本實用新型涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無人機定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無人機的飛行一般包括起飛、航線飛行和降落三個階段，目前絕大多數(shù)民用無人機都使用GPS或北斗衛(wèi)星等定位導(dǎo)航方式，精度一般在5m～10m左右，并且這三個階段均使用這種定位方式。由于航線區(qū)域相對空曠，因而在中間的航線飛行階段，允許存在5m～10m的定位誤差，而在起飛和降落階段，航線相對繁忙，需要精準(zhǔn)地降落在指定點，或者從指定航線起飛。但是，現(xiàn)有的定位精度難以保證無人機降落于指定點，起飛時也容易偏離航線。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的主要目的在于提供一種無人機定位系統(tǒng)，旨在解決無人機起飛和降落階段，定位不準(zhǔn)確的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出一種無人機定位系統(tǒng)，包括無人機、無線定位基站、及地面站，所述無人機包括無線定位標(biāo)簽、及位置修正模塊，其中，

無線定位標(biāo)簽，接收地面站發(fā)送的定位無線電波，回復(fù)無線脈沖信號；

無線定位基站，捕捉所述無線脈沖信號，將無線脈沖信號及其時間點的信息發(fā)送至地面站；

地面站，將所述無線脈沖信號及其時間點的信息處理成無人機相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息，并實時發(fā)送至所述無人機；

位置修正模塊，依據(jù)所述三維坐標(biāo)信息對無人機的位置進行修正。

進一步地，所述無線定位基站設(shè)置有多個，所述第一基站為標(biāo)定的1號無線定位基站。

進一步地，所述無人機與地面站之間還設(shè)置有通信鏈路，用于二者之間的數(shù)據(jù)信息交互。

進一步地，所述無人機還包括：

顯示模塊，顯示無人機的位置信息及飛行狀態(tài)信息。

進一步地，所述地面站包括：

報警模塊，在無人機偏離預(yù)設(shè)坐標(biāo)閾值范圍時進行報警，并啟動位置自動修正；

手動矯正模塊，在無人機喪失位置自動修正能力時，對其進行位置矯正。

進一步地，所述無線脈沖信號的頻段為6.8GHz。

進一步地，該無人機定位系統(tǒng)的定位精度為10～30cm。

本實用新型的無人機定位系統(tǒng)，包括無人機、無線定位基站、及地面站，所述無人機包括無線定位標(biāo)簽、及位置修正模塊，在無人機進出無線定位基站范圍時，無線定位標(biāo)簽接收地面站發(fā)送的定位無線電波，回復(fù)無線脈沖信號，無線定位基站捕捉所述無線脈沖信號，并將無線脈沖信號及其時間點的信息發(fā)送至地面站，地面站將所述無線脈沖信號及其時間點的信息處理成無人機相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息，并實時發(fā)送至所述無人機，位置修正模塊通過地面站發(fā)送的三維坐標(biāo)信息對無人機位置進行實時修正，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。本實用新型的無人機定位系統(tǒng)，解決了無人機起飛和降落階段，定位不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，成本低、適用性強、抗干擾能力強、定位準(zhǔn)確。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型無人機定位系統(tǒng)一實施例的功能模塊圖；

圖2為本實用新型一實施例構(gòu)建的坐標(biāo)系QXYZ的示意圖。

附圖標(biāo)號說明：

本實用新型目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

需要說明，本實用新型實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關(guān)系、運動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。

另外，在本實用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本實用新型要求的保護范圍之內(nèi)。

參照圖1，圖1為本實用新型的無人機定位系統(tǒng)一實施例的功能模塊圖，在該實施例中，無人機定位系統(tǒng)包括無人機10、無線定位基站20、及地面站30，無人機10包括無線定位標(biāo)簽11、及位置修正模塊12，其中，

無線定位標(biāo)簽11，接收地面站30發(fā)送的定位無線電波，回復(fù)無線脈沖信號；

無線定位基站20，捕捉所述無線脈沖信號，將無線脈沖信號及其時間點的信息發(fā)送至地面站30；

地面站30，將所述無線脈沖信號及其時間點的信息處理成無人機10相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息，并實時發(fā)送至所述無人機10；

