CN113945960A - 一种无人机查找定位方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机查找定位方法及***。该查找定位方法包括：获取本地位置信息以及无人机端发送的目标位置信息，所述目标位置信息为所述无人机的位置信息；根据所述本地位置信息以及所述目标位置信息计算本地和无人机之间的方位角度；在所述无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取本地与无人机的测距信息，并根据所述测距信息确认查找半径；根据所述方位角度和所述查找半径确定所述无人机的位置。本发明实施例的技术方案通过获取本地端和无人机端的位置坐标，计算得到方位角，并获取到两端之间精确的测距数据，可进一步确认无人机的查找半径，从而可以根据方位角度和查找半径对坠毁无人机进行精确查找，实现分米级的定位精度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及精确定位技术，尤其涉及一种无人机查找定位方法及***。
背景技术
近年来，随着无人机技术的快速发展，无人机已被应用于众多领域。无人机巡检功能主要是替代工作人员完成脏累差的信息采集工作，替代工作人员到需要的地方去采集需要的信息，进而快速、准确地传达给地面工作人员，以供工作人员进行分析、判断、制定解决方案，减少工作人员的劳动强度，从而提高电力巡检工作的效率和安全性。
但当无人机失控坠毁后，对无人机的搜寻工作存在搜寻范围大、危险系数高等困难。而现有技术中利用载波相位差分(Real Time Kinematic，RTK)定位方式搜寻无人机，虽能实现精准定位，但其作业过程中易受到环境或通讯质量等方面的影响。
发明内容
本发明提供一种无人机查找定位方法及***，以实现不利用RTK差分定位方式，也可快速、安全地搜寻失控坠毁的无人机，且可达到分米级的定位精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种无人机查找定位方法，包括：
获取本地位置信息以及无人机端发送的目标位置信息，目标位置信息为无人机的位置信息；
根据本地位置信息以及目标位置信息计算本地和无人机之间的方位角度；
在无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取本地与无人机的测距信息，并根据测距信息确认查找半径；
根据方位角度和查找半径确定无人机的位置。
可选的，目标位置信息包括目标经度和目标纬度，本地位置信息包括本地经度和本地纬度；
根据本地位置信息以及目标位置信息计算方位角度，包括：
将目标纬度减去本地纬度得到第一距离；
将目标经度减去本地经度得到第二距离；
根据三角函数tanθ＝第一距离/第二距离计算出方位角度θ。
可选的，获取无人机与本地的测距信息，包括：
接收到来自无人机端发出的脉冲信号，采用信号到达角度测量AOA和时间差TDOA计算出本地与目标的测距信息。
可选的，在根据方位角度和查找半径确定无人机的位置之后还包括：
加载离线地图显示的本地位置及无人机的位置。
可选的，预设距离小于等于1000米。
第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机查找定位***，该查找定位***包括：
前端装置，设置于无人机上，前端装置用于对无人机的位置进行定位，得到目标位置信息；
后端装置，用于对本地位置进行定位得到本地位置信息，并接收目标位置信息；根据本地位置信息以及目标位置信息计算方位角度；在无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取无人机与本地的测距信息，并根据测距信息确认查找半径；根据方位角度和查找半径确定无人机的位置。
可选的，前端装置包括第一北斗模块、第一无线通信模块、UWB脉冲无线通信标签、第一双模天线、第一UWB脉冲无线通信天线和树莓派；
树莓派用于采集第一北斗模块输出的无人机坐标数据，对无人机坐标数据进行实时存储，并通过第一无线通信模块将无人机坐标数据传送至后端装置；UWB脉冲无线通信标签用于发送脉冲信号至后端装置，以指示后端装置根据脉冲信号实时通信测距。
可选的，前端装置还包括电池、指示灯和外壳；指示灯与树莓派连接；电池用于向树莓派供电；外壳封装第一北斗模块、第一无线通信模块、树莓派、电池、指示灯和UWB脉冲无线通信标签；外壳固定在无人机本体上；
