CN208043085U - 无人机定向导航装置 - Google Patents

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林钦坚
周芝丽
黄德福
余绪庆
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Abstract

本实用新型公开了无人机定向导航装置,包括第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线、GNSS接收机解算模块、定向导航结果输出模块。GNSS卫星接收天线接收卫星信号并传输至GNSS接收机解算模块;GNSS接收机解算模块根据信号源解算生成定向导航结果,通过信号接口传输至定向导航结果输出模块;定向导航结果输出模块输出导航结果至无人机飞控***。本实用新型通过双GNSS接收天线自主差分解算,在无须基准站的情况下也能实现较高精度的定向导航;还可以通过抵消公共误差的定位差分解算,更进一步提高定向导航的精度;在高精度定向导航基础上,无人机进行植保作业喷洒时,航线与航线之间喷洒的重叠区域精准可控,提高作业效率,同时节省药物或肥料。

Description

无人机定向导航装置
技术领域
本实用新型涉及无人机航向导航的技术领域,尤其涉及无人机定向导航装置。
背景技术
随着无人机相关技术的发展成熟,其用途愈加广泛,诸如农业植保、城市管理、地质勘测、气象监测、电力巡检、抢险救灾、航空摄影、视频拍摄等行业。行业应用对无人机导航的精准度要求越来越高,特别是农业植保行业,通过自主航线飞行能够大大提高作业效率、降低人力成本。
在农业植保行业,自主航线飞行的目的在于通过自动化的方式对作业区域进行农药或化肥喷洒,需要确保无人机按照航线精准位置飞行,同时还需要精准控制喷头经过区域的重叠度。
基于高精度定位位置,无人机导航飞行具有了自主性,实用新型专利CN201610951692.7公开了一种植保无人机的作业***,无人机按照连接当前位置与作业起始位置的飞行航线,进行定位植保作业。无人机载体除了跟随点位形成的航线进行飞行之外,还需要控制方向,即需要获得航向角信息。
实用新型专利CN201620703271.8公开了一种自主飞行的植保无人机***,通过磁航向仪配合GPS接收机生成方位信号,用于无人机飞行姿态,包括航向的控制。上述公开专利解决了无人机位置的精准导航,以及自主航线飞行的规划方法。
实用新型专利CN201620703271.8采用磁航向仪的方案,配合GPS接收机,提供了定位和定向两种信号导航控制,而定向控制信号由磁航向仪提供,对于无人机载体,能够搭载的设备体积和重量要求较高,只能采用低精度的MEMS器件方案,其航向输出结果不够精准。另外,采用检测磁场信号的磁航向仪,易受机载各种设备辐射的电磁场的信号干扰,抗干扰能力不强,不做特别处理的情况下,航向导航易失效。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本实用新型的目的在于提供无人机定向导航装置,旨在解决现有技术的无人机作业航线之间重叠度不一致,重叠区域无法实现精准可控,作业效率不够高的问题。
本实用新型的目的采用以下技术方案实现:
一种无人机定向导航装置,包括第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线、GNSS接收机解算模块、定向导航结果输出模块;
GNSS接收机解算模块分别与第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线、定向导航结果输出模块连接;
定向导航结果输出模块还与无人机飞控***连接。
在上述实施例的基础上,优选的,还包括与GNSS接收机解算模块连接的差分数据链通信天线。
在上述实施例的基础上,优选的,还包括设置于第一GNSS卫星接收天线与GNSS接收机解算模块之间的第一天线连接射频馈线,设置于第二GNSS卫星接收天线与GNSS接收机解算模块之间的第二天线连接射频馈线,以及设置于差分数据链通信天线与GNSS接收机解算模块之间的第三天线连接射频馈线。
在上述任意实施例的基础上,优选的,还包括设置于GNSS接收机解算模块与定向导航结果输出模块之间的内部信号接口。
在上述任意实施例的基础上,优选的,还包括与定向导航结果输出模块连接的数据传输接口,定向导航结果输出模块通过数据传输接口与无人机飞控***连接。
在上述任意实施例的基础上,优选的,无人机为轴距大于1米的旋翼无人机时,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在旋翼杆臂上。
在上述实施例的基础上,优选的,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线形成的矢量同无人机前进方向呈水平或垂直的方向。
