CN112130124A - 一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,涉及无人机管理技术领域,提供了一种高精度的无人机的快速标校与误差处理方法。本发明包括如下几个步骤:第一步:场外标校,按照机场防御要求,在模拟场地,进行设备标校,采用利用无人机自动巡航模式和飞行日志中的导航记录和航迹信息,同时通过在无人机上加装导航定位模块,进行真飞标校;第二步:图上标校;第三步:利用模拟源场内标校;本发明给出了采用场外标校、图上标校和模拟源场内标校的三步标校方法,可以有效地提升无人机管控设备实际使用的精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及无人机管控技术领域,且特别涉及一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法。
背景技术
目前由于无人机的便捷性,现在无人机的使用也越来越多,但是无人机为人们带来便利服务的同时,也存在不恰当地使用问题,“黑飞”现象频发,“扰航”、“炸机”、“偷拍”等已成为城市低空新的公共安全威胁,无人机成为盘旋在城市低空的“定时炸弹”。更有甚者,由于无人机产品质量良好,其用途已远超“消费级”的范畴。特别地,在叙利亚、沙特等存在局部冲突的国家总的来说,无人机对城市安全的主要威胁如下:
(1)威胁民航安全。(2)威胁国家政要人身安全。(3)威胁监狱低空安全。(4)威胁能源设施安全。(5)威胁民众隐私安全。
自2017年以来,国内民航机场陆续开始测试与采购无人机防御设备和服务,考虑在民航机场飞行区内或靠近民航机场飞行区的周边安装无人机管控设备包括雷达、光电跟踪和无线电侦测设备时,无法采用无人机进行真飞校准以及民航机场无人机目标防御大,地势开阔等特点。
根据2019年颁布的《民用机场无人机驾驶航空器探测及反制***通用技术要求》,为确保民航机场低空安全,需要采用包括无线电测向、光电跟踪、雷达等设备,并进行联动。为实现上述设备能够自动发现和跟踪无人机目标,需要对设备进行标校。然而,标校过程中需要使用无人机,并进行多次飞行作业。受民航机场周边禁飞的要求和机场所在城市无人机管控相关规定,安装现场无法使用无人机真飞进行设备的标校,只能采用人工经验粗略标校的方法,费时费力,同时降低了设备的跟踪精度。
发明内容
本发明的目的在于:本发明提供一种跟踪精度高,实际使用效率高的一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案:
一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,分为如下几个步骤:
第一步:场外标校
按照机场防御要求,在模拟场地,进行设备标校,利用无人机自动巡航模式和飞行日志中的导航记录和航迹信息,同时通过在无人机上加装导航定位模块,进行真飞标校,逐步取得如下参数:
(1)在不同探测距离下,不同飞行高度下的雷达探测结果,如无人机的高度、速度、航迹等信息。
(2)在不同探测距离和飞行高度下,截图光电跟踪设备中拍摄的无人机视频,标校在不同距离和高度下,无人机占整个视频画面的像素范围和方位。
(3)在不同探测距离和飞行高度下,记录不低于50组无线电侦测设备的探测结果,包括无人机的信号频率范围、方位角、信号强度等,并利用基于软件无线电的无人机信号模拟装置,录制无人机通信链路图传、遥控链路的无线电信号。
(4)在场外对各类设备进行分别标校后,通过雷达、光电、无线电侦测联动的方式标校设备参数。
第二步:图上标校
(1)通过测绘手段,利用已知的GIS数据或者通过对无人机防御核心区进行测绘作业,对防御区域进行三维重建,获取相关测绘数据。
(2)结合公开卫星地图、实测测绘数据,利用已选定的安装点,在最大化排除机场内空管雷达支架、建筑遮挡等干扰后,进行二维平面的管控设备方位标校,以确定近似的设备指北位置,初始化俯仰角,以及设备联动交互的作用范围,明确设备探测范围的交叠部分,标定单点定位、多点定位的范围。
(3)通过图上经纬度坐标,计算设备间的距离,相对角度等,将地图坐标转换为球面坐标,利用Haversine公式,计算两点间的距离。
