收集机场的相关数据和***进行匹配等；
C.位置计算子***23，根据机载UWB定位***21与定位基站11内UWB模块114测距所得到的结果，计算当前无人机的位置，并将计算结果输出给无人机飞控***，进行飞行决策。
其中，第一感知***121、第二感知***122和机场感知***22均采用433MHz无线通讯***，定位辅助通讯***13采用NBIOT***，机载UWB定位***21和UWB模块114均采用IR-UWB***。定位辅助通讯***13采用Wi-Fi或3G/LTE进行通信。
其中，无人机近场感知***12在所有基站中均有设置，主要是实现对无人机接近感知，当无人机快接近地面引导***之后，通过无人机近场感知***12实现对无人机的感知，其感知距离可以达到300米。当感知到无人机需要进入本***之后，会唤醒定位基站11开始工作，离开区域后，会让定位基站11进入休眠状态，降低***功耗。
定位辅助通讯***13主要是实现和云端通讯，作为第二认证通道，确保***的安全与可靠性，在通过无人机近场感知***12感知到无人机到来之后，该模块会和服务器进行数据通讯，确保此无人机是被授权的；同时此通道也可以用于***状态管理和维护。
无人机通过机载UWB定位***21实现和定位基站11之间的测距，机场感知***22和无人机近场感知***12通讯完成后，机载UWB定位***21被唤醒并开始工作，和定位基站11进行测距，将测距结果输出到位置计算子***23，计算位置。
机场感知***22主要是和无人机近场感知***12进行通讯，当接近地面引导***之后，此部分会唤醒机载UWB定位***21，当离开的时候，会主动关闭机载UWB定位***21，降低无人机功耗。
具体的工作流程如下：
(1)地面***建设
(1.1)主基站111和从基站112建设
地面***建设是指主基站111和从基站112的建设和安装。在地面的定位***中，只有一个主基站111，其外壳在标识部位颜色上和其他从基站112的颜色不同。供电模块3为整个***(包括主基站111和从基站112)进行供电，可以采用一次性电池，也可以采用可充电电池，若用可充电电池，可以采用太阳能方式充电。
UWB模块114为支持无人机UWB模块，支持无人机UWB模块发起定位的测距请求；状态指示模块116是指示***的状态，比如休眠，工作，出错，电池点亮低等信息，便于维护和判断地面UWB定位主基站111和从基站112的工作状态；电源控制按钮113是整个***的开关，此开关和安装机构进行关联，在安装完成之后，地面UWB定位主基站111和从基站112就处于工作模式，若从安装支架上取下，自动进入断电模式。
当主基站111和从基站112安装完成之后，运动传感器115开始工作，当其感知到主基站111被移动，主基站111将被唤醒，同时通过第一感知***121唤醒所有的从基站112，进行位置重新确认或告警；当其感知到从基站112被移动，从基站112将被唤醒，通过第二感知***122进行重新位置确认。其中，第一感知***121主要完成两个功能：无人机近场感知；和所有从基站112进行通讯，实现安装配对，状态信息收集，位置二次确认等。第二感知***122主要是和主基站111进行通讯，实现安装配对、状态信息发送、位置二次确认等。
定位辅助通讯***13主要实现两个功能：认证通道，主要用于无人机通过认证；管理通道，收集所有的设备信息，用于服务端管理和维护。其中，定位辅助通讯***13可以是Wi-Fi通过路由器连接到云端服务器，也可以是GPRS或3G/LTE等通道，只要能通过网络连接到云端服务器即可。但不能通过无人机上的通道连接到服务器，此必须是一个独立的通道。
在地面的定位***至少有2个从基站112，其外壳在标识部位颜色上和主基站111的颜色不同。
(1.2)设备安装
主基站111和从基站112安装完成之后，通过基站设计的触动机构完成自动供电，可以通过每个基站上的状态指示模块116完成确认。主基站111会通过第一感知***121和从基站112进行通讯和识别，完成配对的动作。主基站111会保存从基站112的相关配置信息。
(1.3)坐标设定与确认
通过手动方式，确认主基站111和从基站112的经纬度精确值，主基站111会主动从云端获取到所有基站的精确坐标信息，并以测距的方式进行二次空间位置关系确认。
所有的主基站111和从基站112进行交叉测距，测距完成后，将测距的结果汇聚到主基站111，主基站111将所获得的测距结果和精确的GPS坐标进行对比，若存在比较严重的偏差，将向***提示告警，可能存在测量错误。
(1.4)移动感知
在所有的地面UWB基站中，都存在移动感知传感器，由于基站位置移动之后，会导致定位出现较大的偏差甚至完全不准确。所以，需要对任何移动进行重新修正和判断是否要产生告警，进行维护。