或者,优选的,无人机为总长不超过50厘米的小型无人机时,采用机身延长方式搭建长距离的延长支架,延长支架总长超过旋桨的转动范围,将第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在支架末端上。
在上述实施例的基础上,优选的,在延长支架的末端撑高,将第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在撑高的支架末端上,令两个天线高于旋桨,用以免受旋桨转动时的遮挡。
或者,优选的,无人机为固定翼无人机时,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在机身的前后位置。
相比现有技术,本实用新型的有益效果在于:
本实用新型公开了无人机定向导航装置,GNSS卫星接收天线接收卫星信号并传输至GNSS接收机解算模块;GNSS接收机解算模块根据信号源解算生成定向导航结果,通过信号接口传输至定向导航结果输出模块;定向导航结果输出模块根据无人机飞行控制需要,输出导航结果,通过输出传输接口输出至无人机飞控***。
本实用新型具有两个GNSS卫星接收天线,通过分别解算两个卫星接收天线的位置,形成两个位置构成的基线的矢量。该基线矢量在某一个坐标系中参考于标准矢量即构成了航向角。两个天线形成的矢量在无人机载体上固定安装,则可得到无人机载体上相对于标准参考矢量的航向角,也即获得了载体的定向导航结果。由于双天线基线距离相较天线位置到卫星位置之间的距离非常小,两个天线的位置解算具有很高的相关性,通过双差模型解算,抵消公共误差,即可得到高精度航向角。
本实用新型针对无人机全自主航线飞行对航向导航的需求以及现有技术方案的缺点,实现无人机载体航向的精准导航,从而解决航线与航线之间飞行区域重叠度不一致的问题;将卫星信号接收解算、差分解算和定向导航结果生成集成于一体,提高模块的集成度和独立性,降低各模块之间互连的复杂度,易于形成产品,提高可生产性。
本实用新型采用具有时间连续性的卫星导航测量方法,实现实时持续的定向导航。通过双GNSS接收天线自主差分解算,在无须基准站的情况下也能实现较高精度的定向导航;再通过抵消公共误差的定位差分解算,提高基线矢量的测量精度,更进一步提高定向导航的精度。在此高精度定向导航基础上,无人机进行植保作业喷洒时,航线与航线之间喷洒的重叠区域精准可控,提高作业效率,同时节省药物或肥料。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1示出了本实用新型实施例提供的一种无人机定向导航装置的结构示意图;
图2示出了本实用新型实施例提供的一种GNSS卫星接收天线的安装位置示意图;
图3示出了本实用新型实施例提供的一种GNSS卫星接收天线的安装位置示意图;
图4示出了本实用新型实施例提供的一种GNSS卫星接收天线的安装位置示意图;
图5示出了本实用新型实施例提供的直线几字形航线及其重叠区域对比的示意图。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本实用新型做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1所示,本实用新型实施例提供了一种无人机定向导航装置,包括第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线、GNSS接收机解算模块、定向导航结果输出模块;GNSS接收机解算模块分别与第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线、定向导航结果输出模块连接;定向导航结果输出模块还与无人机飞控***连接。
本实用新型实施例中,GNSS卫星接收天线接收卫星信号并传输至GNSS接收机解算模块;GNSS接收机解算模块根据信号源解算生成定向导航结果,通过信号接口传输至定向导航结果输出模块;定向导航结果输出模块根据无人机飞行控制需要,输出导航结果,通过输出传输接口输出至无人机飞控***。本实用新型实施例具有两个GNSS卫星接收天线,通过分别解算两个卫星接收天线的位置,形成两个位置构成的基线的矢量。该基线矢量在某一个坐标系中参考于标准矢量即构成了航向角。两个天线形成的矢量在无人机载体上固定安装,则可得到无人机载体上相对于标准参考矢量的航向角,也即获得了载体的定向导航结果。由于双天线基线距离相较天线位置到卫星位置之间的距离非常小,两个天线的位置解算具有很高的相关性,通过双差模型解算,抵消公共误差,即可得到高精度航向角。本实用新型实施例针对无人机全自主航线飞行对航向导航的需求以及现有技术方案的缺点,实现无人机载体航向的精准导航,从而解决航线与航线之间飞行区域重叠度不一致的问题;将卫星信号接收解算、差分解算和定向导航结果生成集成于一体,提高模块的集成度和独立性,降低各模块之间互连的复杂度,易于形成产品,提高可生产性。