位置修正模塊12，依據(jù)所述三維坐標(biāo)信息對無人機10的位置進行修正。

本實施例的無人機定位系統(tǒng)，包括無人機10、無線定位基站20、及地面站30，在無人機10進出無線定位基站20范圍時融合無人機10用以導(dǎo)航的定位數(shù)據(jù)，此時采用GPS定位和無線電定位結(jié)合的方式，無人機10在航行階段采用GPS導(dǎo)航定位，在降落階段，檢測到進入無線定位基站20范圍時，無人機10自動結(jié)合無線電定位模式，在起飛階段，無人機10飛出無線定位基站20范圍后，隨著距離越來越遠(yuǎn)，無線定位標(biāo)簽11很難再接收到地面站30發(fā)送的定位無線電波，因而不會再回復(fù)無線脈沖信號，無線電定位逐漸弱化，無人機10自動切換至單GPS定位模式。

無人機10的無線電定位主要依賴于設(shè)置于無人機10上的無線定位標(biāo)簽11，無人機10在無線電定位模式下，無線定位標(biāo)簽11會實時接收地面站30發(fā)送的定位無線電波而向外回復(fù)無線脈沖信號，無線定位基站20能夠捕捉無線定位標(biāo)簽11發(fā)射的無線脈沖信號，并將無限脈沖信號的信息及無限脈沖信號發(fā)送的時間點信息實時發(fā)送至地面站30，無線定位基站20設(shè)置有多個，可以根據(jù)機場的大小調(diào)整數(shù)量和分布，每一個無線定位基站20都標(biāo)定有1～n的序列號，第一基站為1號無線定位基站，第二基站為2號無線定位基站，以此類推。一個起飛或降落場地只需要安裝一套無線定位基站20，成本為20000RMB，而無人機10上只需要安放一個無線定位標(biāo)簽11，一套無線定位基站20可以容納近千個無線定位標(biāo)簽11，而且無線定位標(biāo)簽11的成本低廉，降低了該系統(tǒng)的成本。

地面站30是設(shè)置于地面上的監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理中心，與無線定位基站20以有線或無線方式連接，主要用于將無線定位基站20實時發(fā)送的無線脈沖信號及其時間點信息處理成無人機相對無線定位基站20中標(biāo)定的1號無線定位基站的三維坐標(biāo)信息，并實時發(fā)送至無人機10，所述的1號無線定位基站是無人機10假定的降落目的地，故而將其設(shè)定為第一基站，在其他實施例中，無人機10選定其他目的地時，也可以選擇其他標(biāo)號的無線定位基站20作為第一基站。

地面站30將無人機10相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息發(fā)送給無人機10后，無人機10攜帶的位置修正模塊12，會依據(jù)地面站30發(fā)送的三維坐標(biāo)信息修正無人機10在該時刻相對該三維坐標(biāo)信息的偏離值，進而實現(xiàn)無人機10的精準(zhǔn)定位。

本實施例的無人機定位系統(tǒng)，包括無人機10、無線定位基站20、及地面站30，所述無人機10包括無線定位標(biāo)簽11、及位置修正模塊12，無人機10在進出無線定位基站范圍時，無線定位標(biāo)簽11接收地面站30發(fā)送的定位無線電波，回復(fù)無線脈沖信號，無線定位基站20捕捉所述無線脈沖信號，并將無線脈沖信號及其時間點的信息發(fā)送至地面站30，地面站30將所述無線脈沖信號及其時間點的信息處理成無人機10相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息，并實時發(fā)送至所述無人機10，位置修正模塊12通過地面站30發(fā)送的三維坐標(biāo)信息對無人機10位置進行實時修正，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。本實施例的無人機定位系統(tǒng)，解決了無人機起飛和降落階段，定位不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，成本低、適用性強、抗干擾能力強、定位準(zhǔn)確。