其中
所述第二步中的(3)中的角度为:
已知地图上两点坐标,求两点连线的角度,将经纬度坐标转换成全球定位GPS坐标,两点距离2公里以上,高度不超过50米,两点连线的角度,公式为:
(4)图上标定若干标定点,所述标点不低于3个,给出各管控设备在图上指北校准后,估计标定点在各探测设备探测范围内应有的相对位置和图上绝对坐标,形成拟合预测用参考坐标点。
第三步:利用模拟源场内标校
(1)利用第二步图上标校的参考坐标点,设计机场内模拟实测的方案与路线;
(2)为每个安装点,选取500m处,1km处、3km处和5km处各种不同的测试点位,能够覆盖360度的点位,根据定位算法常规需求不低于3个点,选定标校模拟源停留位置;
(3)模拟源发射无人机模拟雷达回波、无人机模拟图传信号、无人机模拟遥控信号、无人机模拟光学信号为各类设备进行标注;
(4)各类管控设备收到信号后,记录模拟源所在的方位坐标;
(5)结合构建标校定位计算模型,设定设备基本参数;
(6)最终在数据融合***中,输入雷达、光电跟踪和无线电侦测设备的实际坐标,坐标包括经纬度、设备高度、初始俯仰角度等信息;
所述模拟源***组成如下:
(1)上位机(显控终端),用于控制模拟模块工作,控制定向天线转台,接收方位信息,支持地图显示功能;
(2)软件无线电模块:采用2通道处理器,用于运行雷达回波模拟信号和无人机模拟信号;
(3)导航定位模块:用于给出模拟源所在的经纬度坐标、高度坐标;
(4)光学目标模拟模块:一般由标校车所在的车身标识确定,或者在车顶增加颜色与环境色对比鲜明的醒目标识物;
(5)雷达回波模拟信号生成方法:由雷达厂家在场外标校产生的典型距离和角度的信号进行确定;
(6)无人机模拟信号生成方法:由场外标校时,典型距离范围内所接收的无人机图像传输信号和遥控信号进行录制重放形成,信号生成要求尽量在电磁环境相对干净的条件下,无人机模拟信号应能明显在频谱图上显示和识别。
(7)定向天线(带转台):用于向管控设备方向发射雷达回波模拟信号和无人机模拟信号。
所述模拟源***使用流程为:
(1)设备进行初始化,由上位机(显控终端)启动导航定位模块和软件无线电模块;
(2)按照根据地图显示,在标校设备(车)到达指定标校点后,调整定向天线方向,向待标校的管控设备发射模拟信号,管控设备在收到模拟信号后,记录坐标,并将结果上传回服务器;
(3)模拟源遍历所有模拟点后(单点多次、多点),与管控设备联动,生成所有的标校数据;
(4)由标校数据采用标校算法,逐一给出设备的调教建议。
进一步地,所述第一步中的对于所采集的数据,采用最小二乘法进行误差处理,能够更好的提供校标精准度。
进一步地,所述安装点包括雷达、光电和无线电侦测三种设备中的一种或多种。
本发明的有益效果如下:
1.避免了在机场飞行区内和靠近飞行区的周边采用无人机飞行的方法标校无人机管控设备可能存在的禁飞区无法作业,威胁机场飞行作业实施的问题,给出了采用场外标校、图上标校和模拟源场内标校的三步标校方法,可以有效地提升无人机管控设备实际使用的精度和效率。
具体实施方案
为了本技术领域的人员更好的理解本发明,下面结合以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,分为如下几个步骤:
第一步:场外标校
按照机场防御要求,在专业飞行测试场,进行设备标校,采用利用无人机自动巡航模式和飞行日志中的导航记录和航迹信息,同时通过在无人机上加装导航定位模块,进行真飞标校,逐步取得如下参数:
(1)在不同探测距离下,不同飞行高度下的雷达探测结果,如无人机的高度、速度、航迹等信息。
(2)在不同探测距离和飞行高度下,截图光电跟踪设备中拍摄的无人机视频,标校在不同距离和高度下,无人机占整个视频画面的像素范围和方位。
(3)在不同探测距离和飞行高度下,记录不低于50组无线电侦测设备的探测结果,包括无人机的信号频率范围、方位角、信号强度等,并利用基于软件无线电的无人机信号模拟装置,录制无人机通信链路图传、遥控链路的无线电信号。
(4)在场外对各类设备进行分别标校后,通过雷达、光电、无线电侦测联动的方式标校设备参数。
(5)对于所采集的数据,采用最小二乘法进行误差处理
第二步:图上标校