第一双模天线以及第一UWB脉冲无线通信天线固定在外壳上侧，第一双模天线与第一北斗模块和第一无线通信模块连接，第一UWB脉冲无线通信天线与UWB脉冲无线通信标签连接；第一北斗模块通过UART转USB口与树莓派连接；第一无线通信模块通过UART转USB口与树莓派连接；UWB脉冲无线通信标签通过UART转USB口与树莓派连接。
可选的，后端装置包括第二北斗模块、第二无线通信模块、UWB脉冲无线通信微型基站、第二双模天线、第二UWB脉冲无线通信天线和处理模块；
第二北斗模块用于对本地位置进行定位，并将本地坐标数据传输至处理模块；
处理模块用于通过第二无线通信模块接收第一无线通信模块传送的无人机坐标数据；根据无人机坐标数据以及本地坐标数据计算方位角度；UWB脉冲无线通信微型基站用于，接收UWB脉冲无线通信标签发出的脉冲信号，采用信号到达角度测量和时间差计算出本地及目标高精度测量距离信息。
可选的，处理模块包括平板电脑；
第二北斗模块通过UART转USB口与平板电脑连接；第二无线通信模块通过UART转USB口与平板电脑连接；UWB脉冲无线通信微型基站通过UART转USB口与平板电脑连接；第二双模天线与第二北斗模块、第二无线通信模块连接，第二UWB脉冲无线通信天线与UWB脉冲无线通信微型基站连接。
本发明实施例提供的无人机查找定位方法通过分别获取本地位置信息和无人机端的目标位置信息，计算出本地端和无人机端之间的方位角度，之后接收获取到本地和无人机之间的测距距离，进一步计算得到搜寻范围定位精度圆的查找半径，从而根据方位角度和查找半径即可确定坠毁无人机的位置，实现了不通过RTK差分定位方式也可达到对坠毁无人机的精确定位，且可达到分米级的定位精度，使搜寻人员在无人机发生失控坠毁故障后，能够对无人机进行快速精确定位及搜寻，最大程度地挽回经济损失，并能保证搜寻人员进行作业时的人身安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种无人机查找定位方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种无人机查找定位方法的示意图；
图3是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的一种无人机查找定位***的结构图；
图7是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位***的结构图；
图8是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位***的结构图；
图9是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位***的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
正如背景技术中所介绍，无人机在电力工作中的应用，能够提高电力巡检工作的效率和安全性。但由于无人机自身的产品质量、操控人员的操控水平以及部分空中区域的管制，易造成无人机的失控坠毁。
目前，无人机坠毁后的搜寻方法主要有两种：第一种是通过无人机失控前最后的位置信息大范围搜寻，此方法极耗人力，在荒郊野外搜寻也对工作人员的人身安全造成威胁，且搜寻到无人机的概率也不高；第二种是将RTK差分定位组件加载在无人机上，此方法成本较高，并且与第三方网络通信不安全，此外，RTK差分定位组件装置重量较重，影响无人机的飞行效率。
因此，发明一种科学、准确、实用的用于无人机丢失情况下的精确查找定位方法，能够快速、安全地搜寻无人机成为业内亟待解决的问题。
本发明实施例提供一种无人机查找定位方法，该查找定位方法可以由无人机查找定位装置执行，该装置可以由软件和/或硬件实现。由前端装置中的第一北斗模块与UWB脉冲无线通信标签和后端装置中的第二北斗模块、平板电脑与UWB脉冲无线通信微型基站执行完成。图1是本发明实施例提供的一种无人机查找定位方法的流程图，图2是本发明实施例提供的一种无人机查找定位方法的示意图，本实施例可适用于精确定位失控坠毁无人机的位置的情况，如图1所示，该查找定位方法包括：
S110、获取本地位置信息以及无人机端发送的目标位置信息，目标位置信息为无人机的位置信息。
具体地，本地位置信息可以是由本地定位装置获得，进而根据本地位置信息得到本地位置。本地位置可以是定位软件通过定位装置获得，例如定位软件采用地面操纵控制***，地面操纵控制***被预装在工作人员手持平板电脑中。目标位置是无人机端的定位位置，例如可以是无人机上的定位装置定位无人机的位置后，发送至地面操纵控制***的无人机端的位置坐标信息。通过在平板电脑中预先安装定位软件，实时获取本地的定位装置例如北斗定位***采集的坐标数据，确定本地位置。根据无人机端定位装置获取的无人机端的位置坐标信息确定目标位置。需要说明的是，工作人员手持平板电脑中预装的定位软件可以采用C++语言编写，运行于Windows***。该软件中可以包括如下内容：离线地图、位置计算和展示程序。