当任何一个地面UWB定位基站产生移动的事件到停下来的时候，主基站111会重新发起命令，让所有基站进行交叉测距，把测距结果和初始的结果进行对比，若对比超出设定阈值，比如5厘米，***将通过通讯通道向服务器产生告警，停止服务。若没有超过阈值，并且满足下面的条件，***可以自动重新标定：最多只能有一个基站被移动；主基站111通过其他未移动的基站推算出移动基站的坐标；将更新后的坐标***通知到云端服务器。
(2)无人机近场感知
所有的地面基站在没有无人机进场的时候，都是出于休眠状态，当有无人机进场的时候，需要把所有的基站唤醒开始工作。
主基站111会周期性唤醒近场感知通道第一感知***121，唤醒后第一感知***121会主动发送一个带ID的广播请求报文，若存在无人机，并且此无人机通过降落区域的ID进行匹配：
未通过匹配则不应答，第一感知***121等待超时，主基站111会重新进入休眠状态。
若匹配通过，机场感知***22则应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息，若第一感知***121收到应答报文，则主基站111唤醒地面上所有从基站112。
(3)双通道认证
主基站111通过近场感知通道第一感知***121获得无人机的相关信息之后，需要将无人机的信息通过定位辅助通讯***13(IOT模块)传输到服务器，收到服务器确认之后，地面定位***才会开始为无人机提供定位服务，若收到一个否定的应答，地面定位***不会向无人机提供定位服务。
(4)无人机定位
主基站111通过定位辅助通讯***13(IOT模块)获得服务器授权之后，通过第一感知***121将地面所有的基站位置、允许着陆区域等信息提供给无人机机场感知***22，无人机获得地面的详细坐标信息之后，无人机机载UWB定位***21开始和主基站111、从基站112进行测距，测距完成之后，机载UWB定位***21将测距结果提供给位置计算***23，位置计算***23将位置输出到无人机飞控单元，进行降落。在无人机降落到无人机离开，整个过程中主基站111和从基站112都持续为无人机提供服务，直到无人机离开工作区域。
(5)无人机离开感知
在无人机降落和离开的过程，地面基站持续为其提供服务，在此过程中，主基站111通过第一感知***121和无人机机场感知***22持续通讯，直到通讯失败为止。另外一种方式是无人机已经不再需要地面***提供服务的时候，通过机场感知***22或机载UWB定位***21告知地面***不再需要服务，则主基站111通过定位辅助通讯***13向服务器报告此次服务结束，然后地面定位***进入休眠，完成此轮服务。
(6)地面***管理
地面***管理主要涉及到下面的几个方面，但都是通过定位辅助通讯***13进行：无人机降落授权；无人机降落过程结束服务等通知；基站状态更新，此为周期性更新，包括电池电量，***的健康状态等，便于服务器进行管理；基站位置移动告警；基站的坐标标定存在偏差及偏差情况。
本***是基于超宽带的无人机近场引导的精确定位，该***的组成主要是有UWB超宽带定位基站和辅助通讯***，当无人机进入其工作范围之后，UWB定位***开始进入工作状态，引导无人机精确着陆和离开机场等。主要是用于快递用无人机实现精确着陆送货。本***中所采用的定位***(UWB模块114和机载UWB定位***21)均为IR-UWB定位***，工作距离一般为100米内。感知***(无人机近场感知***12和机场感知***22)均使用433MHz无线通讯实现，感知距离可达300米，但感知***不局限采用433MHz通信频段进行通讯，只要其工作距离大于UWB工作距离即可。定位辅助通讯***13采用NBIOT模块实现，NBIOT模块不局限使用哪种通讯手段，比如Wi-Fi或3G/LTE等。其中，主基站111和从基站112采用明确的颜色进行区别标识，便于快速。
本发明所提出无人机近场引导***具有以下优点：
1.高精度
定位精度高，采用UWB-ToF测距进行精确定位，其定位精度高达10cm，能有效地辅助无人机着陆，保障了***的定位精度要求。可以在同一个机场，实现多架无人机的定位要求。
2.低成本
***设计采用低成本的方式实现，足以大范围推广此定位***，并且，其不需要额外的运营费用，一次性投入，持续工作可以达到三年以上，极大降低***的使用成本。
3.高安全性
采用完全独立的认证通道，***使用起来更为安全，避免了无人机降落在错误的机场，或被非法劫持。
4.低功耗
所有的定位基站主基站111和从基站112都处于休眠状态，通过定期唤醒的方式感知无人机到来，才开始唤醒，提供服务，无人机提示服务结束或感知到无人机离开后，定位***重新进入休眠状态。
所有的定位基站都是采用电池供电，在需要对无人机提供服务的时候，基站工作，不需要为无人机服务的时候，就停止工作，能有效降低功耗。基站采用即插即用的方式，若需要更换电池，只需要换上新基站即可。