(1)通过测绘手段,利用已知的GIS数据或者通过对无人机防御核心区进行测绘特定审批的无人机航测,对防御区域进行三维重建,获取相关测绘数据。
(2)结合公开卫星地图、实测测绘数据,利用已选定的安装点,在最大化排除机场内空管雷达支架、建筑遮挡等干扰后,进行二维平面的管控设备方位标校,以确定近似的设备指北位置,初始化俯仰角,以及设备联动交互的作用范围,明确设备探测范围的交叠部分,标定单点定位、多点定位的范围。
(3)通过图上经纬度坐标,计算设备间的距离,相对角度等,将地图坐标转换为球面坐标,利用Haversine公式,计算两点间的距离。
其中
所述第二步中的(3)中的角度为:
已知地图上两点坐标,求两点连线的角度,将经纬度坐标转换成全球定位GPS坐标:两点距离2公里以上,高度不超过50米则忽略高度,两点连线的角度,公式为:
(4)图上标定若干标定点,所述标点不低于3个,给出个管控设备在图上指北校准后,估计标定点在各探测设备探测范围内应有的相对位置和图上绝对坐标。形成拟合预测用参考坐标点。
第三步:利用模拟源场内标校
(1)利用第二步图上标校的参考坐标点,设计机场内模拟实测的方案与路线;
(2)为每个安装点包含雷达、光电和无线电侦测三种设备,选取500m处,1km处、3km处和5km处各种不同的测试点位能够覆盖360度的点位,根据定位算法常规需求不低于3个点,选定标校模拟源停留位置;
(3)模拟源发射无人机模拟雷达回波、无人机模拟图传信号、无人机模拟遥控信号、无人机模拟光学信号为各类设备进行标注,无人机模拟光学信号可以以模拟源所在的车载参照物为主,受限于场地,机场内和周边只能标校地面目标,对于高度目标参考第一步场外标校数据进行调整;
(4)各类管控设备收到信号后,记录模拟源所在的方位坐标;
(5)结合最小二乘法构建标校定位计算模型构建标校定位计算模型,基本设定设备基本参数;
(6)最终在数据融合***中,输入雷达、光电跟踪和无线电侦测设备的实际坐标,坐标包括经纬度、设备高度、初始俯仰角度等信息。
所述模拟源***组成如下:
(1)上位机(显控终端),用于控制模拟模块工作,控制定向天线转台,接收方位信息,支持地图显示功能;
(2)软件无线电模块:采用2通道处理器,用于运行雷达回波模拟信号和无人机模拟信号;
(3)导航定位模块:用于给出模拟源所在的经纬度坐标、高度坐标;
(4)光学目标模拟模块:一般由标校车所在的车身标识确定,或者在车顶增加颜色与环境色对比鲜明色如黄色、红色的醒目标识物;
(5)雷达回波模拟信号生成方法:由雷达厂家在场外标校产生的典型距离和角度的信号进行确定;
(6)无人机模拟信号生成方法:由场外标校时,典型距离范围内所接收的无人机图像传输信号和遥控信号进行录制重放形成,信号生成要求尽量在电磁环境相对干净的条件下,无人机模拟信号应能明显在频谱图上显示和识别;
(7)定向天线(带转台):用于向管控设备方向发射雷达回波模拟信号和无人机模拟信号。
所述模拟源***使用流程为:
(1)设备进行初始化,由上位机(显控终端)启动导航定位模块和软件无线电模块;
(2)按照根据地图显示,在标校设备(车)到达指定标校点后,调整定向天线方向,向待标校的管控设备发射模拟信号,管控设备在收到模拟信号后,记录坐标,并将结果上传回服务器;
(3)模拟源遍历所有模拟点后(单点多次、多点),与管控设备联动,生成所有的标校数据;
(4)由标校数据采用标校算法,逐一给出设备的调教建议。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,本发明的专利保护范围以权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,其特征在于,分为如下几个步骤:
第一步:场外标校
按照机场防御要求,在模拟场地,进行设备标校,利用无人机自动巡航模式和飞行日志中的导航记录和航迹信息,同时通过在无人机上加装导航定位模块,进行真飞标校,逐步取得如下参数:
(1)在不同探测距离下,不同飞行高度下的雷达探测结果,如无人机的高度、速度、航迹;
(2)在不同探测距离和飞行高度下,截图光电跟踪设备中拍摄的无人机视频,标校在不同距离和高度下,无人机占整个视频画面的像素范围和方位;