示例性地，参见图2所示的无人机查找定位方法的示意图，平板电脑中的定位软件接收到北斗定位***采集的本地端真实位置记为O10，无人机端的真实位置记为O20。但北斗定位***运行时可能存在一定的误差，为提高精确度，在计算时需把误差考虑在内。在本发明实施例中，计算时将北斗定位***的最大误差范围计入在内，最大误差范围半径可以为30米。因此，在考虑误差的情况下，本地端最大误差位置分别记为O11和O12，O10和O11之间的距离等于O10和O12之间的距离，均为30米，且O10、O11和O12三点位于平行于正北方的一条直线上；无人机端最大误差位置分别记为O21和O22，O20和O21之间的距离等于O20和O22之间的距离，并且O20、O21和O22三点位于同一条直线上。
S120、根据本地位置信息以及目标位置信息计算本地和无人机之间的方位角度。
具体地，要对坠毁的无人机进行搜寻，需要确定搜寻范围，通过确定坠毁无人机与本地位置之间的方位角度，来粗略判断无人机所在的大致方向，便于进一步确定无人机的位置。根据本地端和无人机端的位置坐标，以本地端与无人机端之间位置的连线作为斜边，可以构成一个直角三角形，无人机相对于本地端的方位角则是本地端所在的锐角夹角。
示例性地，参见图2，以本地端真实位置O10点为圆心，O10和O20间的连线为半径作圆，得到第一预设范围；以本地端最大误差位置O11点为圆心，O11和O21间的连线为半径作圆，得到第二预设范围；以本地端最大误差位置O12点为圆心，O12和O22间的连线为半径作圆，得到第三预设范围，三个预设范围大小相等。以O10和O20点作水平及竖直方向的垂线，相交于点M，得到由O10、O20和M三点构成的第一直角三角形；以O11和O21点作水平及竖直方向的垂线，相交于点N，得到由O11、O21和N三点构成的第二直角三角形；以O12和O22点作水平及竖直方向的垂线，相交于点P，得到由O12、O22和P三点构成的第三直角三角形。其中，在第一预设范围内，无人机端真实位置O20相对于本地端真实位置O10的第一方位角为∠O20O10M，即∠B0；在第二预设范围内，无人机端最大误差位置O21相对于本地端最大误差位置O11的第二方位角是∠O21O11N，即∠B1；在第三预设范围内，无人机端最大误差位置O22相对于本地端最大误差位置O12的第三方位角是∠O22O12P，即∠B2。在第一直角三角形内，O10和M两点间的距离记为a0，O20和M两点间的距离记为b0；在第二直角三角形内，O11和N两点间的距离记为a1，O21和N两点间的距离记为b1；在第三直角三角形内，O12和P两点间的距离记为a2，O22和P两点间的距离记为b2。根据三角函数公式，在第一直角三角形中可计算得到第一方位角的度数，在第二直角三角形中可计算得到第二方位角的度数；在第三直角三角形中可计算得到第三方位角的度数。
S130、在无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取本地与无人机的测距信息，并根据测距信息确认查找半径。
具体地，预设距离是适用于本发明实施例提供的无人机查找定位方法，本地端与无人机端能够相距的最大距离。由于北斗定位***在采集实时位置坐标时，在一定范围内可以保证较高的精度。若本地端和无人机端相距过远，超过了预设距离，则北斗定位***无法采集相对准确的位置坐标数据。查找半径是以无人机端为圆心的定位精度圆的半径长度。通过无人机端测量得到的本地与无人机之间的距离数据，并由本地端UWB脉冲无线通信微型基站接收获取到本地和无人机之间测量的距离信息，经一系列计算确定得到搜寻坠毁无人机的查找半径。
示例性地，在第一直角三角形中，O10与O20间的距离记为c0；在第二直角三角形中，O11与O21间的距离记为c1；在第三直角三角形中，O12与O22间的距离记为c2。其中，c0、c1和c2的长度可以由本地端UWB脉冲无线通信微型基站接收无人机端的测量数据后，经计算获得。由北斗定位***采集的本地端和无人机端的位置坐标，根据三角函数计算出第一方位角∠B0、第二方位角∠B1和第三方位角∠B2后，依据直角三角形正弦三角函数有sin∠B0＝b0/c0，sin∠B1＝b1/c1和sin∠B2＝b2/c2。因此，由正弦三角函数可计算得到b0、b1和b2的长度。