基站安装的时候，通过结构的关联直接让定位基站上电，通过状态指示进行确认，由于采用电池供电，避免在未安装的时候，基站就开始工作，降低电池的工作时间。
5.易维护
易维护体现在多个方面，一个方面是基站的维护，其拆卸和安装不需要有专业的知识，即插即用。另外方面是***的位置，所有设备周期性将状态更新到云端，任何***不正常的状况都可以通过云端管理平台监控。
6.自修正
定位***具有完整的自检功能，当设备被移动，***能自我修复，若自我修复失败，会提示***已经无法提供服务，以进行维护。由于***在使用中，难以避免轻微移动，而通过自校准的方法，可以极大降低维护的工作量。
7.安全性
所有设备采用低电压本安设备，电池供电，极大降低安全风险，确保使用中不存在安全隐患。
使用无人机近场引导***实现无人机近场引导有多种实施例。
实施例1
构建无人机近场引导***：构建无人机近场引导***，主基站111与从基站112进行配对和交叉测距；
无人机近场感知：主基站111周期性唤醒第一感知***121，唤醒后第一感知***121主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；
无人机应答：无人机接收主基站111发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，机场感知***22应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；
无人机定位：第一感知***121接收到无人机应答报文，主基站111唤醒地面上所有从基站112，无人机机载UWB定位***21开始和主基站111、从基站112进行测距，完成无人机定位；
无人机降落：测距完成之后，机载UWB定位***21将测距结果提供给位置计算***23，位置计算***23将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；
无人机离开感知：无人机完成工作离开时，第一感知***121和无人机机场感知***22保持通讯直至无法感应到无人机机场感知***22信号，主基站111和从基站112进入休眠状态，等待下次使用。
实施例2
构建无人机近场引导***：构建无人机近场引导***，主基站111与从基站112进行配对和交叉测距；
无人机近场感知：主基站111周期性唤醒第一感知***121，唤醒后第一感知***121主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；
无人机应答：无人机接收主基站111发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，机场感知***22应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；
双通道认证：主基站111通过第一感知***121获得无人机的相关信息之后，将无人机的信息通过定位辅助通讯***13传输到服务器，收到服务器确认之后，无人机定位步骤启动，若收到一个否定的应答，无人机定位步骤不启动；
无人机定位：第一感知***121接收到无人机应答报文，主基站111唤醒地面上所有从基站112，无人机机载UWB定位***21开始和主基站111、从基站112进行测距，完成无人机定位；
无人机降落：测距完成之后，机载UWB定位***21将测距结果提供给位置计算***23，位置计算***23将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；
无人机离开感知：无人机完成工作离开时，第一感知***121和无人机机场感知***22保持通讯直至无法感应到无人机机场感知***22信号，主基站111和从基站112进入休眠状态，等待下次使用。
实施例3
构建无人机近场引导***：构建无人机近场引导***，主基站111与从基站112进行配对和交叉测距；
无人机近场感知：主基站111周期性唤醒第一感知***121，唤醒后第一感知***121主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；
无人机应答：无人机接收主基站111发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，机场感知***22应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；
无人机定位：第一感知***121接收到无人机应答报文，主基站111唤醒地面上所有从基站112，无人机机载UWB定位***21开始和主基站111、从基站112进行测距，完成无人机定位；
无人机降落：测距完成之后，机载UWB定位***21将测距结果提供给位置计算***23，位置计算***23将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；