优选的,本实用新型实施例还可以包括与GNSS接收机解算模块连接的差分数据链通信天线。这样做的好处是,能够接收地面基准站的差分数据并传输至GNSS接收机解算模块,用于对GNSS卫星接收天线的定向导航结果进行修正。这样做的好处是,通过差分定位解算,提高两个GNSS卫星接收天线的定位精度,进而提高基线矢量的测量精度,提高定向导航的解算精度。
地面基准站和无人机机载GNSS接收机装置同时接收卫星观测数据,地面基准站经过初步定位解算,将载波相位差分改正数据通过无线通信链路传输至机载GNSS接收机装置,机载GNSS接收机装置将自己观测到的卫星数据同基准站发送过来的差分改正数据进行差分解算,抵消公共误差,得到高精度的定位导航结果。通过提升定位精度,从而提升了双天线基线矢量的解算精度。具备了高精度的定向导航,无人机自主飞行航线便具有了更灵活的规划方式,保证无人机能够按照指定的偏转角度进行飞行。如图5所示,对于普遍的直线几字形航线而言,无人机在航线同航线之间喷洒作业时,若没有精准的定向导航,喷头喷洒的区域将可能重叠过多,也可能无法重叠,引起植保作业不良效果。
优选的,本实用新型实施例还可以包括设置于第一GNSS卫星接收天线与GNSS接收机解算模块之间的第一天线连接射频馈线,设置于第二GNSS卫星接收天线与GNSS接收机解算模块之间的第二天线连接射频馈线,以及设置于差分数据链通信天线与GNSS接收机解算模块之间的第三天线连接射频馈线。
优选的,本实用新型实施例还可以包括设置于GNSS接收机解算模块与定向导航结果输出模块之间的内部信号接口。
优选的,本实用新型实施例还可以包括与定向导航结果输出模块连接的数据传输接口,定向导航结果输出模块通过数据传输接口与无人机飞控***连接。
优选的,本实用新型实施例还可以包括与定向导航结果输出模块连接的电源供电接口。
基线矢量的计算依靠的是两个卫星接收天线的位置定位信息,当两个位置非常靠近,即两个天线安装相距非常小的时候,矢量计算的误差将非常大,甚至导致无法解算出定向导航结果。因此,无人机定向导航GNSS接收机***的两个GNSS卫星接收天线安装须满足解算条件。
当无人机为轴距大于1米的旋翼无人机时,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线可以安装在旋翼杆臂上,如图2所示。优选的,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线形成的矢量可以同无人机前进方向呈水平或垂直的方向。这样做的好处是,能够更方便地标定双天线基线矢量在无人机载体的安装角度。安装布线时,可以将天线连接射频馈线穿过无人机悬臂的中空部位,不会妨碍GNSS天线的紧固安装,同时使得整机布线更简洁。
而对于小型无人机,总长不超过50厘米,可采用机身延长方式搭建长距离的安装支架。当无人机为总长不超过50厘米的小型无人机时,可以采用机身延长方式搭建长距离的延长支架,延长支架总长超过旋桨的转动范围,将第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在支架末端上,如图3所示。优选的,还可以在延长支架的末端撑高,将第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在撑高的支架末端上,令两个天线高于旋桨,用以免受旋桨转动时的遮挡。优选的,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线形成的矢量可以同无人机前进方向呈水平或垂直的方向。
对于固定翼无人机,可将两个GNSS卫星接收天线安装在机身的前后位置,紧固性更强,也不会增加无人机的飞行空气阻力。当无人机为固定翼无人机时,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线可以安装在机身的前后位置,如图4所示。优选的,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线形成的矢量可以同无人机前进方向呈水平或垂直的方向。
优选的,GNSS卫星接收天线可以采用轻小型的螺旋天线,降低重量和安装占用体积,延长无人机续航时间;差分数据链通信天线可以依据选择的无线通信模块的工作频段而定;GNSS接收机解算模块和定向导航结果输出模块可以集成在一个独立装置上。
优选的,天线连接射频馈线可以采用50Ω的同轴线缆,这样做的好处是,能够兼容大部分的射频信号特征阻抗,提高屏蔽效果。GNSS接收机解算模块传输至定向导航结果输出模块的信号接口可以采用TTL/CMOS电平特性的通用串行传输接口,在独立的装置内部传输信号。外部数据传输接口可以采用TTL/CMOS电平特性或RS232电平特性的通用串行输出接口,也可以采用通用串行传输总线USB接口,还可采用控制区域网络CAN接口。电源供电接口可以采用带有正负极性标注的,通流能力大于1A的接口,电压范围符合2S~9S的锂离子电池供电范围的标称7.4~33.3V。