进一步地，依据勾股定理在第一直角三角形中有c02＝b02+a02，在第二直角三角形中有c12＝b12+a12，在第三直角三角形中有c22＝b22+a22，由此可计算出a0、a1和a2的长度。之后，再根据勾股定理，本地端真实位置O10和无人机端最大误差位置O22之间的距离L1，可由L12＝a22+(b2-30)2计算求得；本地端真实位置O10和无人机端最大误差位置O21之间的距离L2，可由L22＝a12+(b1+30)2计算求得。
进一步地，可以根据正弦三角函数，由sin∠B5＝(b2-30)/L1计算得出L1与a0的夹角∠B5，由sin∠B6＝(b1+30)/L2计算得出L2与a0的夹角∠B6。由此，第一定位角∠B4可以由∠B5和∠B6作差得到，即∠B4＝∠B5-∠B6，且无论无人机端与本地端之间测距距离的大小在预设距离内如何变化，第一定位角∠B4始终是一个定值。
因此，在以O10、O21和O22三点构成的三角形中，已知L1、L2，以及L1和L2所夹的第一定位角∠B4，就可以根据三角函数公式计算得到O21和O22两点之间的距离，而查找半径即为O21和O22距离的一半。
S140、根据方位角度和查找半径确定无人机的位置。
具体地，通过得到的方位角度确定无人机的大致方向后，在与本地端相距一定测距距离的无人机的大致位置附近，在以查找半径确定的定位精度圆范围内，可以实现对坠毁无人机进行精确定位，达到分米级的高精度定位。
示例性地，确定了坠毁无人机位于无人机真实位置相对于本地端真实位置固定的第一定位角∠B4的范围内后，再根据计算出的定位精度圆范围的查找半径，可大大缩小查找范围，且定位精度可达到分米级别。
本发明实施例提供的无人机查找定位方法通过分别获取本地位置信息和无人机端的目标位置信息，计算出本地端和无人机端之间的方位角度，之后接收获取到本地和无人机之间的测距距离，进一步计算得到搜寻范围定位精度圆的查找半径，从而根据方位角度和查找半径即可确定坠毁无人机的位置，实现了不通过RTK差分定位方式也可达到对坠毁无人机的精确定位，且可达到分米级的定位精度，使搜寻人员在无人机发生失控坠毁故障后，能够对无人机进行快速精确定位及搜寻，最大程度地挽回经济损失，并能保证搜寻人员进行作业时的人身安全。
可选的，图3是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位方法的流程图。在上述实施例的基础上，参见图3，本发明实施例提供的无人机查找定位方法还包括：
所述目标位置信息包括目标经度和目标纬度，所述本地位置信息包括本地经度和本地纬度。
其中，目标位置信息可以包括无人机端的真实位置信息和最大误差位置信息，目标经度和目标纬度可以包括无人机端的真实经度和纬度，以及最大误差位置的经度和纬度，可由第一北斗模块实时采集获取。本地位置信息可以包括地面操纵控制***的真实位置信息和最大误差位置信息，本地经度和本地纬度可以包括本地端的真实经度和纬度，以及最大误差位置的经度和纬度，可由第二北斗模块实时采集获取。
S210、获取本地位置信息以及无人机端发送的目标位置信息，目标位置信息为无人机的位置信息。
S220、将目标纬度减去本地纬度得到第一距离。
具体地，在地理坐标***中，若纬度相差1°，则距离相差111千米。所以根据北斗定位***实时采集的纬度坐标，用无人机端的真实位置纬度减去本地端的真实本地纬度，得到的差值乘以111，则计算出真实位置的第一距离数据，即O20和M点之间的距离b0。用无人机端的最大误差位置纬度减去本地端的最大误差本地纬度，再给差值乘以111，则计算出最大误差位置的第一距离数据，即O21和N点之间的距离b1以及O22和P点之间的距离b2。
S230、将目标经度减去本地经度得到第二距离。
具体地，在地理坐标***中，计算出两位置点的南北距离后，需要将两点平移到其中一个位置点的纬度，使之处于同一个纬度平面上。再用无人机端的真实位置经度减去本地端的真实本地经度，得到经度差，乘以111，再乘以此时所处纬度平面纬度的余弦值，就可得到真实位置的第二距离数据，即O10与M点之间的距离a0。用无人机端的最大误差位置经度减去本地端的最大误差本地经度的差值乘以111，再乘以所处纬度平面纬度的余弦值，则计算出最大误差位置的第二距离数据，即O11与N点之间的距离a1以及O12与P点之间的距离a2。
S240、根据三角函数tanθ＝第一距离/第二距离计算出方位角度θ。
具体地，可以由无人机端和本地端两端的连线作斜边，第一距离和第二距离作为两条直角边，构成一个直角三角形，则无人机和本地端两端的连线与第二距离所夹的锐角角度即为无人机端相对于本地端的方位角度θ。在该直角三角形中，可通过正切三角函数tanθ＝第一距离/第二距离，来计算得到方位角度θ的数值。