无人机离开感知：无人机完成工作离开时，第一感知***121和无人机机场感知***22保持通讯直至无法感应到无人机机场感知***22信号，主基站111和从基站112进入休眠状态，等待下次使用。
在引导过程中还始终运行地面***管理步骤，***使用过程中，服务器通过定位辅助通讯***13对基站状态进行实时监控和维护。
实施例4
构建无人机近场引导***：构建无人机近场引导***，主基站111与从基站112进行配对和交叉测距；
无人机近场感知：主基站111周期性唤醒第一感知***121，唤醒后第一感知***121主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；
无人机应答：无人机接收主基站111发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，机场感知***22应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；
双通道认证步骤：主基站111通过第一感知***121获得无人机的相关信息之后，将无人机的信息通过定位辅助通讯***13传输到服务器，收到服务器确认之后，无人机定位步骤启动，若收到一个否定的应答，无人机定位步骤不启动；
无人机定位：第一感知***121接收到无人机应答报文，主基站111唤醒地面上所有从基站112，无人机机载UWB定位***21开始和主基站111、从基站112进行测距，完成无人机定位；
无人机降落：测距完成之后，机载UWB定位***21将测距结果提供给位置计算***23，位置计算***23将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；
无人机离开感知：无人机完成工作离开时，第一感知***121和无人机机场感知***22保持通讯直至无法感应到无人机机场感知***22信号，主基站111和从基站112进入休眠状态，等待下次使用。
在引导过程中还始终运行地面***管理步骤，***使用过程中，服务器通过定位辅助通讯***13对基站状态进行实时监控和维护。
实施例5
构建无人机近场引导***：构建无人机近场引导***，主基站111与从基站112进行配对和交叉测距；
无人机近场感知：主基站111周期性唤醒第一感知***121，唤醒后第一感知***121主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；
无人机应答：无人机接收主基站111发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，机场感知***22应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；
无人机定位：第一感知***121接收到无人机应答报文，主基站111唤醒地面上所有从基站112，无人机机载UWB定位***21开始和主基站111、从基站112进行测距，完成无人机定位；
无人机降落：测距完成之后，机载UWB定位***21将测距结果提供给位置计算***23，位置计算***23将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；
无人机离开感知：无人机完成工作离开时，第一感知***121和无人机机场感知***22保持通讯直至无法感应到无人机机场感知***22信号，主基站111和从基站112进入休眠状态，等待下次使用。
在引导过程中还始终运行地面***管理和定位基站自修正，
地面***管理：***使用过程中，服务器通过定位辅助通讯***13对基站状态进行实时监控和维护。
定位基站自修正包括基站移动感知步骤、对比分析步骤和结果处理步骤，
基站移动感知步骤：当构建地面***步骤完成之后，运动传感器115开始工作，当其感知到主基站111或某一从基站112被移动时，主基站111重新发起命令，让所有基站进行交叉测距；
对比分析步骤：把基站移动感知步骤所测得的测距结果和初始的测距结果进行对比分析；
结果处理步骤：重新测距的结果与初始测距结果对比，结果超出设定阀值，***通过定位辅助通讯***13向服务器产生告警，停止服务；未超出设定值且满足不停止服务条件，***重新标定，形成新的基站坐标；
其中，不停止服务条件包括以下几个：
最多有一个定位基站被移动；
主基站111通过其他未移动的基站推算出移动基站的坐标；
将更新后的坐标***通知到服务器。
实施例6
构建无人机近场引导***：构建无人机近场引导***，主基站111与从基站112进行配对和交叉测距；
无人机近场感知：主基站111周期性唤醒第一感知***121，唤醒后第一感知***121主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；