本实用新型实施例所带来的好处包括:
1、提供了一种无人机定向导航的GNSS接收机装置。两个卫星信号接收天线,形成实时连续的航向导航。在农业植保作业应用上,卫星信号接收不受遮挡,解算结果精度更高,相较使用磁航向仪的方案,能够得到更精准的航向控制信号。另一方面,使用GNSS卫星信号进行航向导航,避免了磁航向仪易受机载各种其它设备电磁干扰影响的问题,更具有稳定性。
2、双GNSS接收天线提供自主差分,抵消公共误差。
3、双天线在无人机载体上的加长基线安装提高定向导航精度。
4、定位差分解算提高双天线基线矢量的测量精度。
5、精准的航向导航有助于降低航线与航线之间喷洒的重叠区域,提高作业效率。
本实用新型实施例不仅提出一种搭载于无人机的定向导航的GNSS接收机装置,并给出了在无人机上搭载安装定向导航装置的方式。
本实用新型从使用目的上,效能上,进步及新颖性等观点进行阐述,其具有的实用进步性,己符合专利法所强调的功能增进及使用要件,本实用新型以上的说明及附图,仅为本实用新型的较佳实施例而己,并非以此局限本实用新型,因此,凡一切与本实用新型构造,装置,待征等近似、雷同的,即凡依本实用新型专利申请范围所作的等同替换或修饰等,皆应属本实用新型的专利申请保护的范围之内。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。尽管本实用新型已进行了一定程度的描述,明显地,在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下,可进行各个条件的适当变化。可以理解,本实用新型不限于所述实施方案,而归于权利要求的范围,其包括所述每个因素的等同替换。对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机定向导航装置,其特征在于,包括第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线、GNSS接收机解算模块、定向导航结果输出模块;
GNSS接收机解算模块分别与第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线、定向导航结果输出模块连接;
定向导航结果输出模块还与无人机飞控***连接。
2.根据权利要求1所述的无人机定向导航装置,其特征在于,还包括与GNSS接收机解算模块连接的差分数据链通信天线。
3.根据权利要求2所述的无人机定向导航装置,其特征在于,还包括设置于第一GNSS卫星接收天线与GNSS接收机解算模块之间的第一天线连接射频馈线,设置于第二GNSS卫星接收天线与GNSS接收机解算模块之间的第二天线连接射频馈线,以及设置于差分数据链通信天线与GNSS接收机解算模块之间的第三天线连接射频馈线。
4.根据权利要求1或2所述的无人机定向导航装置,其特征在于,还包括设置于GNSS接收机解算模块与定向导航结果输出模块之间的内部信号接口。
5.根据权利要求1或2所述的无人机定向导航装置,其特征在于,还包括与定向导航结果输出模块连接的数据传输接口,定向导航结果输出模块通过数据传输接口与无人机飞控***连接。
6.根据权利要求1或2所述的无人机定向导航装置,其特征在于,无人机为轴距大于1米的旋翼无人机时,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在旋翼杆臂上。
7.根据权利要求6所述的无人机定向导航装置,其特征在于,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线形成的矢量同无人机前进方向呈水平或垂直的方向。
8.根据权利要求1或2所述的无人机定向导航装置,其特征在于,无人机为总长不超过50厘米的小型无人机时,采用机身延长方式搭建长距离的延长支架,延长支架总长超过旋桨的转动范围,将第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在支架末端上。
9.根据权利要求8所述的无人机定向导航装置,其特征在于,在延长支架的末端撑高,将第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在撑高的支架末端上,令两个天线高于旋桨,用以免受旋桨转动时的遮挡。
10.根据权利要求1或2所述的无人机定向导航装置,其特征在于,无人机为固定翼无人机时,第一GNSS卫星接收天线、第二GNSS卫星接收天线安装在机身的前后位置。
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CN110244335A (zh) * 2019-06-04 2019-09-17 深圳供电局有限公司 双天线抗干扰导航装置及无人机

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