示例性地，在第一直角三角形中，第一距离为b0，第二距离为a0，θ即为第一方位角∠B0，则∠B0的角度可由tan∠B0＝b0/a0计算得到；在第二直角三角形中，第一距离为b1，第二距离为a1，θ即为第二方位角∠B1，则∠B1可由tan∠B1＝b1/a1计算得到；在第三直角三角形中，第一距离为b2，第二距离为a2，θ即为第三方位角∠B2，可由tan∠B2＝b2/a2计算得到∠B2的角度。
S250、在无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取本地与无人机的测距信息，并根据测距信息确认查找半径。
S260、根据方位角度和查找半径确定无人机的位置。
可选的，图4是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位方法的流程图。在上述实施例的基础上，参见图4，本发明实施例提供的无人机查找定位方法还包括：
S310、获取本地位置信息以及无人机端发送的目标位置信息，目标位置信息为无人机的位置信息。
S320、根据本地位置信息以及目标位置信息计算本地和无人机之间的方位角度。
S330、在所述无人机距离本地的距离小于预设距离时，接收到来自无人机端发出的脉冲信号，采用信号到达角度测量AOA和时间差TDOA计算出本地与目标的测距信息，并根据所述测距信息确认查找半径。
具体地，预设距离可以是无人机端与本地端允许相距的最大距离。信号到达角度测量(Angle-of-Arrival，AOA)是一种典型的基于测距的定位算法，通过硬件设备感知发射节点信号的到达方向，计算接收节点和锚节点之间的相对方位或角度，然后再利用三角测量法或其他方式计算出未知节点的位置。这种常见的无线传感器网络节点自定位算法，算法通信开销低，定位精度较高。
到达时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)是一种利用时间差进行定位的方法，通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离，就能确定信号的位置。
通过本地端的特定通信装置接收无人机端发出的脉冲信号，可以是低于41dB且时间间隔小于1ns的脉冲信号，利用信号到达角度测量AOA和时间差TDOA两种算法，计算得出本地端与无人机目标端之间的误差小于±10厘米的测距距离，从而根据两位置点的测距距离进一步计算确认搜寻无人机的查找半径。
S340、根据所述方位角度和所述查找半径确定所述无人机的位置。
可选的，图5是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位方法的流程图。在上述实施例的基础上，参见图5，本发明实施例提供的无人机查找定位方法还包括：
S410、获取本地位置信息以及无人机端发送的目标位置信息，目标位置信息为无人机的位置信息。
S420、根据本地位置信息以及目标位置信息计算本地和无人机之间的方位角度。
S430、在无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取本地与无人机的测距信息，并根据测距信息确认查找半径。
S440、根据方位角度和查找半径确定无人机的位置。
S450、加载离线地图显示的本地位置及无人机的位置。
具体地，工作人员手持平板电脑中预装的定位软件包含有离线地图，终端基于Windows***，安装MapDownloader地图服务器，通过地图服务器下载18级离线地图，终端每次开机进入Windows***后，自动运行地图服务器程序，同时调取离线地图，并通过高精度定位算法，根据接收到的北斗定位***采集的无人机端目标位置信息和本地端的本地位置信息，可以实时将本地端与无人机端的位置展示在离线地图上，从而指引地面搜寻人员按照地图精确查找无人机。
可选的，所述预设距离小于等于1000米。
具体地，由于北斗定位***实时采集的位置坐标具有一定的误差范围，最大误差范围可以为30米。根据上述任一所述无人机查找定位方法，当无人机目标端与本地端相距1000米时，计算得出定位精度圆的半径，即查找半径为30米，已达到北斗定位***的最大误差范围。因此，若无人机端与本地端相距大于1000米时，则无法执行本发明实施例提供的无人机查找定位方法对坠毁无人机进行精确定位。
示例性地，在无人机端与本地端相距的距离小于预设距离时，若两端相距500米，计算得出定位精度圆的半径，即查找半径为26.8米；若两端相距200米，计算得出查找半径为10.75米；若两端相距200米，查找半径为10.75米；若两端相距100米，计算得出查找半径为5.37米；若两端相距50米，查找半径为2.63米；若两端相距20米，计算出查找半径为1.075米；