无人机应答：无人机接收主基站111发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，机场感知***22应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；
双通道认证步骤：主基站111通过第一感知***121获得无人机的相关信息之后，将无人机的信息通过定位辅助通讯***13传输到服务器，收到服务器确认之后，无人机定位步骤启动，若收到一个否定的应答，无人机定位步骤不启动；
无人机定位：第一感知***121接收到无人机应答报文，主基站111唤醒地面上所有从基站112，无人机机载UWB定位***21开始和主基站111、从基站112进行测距，完成无人机定位；
无人机降落：测距完成之后，机载UWB定位***21将测距结果提供给位置计算***23，位置计算***23将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；
无人机离开感知：无人机完成工作离开时，第一感知***121和无人机机场感知***22保持通讯直至无法感应到无人机机场感知***22信号，主基站111和从基站112进入休眠状态，等待下次使用。
在引导过程中还始终运行地面***管理和定位基站自修正，
地面***管理：***使用过程中，服务器通过定位辅助通讯***13对基站状态进行实时监控和维护。
定位基站自修正包括基站移动感知步骤、对比分析步骤和结果处理步骤，
基站移动感知步骤：当构建地面***步骤完成之后，运动传感器115开始工作，当其感知到主基站111或某一从基站112被移动时，主基站111重新发起命令，让所有基站进行交叉测距；
对比分析步骤：把基站移动感知步骤所测得的测距结果和初始的测距结果进行对比分析；
结果处理步骤：重新测距的结果与初始测距结果对比，结果超出设定阀值，***通过定位辅助通讯***13向服务器产生告警，停止服务；未超出设定值且满足不停止服务条件，***重新标定，形成新的基站坐标；
其中，不停止服务条件包括以下几个：
最多有一个定位基站被移动；
主基站111通过其他未移动的基站推算出移动基站的坐标；
将更新后的坐标***通知到服务器。
实施例1～6均采用UWB-ToF测距进行精确定位，其定位精度高达10cm，能有效地辅助无人机着陆，保障了***的定位精度要求。可以在同一个机场，实现多架无人机的定位要求。***设计采用低成本的方式实现，足以大范围推广此定位***，并且，其不需要额外的运营费用，一次性投入，持续工作可以达到三年以上，极大降低***的使用成本。
采用感知***进行定位基站唤醒，所有的定位基站主基站111和从基站112不工作时均处于休眠状态，通过定期唤醒的方式感知无人机到来，才开始唤醒，提供服务，无人机提示服务结束或感知到无人机离开后，定位***重新进入休眠状态。
所有的定位基站都是采用电池供电，在需要对无人机提供服务的时候，基站工作，不需要为无人机服务的时候，就停止工作，能有效降低功耗。基站采用即插即用的方式，若需要更换电池，只需要换上新基站即可。基站安装的时候，通过结构的关联直接让定位基站上电，通过状态指示进行确认，由于采用电池供电，避免在未安装的时候，基站就开始工作，降低电池的工作时间。
基站维护方便拆卸和安装不需要有专业的知识，即插即用。所有设备采用低电压本安设备，电池供电，极大降低安全风险，确保使用中不存在安全隐患。
实施例2、4和6设置了双通道认证步骤，采用完全独立的认证通道，***使用起来更为安全，避免了无人机降落在错误的机场，或被非法劫持。
实施例3、4、5和6设置了地面***管理步骤，所有设备周期性将状态更新到云端，任何***不正常的状况都可以通过云端管理平台监控，实现了地面***的实时监控和维护，进一步降低了地面***发生故障的风险，保证了无人机近场引导的顺利进行。
实施例5和6还设置了定位基站自修正步骤，实现了定位***具有完整的自检功能，当设备被移动，***能自我修复，若自我修复失败，会提示***已经无法提供服务，以进行维护。由于***在使用中，难以避免轻微移动，而通过自校准的方法，可以极大降低维护的工作量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机近场引导***，其特征在于，包括地面***(1)和机载定位***(2)，
所述地面***(1)包括依次连接的无人机近场感知***(12)和定位基站(11)，所述机载定位***(2)包括依次连接的机场感知***(22)、机载UWB定位***(21)和位置计算***(23)，
所述定位基站(11)与供电模块(3)连接，