(3)在不同探测距离和飞行高度下,记录不低于50组无线电侦测设备的探测结果,包括无人机的信号频率范围、方位角、信号强度,并利用基于软件无线电的无人机信号模拟装置,录制无人机通信链路图传、遥控链路的无线电信号;
(4)在场外对各类设备进行分别标校后,通过雷达、光电、无线电侦测联动的方式标校设备参数;
第二步:图上标校
(1)通过测绘手段,利用已知的GIS数据或者通过对无人机防御核心区进行测绘作业,对防御区域进行三维重建,获取相关测绘数据;
(2)结合公开卫星地图、实测测绘数据,利用已选定的安装点,在最大化排除机场内空管雷达支架、建筑遮挡等干扰后,进行二维平面的管控设备方位标校,以确定近似的设备指北位置,初始化俯仰角,以及设备联动交互的作用范围,明确设备探测范围的交叠部分,标定单点定位、多点定位的范围;
(3)通过图上经纬度坐标,计算设备间的距离,相对角度;
(4)图上标定多个标定点,所述标点不低于3个,给出各管控设备在图上指北校准后,估计标定点在各探测设备探测范围内应有的相对位置和图上绝对坐标,形成拟合预测用参考坐标点;
第三步:利用模拟源场内标校
(1)利用第二步图上标校的参考坐标点,设计机场内模拟实测的方案与路线;
(2)为每个安装点,选取在500m处,1km处、3km处和5km处各种不同的测试点位,能够覆盖360度的点位,根据定位算法常规需求不低于3个点,选定标校模拟源停留位置;
(3)模拟源发射无人机模拟雷达回波、无人机模拟图传信号、无人机模拟遥控信号、无人机模拟光学信号为各类设备进行标注;
(4)各类管控设备收到信号后,记录模拟源所在的方位坐标;
(5)结合构建标校定位计算模型,设定设备基本参数;
(6)最终在数据融合***中,输入雷达、光电跟踪和无线电侦测设备的实际坐标,所述实际坐标包括经纬度、设备高度、初始俯仰角度。
2.根据权利要求1所述的一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,其特征在于,所述第一步中的对于所采集的数据,采用最小二乘法进行误差处理。
3.根据权利要求1所述的一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,其特征在于,所述安装点包括雷达、光电和无线电侦测三种设备中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,其特征在于,模拟源***组成如下:
(1)上位机(显控终端),用于控制模拟模块工作,控制定向天线转台,接收方位信息,支持地图显示功能;
(2)软件无线电模块:采用2通道处理器,用于运行雷达回波模拟信号和无人机模拟信号;
(3)导航定位模块:用于给出模拟源所在的经纬度坐标、高度坐标;
(4)光学目标模拟模块:一般由标校车所在的车身标识确定,或者在车顶增加颜色与环境色对比鲜明的醒目标识物;
(5)定向天线(带转台):用于向管控设备方向发射雷达回波模拟信号和无人机模拟信号。
5.根据权利要求1所述的一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,其特征在于:所述模拟源***使用流程为:
(1)设备进行初始化,由上位机(显控终端)启动导航定位模块和软件无线电模块;
(2)按照根据地图显示,在标校设备(车)到达指定标校点后,调整定向天线方向,向待标校的管控设备发射模拟信号,管控设备在收到模拟信号后,记录坐标,并将结果上传回服务器;
(3)模拟源遍历所有模拟点后(单点多次、多点),与管控设备联动,生成所有的标校数据;
(4)由标校数据采用标校算法,逐一给出设备的调教建议。
6.根据权利要求5所述的一种民航机场内无人机管控设备快速标校与误差处理方法,其特征在于,所述校标算法包括:
(1)雷达回波模拟信号生成方法:由雷达厂家在场外标校产生的典型距离和角度的信号进行确定;
(2)无人机模拟信号生成方法:由场外标校时,典型距离范围内所接收的无人机图像传输信号和遥控信号进行录制重放形成,信号生成要求尽量在电磁环境相对干净的条件下,无人机模拟信号应能明显在频谱图上显示和识别。
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