需要说明的是，由于无人机端的实时测距精度具有±0.1米的误差，因此定位精度范围也相应具有小于±0.1米的误差。
示例性地，继续参见图2，在上述任意实施例提供的无人机查找定位方法中，以无人机目标端与本地端相距1000米为例，以本地端真实位置O10点为圆心，O10和O20的连线为半径作圆，得到第一预设范围；以本地端最大误差位置O11点为圆心，O11和O21的连线为半径作圆，得到第二预设范围；以本地端最大误差位置O12点为圆心，O12和O22的连线为半径作圆，得到第三预设范围。以O10和O20点作水平及竖直方向的垂线，相交于点M，得到由O10、O20和M三点构成的第一直角三角形；以O11和O21点作水平及竖直方向的垂线，相交于点N，得到由O11、O21和N三点构成的第二直角三角形；以O12和O22点作水平及竖直方向的垂线，相交于点P，得到由O12、O22和P三点构成的第三直角三角形。在三个预设范围内，无人机端真实位置O20相对于本地端真实位置O10的第一方位角为∠O20O10M，即∠B0，无人机端最大误差位置O21相对于本地端最大误差位置O11的第二方位角是∠O21O11N，即∠B1，无人机端最大误差位置O22相对于本地端最大误差位置O12的第三方位角是∠O22O12P，即∠B2。O10和M两点间的距离记为a0，O11和N两点间的距离为a1，O12和P两点间的距离为a2，O20和M两点间的距离记为b0，O21和N两点间的距离为b1，O22和P两点间的距离为b2。O10与O20间的距离记为c0，O11与O21间的距离记为c1，O12与O22间的距离记为c2。
根据本地端和无人机端的位置坐标，计算出第一方位角∠B0、第二方位角∠B1和第三方位角∠B2后，由本地端通信装置接收无人机端的测量数据获得c0、c1和c2的长度，依据三角函数sin∠B0＝b0/c0，sin∠B1＝b1/c1和sin∠B2＝b2/c2，，则可计算得到b0、b1和b2的长度。进一步地，依据勾股定理在第一直角三角形中有c02＝b02+a02，第二直角三角形中有c12＝b12+a12，第三直角三角形中有c22＝b22+a22，由此可计算出a0、a1和a2的长度。本地端真实位置O10与无人机端最大误差位置O22之间的距离L1，以及本地端真实位置O10与无人机端最大误差位置O21之间的距离L2，可由勾股定理L12＝a22+(b2-30)2和L22＝a12+(b1+30)2计算求得。
进一步地，斜边L1与a0所夹的∠B5和斜边L2与a0所夹的∠B6，可以由三角函数sin∠B5＝(b2-30)/L1和sin∠B6＝(b1+30)/L2求解得到。由此，第一定位角∠B4可由∠B4＝∠B5-∠B6求得，且无论无人机端与本地端之间的测距距离在预设距离内如何变化，第一定位角∠B4始终是一个定值。因此，在以O10、O21和O22三点构成的三角形中，根据三角函数公式、L1、L2以及第一定位角∠B4，可计算得到O21和O22两点之间的距离，而查找半径即为O21和O22距离的一半，计算得出为30米。且随着无人机端与本地端相距距离的变化，可由相似三角形计算得到相应的查找半径，并与方位角结合，实现对无人机的精确定位。
图6是本发明实施例提供的一种无人机查找定位***的结构图。在上述实施例的基础上，参见图6，本发明实施例提供的无人机查找定位***可用于执行上述任一实施例所述的无人机查找定位方法，该无人机查找定位***30包括：
前端装置10，设置于无人机上，前端装置10用于对无人机的位置进行定位，得到目标位置信息；
后端装置20，用于对本地位置进行定位得到本地位置信息，并接收目标位置信息。根据本地位置信息以及目标位置信息计算方位角度，在无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取无人机与本地的测距信息，并根据测距信息确认查找半径。根据方位角度和查找半径确定无人机的位置。
本实施例提供的无人机查找定位***，通过获取本地端位置信息和无人机端的目标位置信息，计算出本地端和无人机端之间的方位角度，接收本地端和无人机间的测距距离，计算得到搜寻无人机的查找半径，从而根据方位角度和查找半径确定坠毁无人机的位置，实现了不通过RTK差分定位方式也可对坠毁无人机进行精确定位，达到分米级的定位精度，使搜寻人员在无人机发生失控坠毁故障后，能够对无人机进行快速精确定位及搜寻，最大程度地挽回经济损失，并能保证搜寻人员进行作业时的人身安全。
可选的，图7是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位***的结构图。在上述实施例的基础上，参见图7，本发明实施例提供的无人机查找定位***30还包括：前端装置10包括第一北斗模块11、第一无线通信模块12、UWB脉冲无线通信标签13、第一双模天线14、第一UWB脉冲无线通信天线15和树莓派16。