所述定位基站(11)与所述机载UWB定位***(21)无线连接，所述无人机近场感知***(12)和所述机场感知***(22)无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人机近场引导***，其特征在于，所述定位基站(11)和定位辅助通讯***(13)连接。
3.根据权利要求2所述的一种无人机近场引导***，其特征在于，所述定位基站(11)包括主基站(111)和从基站(112)，所述从基站(112)至少为两个，
所述主基站(111)和所述从基站(112)内均设置有UWB模块(114)，
所述定位辅助通讯***(13)设置在所述主基站(111)内，
所述无人机近场感知***(12)包括相互连接的第一感知***(121)和第二感知***(122)，所述第一感知***(121)设置在所述主基站(111)内，所述第二感知***(122)设置在所述从基站(112)内，所述第一感知***(121)与所述机场感知***(22)无线连接。
4.根据权利要求3所述的一种无人机近场引导***，其特征在于，所述主基站(111)和所述从基站(112)内还均设置有运动传感器(115)。
5.根据权利要求3所述的一种无人机近场引导***，其特征在于，所述主基站(111)和所述从基站(112)内还均设置有状态指示模块(116)和电源控制按钮(113)。
6.根据权利要求3～5任一项所述的一种无人机近场引导***，其特征在于，所述供电模块(3)为电池。
7.一种无人机近场引导方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建无人机近场引导***：构建权利要求4～6任一项所述无人机近场引导***，所述主基站(111)与所述从基站(112)进行配对和交叉测距；
无人机近场感知：所述主基站(111)周期性唤醒所述第一感知***(121)，唤醒后所述第一感知***(121)主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；
无人机应答：无人机接收所述主基站(111)发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，所述机场感知***(22)应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；
无人机定位：所述第一感知***(121)接收到无人机应答报文，所述主基站(111)唤醒地面上所有所述从基站(112)，无人机所述机载UWB定位***(21)开始和所述主基站(111)、所述从基站(112)进行测距，完成无人机定位；
无人机降落：测距完成之后，所述机载UWB定位***(21)将测距结果提供给所述位置计算***(23)，所述位置计算***(23)将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；
无人机离开感知：无人机完成工作离开时，所述第一感知***(121)和所述无人机机场感知***(22)保持通讯直至无法感应到所述无人机机场感知***(22)信号，所述主基站(111)和所述从基站(112)进入休眠状态，等待下次使用。
8.根据权利要求7所述的一种无人机近场引导方法，其特征在于，所述无人机应答步骤和所述无人机定位步骤之间还设置有双通道认证步骤：
所述主基站(111)通过所述第一感知***(121)获得无人机的相关信息之后，将无人机的信息通过所述定位辅助通讯***(13)传输到服务器，收到服务器确认之后，无人机定位步骤启动，若收到一个否定的应答，无人机定位步骤不启动。
9.根据权利要求8所述的一种无人机近场引导方法，其特征在于，还包括地面***管理步骤：
***使用过程中，服务器通过所述定位辅助通讯***(13)对基站状态进行实时监控和维护。
10.根据权利要求7～9任一项所述的一种无人机近场引导方法，其特征在于，还包括定位基站自修正步骤，所述定位基站自修正步骤包括基站移动感知步骤、对比分析步骤和结果处理步骤，
所述基站移动感知步骤：当构建地面***步骤完成之后，所述运动传感器(115)开始工作，当其感知到所述主基站(111)或某一所述从基站(112)被移动时，所述主基站(111)重新发起命令，让所有基站进行交叉测距；
所述对比分析步骤：把所述基站移动感知步骤所测得的测距结果和初始的测距结果进行对比分析；
所述结果处理步骤：重新测距的结果与初始测距结果对比，结果超出设定阀值，***通过所述定位辅助通讯***(13)向服务器产生告警，停止服务；未超出设定值且满足不停止服务条件，***重新标定，形成新的基站坐标；
其中，不停止服务条件包括以下几个：
最多有一个定位基站被移动；
所述主基站(111)通过其他未移动的基站推算出移动基站的坐标；
将更新后的坐标***通知到服务器。
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