树莓派16用于采集第一北斗模块11输出的无人机坐标数据，对无人机坐标数据进行实时存储，并通过第一无线通信模块12将无人机坐标数据传送至后端装置20。
具体地，树莓派16预装LIUNX***，通过USB转UART口数据接收端采集第一北斗模块11测得的实时坐标数据，通过树莓派16中部署的数据处理软件对数据进行实时存储、定时转发，采用统一格式输出数据到第一无线通信模块12。
UWB脉冲无线通信标签13，用于发送脉冲信号至后端装置20，以指示后端装置20根据脉冲信号实时通信测距。
具体地，UWB脉冲无线通信标签13开机即进入工作模式，与后端通信装置进行实时通信测距，测距精度可达到±10厘米。
第一双模天线14采用4G、1561M频段封装圆形天线，第一UWB脉冲无线通信天线15采用3600M频段封装圆形天线。
可选的，图8是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位***的结构图。在上述实施例的基础上，参见图8，本发明实施例提供的无人机查找定位***30还包括：前端装置10还包括电池17、指示灯18和外壳19。
电池17用于向树莓派16供电，采用3.7V 2000mA的锂电池，提供升压5V直流电源。树莓派16通过USB转UART口直流电源端给第一北斗模块11、第一无线通信模块12、UWB脉冲无线通信标签13和指示灯18供电。
指示灯18与树莓派16连接，可采用LED光源，用于在光线不好的情况下或者夜间闪烁发光，便于夜间快速查找。
外壳19固定在无人机本体上，可采用轻铝材质，用于封装第一北斗模块11、第一无线通信模块12、树莓派16、电池17、指示灯18和UWB脉冲无线通信标签13。
第一双模天线14以及第一UWB脉冲无线通信天线15固定在外壳19上侧，第一双模天线14与第一北斗模块11和第一无线通信模块12连接，第一UWB脉冲无线通信天线15与UWB脉冲无线通信标签13连接；第一北斗模块11通过UART转USB口与树莓派16连接；第一无线通信模块12通过UART转USB口与树莓派16连接；UWB脉冲无线通信标签13通过UART转USB口与树莓派16连接。
可选的，图9是本发明实施例提供的又一种无人机查找定位***的结构图。在上述实施例的基础上，参见图9，本发明实施例提供的无人机查找定位***30还包括：后端装置20包括第二北斗模块21、第二无线通信模块22、UWB脉冲无线通信微型基站23、第二双模天线24、第二UWB脉冲无线通信天线25和处理模块26。
第二北斗模块21，用于对本地位置进行定位，并将本地坐标数据传输至处理模块26。
处理模块26，用于通过第二无线通信模块22接收第一无线通信模块12传送的无人机坐标数据，根据无人机坐标数据以及本地坐标数据计算方位角度。
UWB脉冲无线通信微型基站23，用于接收UWB脉冲无线通信标签13发出的脉冲信号，采用信号到达角度测量和时间差计算出本地及目标高精度测量距离信息。
具体地，UWB脉冲无线通信微型基站23与前端的UWB脉冲无线通信标签13进行实时通信测距，距离测量数据经由UWB脉冲无线通信微型基站23的UART口推送至处理模块26，利用处理模块26中预先安装的定位软件依据测量的距离确定查找半径。
可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图9，本发明实施例提供的无人机查找定位***30还包括：处理模块26包括平板电脑。
具体地，平板电脑预装定位软件，通过定位软件加载的离线地图及高精度定位算法实时展示本地位置及目标位置，可指引搜寻工作人员按照地图精确查找坠毁无人机。
第二北斗模块21通过UART转USB口与平板电脑连接，第二无线通信模块22通过UART转USB口与平板电脑连接，UWB脉冲无线通信微型基站23通过UART转USB口与平板电脑连接，第二双模天线24与第二北斗模块21、第二无线通信模块22连接，第二UWB脉冲无线通信天线25与UWB脉冲无线通信微型基站23连接。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种无人机查找定位方法，其特征在于，包括：
获取本地位置信息以及无人机端发送的目标位置信息，所述目标位置信息为所述无人机的位置信息；
根据所述本地位置信息以及所述目标位置信息计算本地和无人机之间的方位角度；
在所述无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取本地与无人机的测距信息，并根据所述测距信息确认查找半径；
根据所述方位角度和所述查找半径确定所述无人机的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标位置信息包括目标经度和目标纬度，所述本地位置信息包括本地经度和本地纬度；
根据所述本地位置信息以及所述目标位置信息计算方位角度，包括：
将目标纬度减去本地纬度得到第一距离；
将目标经度减去本地经度得到第二距离；
根据三角函数tanθ＝第一距离/第二距离计算出方位角度θ。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取无人机与本地的测距信息，包括：
接收到来自无人机端发出的脉冲信号，采用信号到达角度测量AOA和时间差TDOA计算出本地与目标的测距信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述方位角度和所述查找半径确定所述无人机的位置之后还包括：
加载离线地图显示的本地位置及无人机的位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设距离小于等于1000米。
6.一种无人机查找定位***，其特征在于，包括：
前端装置，设置于无人机上，所述前端装置用于对无人机的位置进行定位，得到目标位置信息；
后端装置，用于对本地位置进行定位得到本地位置信息，并接收所述目标位置信息；根据所述本地位置信息以及所述目标位置信息计算方位角度；在所述无人机距离本地的距离小于预设距离时，获取无人机与本地的测距信息，并根据所述测距信息确认查找半径；根据所述方位角度和所述查找半径确定所述无人机的位置。
7.根据权利要求6所述的无人机查找定位***，其特征在于，所述前端装置包括第一北斗模块、第一无线通信模块、UWB脉冲无线通信标签、第一双模天线、第一UWB脉冲无线通信天线和树莓派；
所述树莓派用于采集所述第一北斗模块输出的无人机坐标数据，对所述无人机坐标数据进行实时存储，并通过所述第一无线通信模块将所述无人机坐标数据传送至所述后端装置；所述UWB脉冲无线通信标签用于发送脉冲信号至所述后端装置，以指示所述后端装置根据所述脉冲信号实时通信测距。
8.根据权利要求7所述的无人机查找定位***，其特征在于，所述前端装置还包括电池、指示灯和外壳；所述指示灯与所述树莓派连接；所述电池用于向所述树莓派供电；所述外壳封装所述第一北斗模块、所述第一无线通信模块、所述树莓派、所述电池、所述指示灯和所述UWB脉冲无线通信标签；所述外壳固定在无人机本体上；
所述第一双模天线以及所述第一UWB脉冲无线通信天线固定在所述外壳上侧，所述第一双模天线与所述第一北斗模块和所述第一无线通信模块连接，所述第一UWB脉冲无线通信天线与所述UWB脉冲无线通信标签连接；所述第一北斗模块通过UART转USB口与所述树莓派连接；所述第一无线通信模块通过UART转USB口与所述树莓派连接；所述UWB脉冲无线通信标签通过UART转USB口与所述树莓派连接。
9.根据权利要求6所述的无人机查找定位***，其特征在于，所述后端装置包括第二北斗模块、第二无线通信模块、UWB脉冲无线通信微型基站、第二双模天线、第二UWB脉冲无线通信天线和处理模块；
所述第二北斗模块用于对本地位置进行定位，并将本地坐标数据传输至所述处理模块；
所述处理模块用于通过所述第二无线通信模块接收所述第一无线通信模块传送的无人机坐标数据；根据所述无人机坐标数据以及所述本地坐标数据计算方位角度；UWB脉冲无线通信微型基站用于，接收所述UWB脉冲无线通信标签发出的脉冲信号，采用信号到达角度测量和时间差计算出本地及目标高精度测量距离信息。
10.根据权利要求9所述的无人机查找定位***，其特征在于，所述处理模块包括平板电脑；
所述第二北斗模块通过UART转USB口与平板电脑连接；所述第二无线通信模块通过UART转USB口与平板电脑连接；UWB脉冲无线通信微型基站通过UART转USB口与平板电脑连接；所述第二双模天线与所述第二北斗模块、所述第二无线通信模块连接，所述第二UWB脉冲无线通信天线与UWB脉冲无线通信微型基站连接。
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| CN202111214352.3A CN113945960A (zh) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 一种无人机查找定位方法及*** |
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