進一步地，參照圖1，無人機10與地面站30之間還設(shè)置有通信鏈路40，用于二者之間的數(shù)據(jù)信息交互。

本實施例的無人機定位系統(tǒng)，無人機10與地面站30之間還設(shè)有通信鏈路40，以實現(xiàn)無人機10與店面站30之間的大數(shù)據(jù)信息的快速交互。

進一步地，參照圖1，地面站30包括：

顯示模塊31，顯示無人機10的位置信息及飛行狀態(tài)信息；

報警模塊32，在無人機10偏離預(yù)設(shè)坐標(biāo)閾值范圍時進行報警，并啟動位置自動修正；

手動矯正模塊33，在無人機10喪失位置自動修正能力時，對其進行位置矯正。

本實施例的無人機定位系統(tǒng)，地面站30包括顯示模塊31、報警模塊32、及手動矯正模塊33，地面站30作為無人機10的地面監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理中心，需要實時對無人機10的航行信息進行監(jiān)控，因而設(shè)置顯示模塊31，以顯示無人機10實時的位置信息及飛行狀態(tài)信息；為了保證無人機32的安全航行，在地面站30還設(shè)有報警模塊32，無人機10在飛行過程中受風(fēng)速、氣流等影響可能偏離預(yù)設(shè)的航線，因此設(shè)定一個相對預(yù)設(shè)坐標(biāo)可以偏離的最大閾值，只要無人機10偏離的坐標(biāo)位置在預(yù)設(shè)的閾值范圍內(nèi)，都屬于安全飛行，但是也會遇到一些突發(fā)情況，使得無人機10偏離預(yù)設(shè)坐標(biāo)閾值范圍，這時就需要報警模塊32進行報警，并提醒無人機操作人員注意，并啟動無人機的位置自動修正功能，在無人機10損壞較為嚴(yán)重，喪失位置自動修正能力的情況下，就需要無人機操作人員啟用手動矯正模塊33對該無人機進行位置坐標(biāo)矯正，以盡可能保證無人機的安全飛行或安全降落。

進一步地，所述無線脈沖信號的頻段為6.8GHz。

本實施例的無人機定位系統(tǒng)，無線定位標(biāo)簽11發(fā)射的無線脈沖信號的頻段為6.8GHz，跟普通民用無線電設(shè)備的頻段相差較大，不易受到民用無線電頻段的影響，不受光線、沙塵、大霧，抗干擾能力強。

進一步地，該無人機定位系統(tǒng)的定位精度為10～30cm。

本實施例的無人機系統(tǒng)，定位精度為10～30cm，達到了cm級的定位精度，相比于其他定位方式，可以實現(xiàn)無人機的精準(zhǔn)導(dǎo)航。

參照圖1，在該實施例中，無人機10應(yīng)用上述定位系統(tǒng)的進行降落時，具體包括：

無人機10進入無線定位基站20范圍，無線定位標(biāo)簽11接收地面站30發(fā)送的定位無線電波，回復(fù)無線脈沖信號；

無線定位基站20捕捉所述無線脈沖信號，并將無線脈沖信號及其時間點的信息發(fā)送至地面站30；

地面站30將所述無線脈沖信號及其時間點信息處理成無人機10相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息，并實時發(fā)送至所述無人機10；

無人機10通過所述三維坐標(biāo)信息對自身位置進行修正，完成降落。

本實施例基于上述無人機定位系統(tǒng)，在無人機降落階段，在無人機10進入無線定位基站20范圍后，無人機10的定位模式會采用無人機10航行階段使用的GPS定位模式或慣導(dǎo)定位模式與無線電定位模式結(jié)合的形式，同時，地面站30發(fā)射用于定位的無線電波，無線定位標(biāo)簽11收到該無線電波后立即回復(fù)一個對應(yīng)的無線脈沖信號，無線定位基站20捕捉到該無線脈沖信號后，將該無線脈沖信號及其時間點發(fā)送給地面站30，地面站30接收所述無線脈沖信號及其時間點信息，將其處理成無人機10相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息，并實時發(fā)送至無人機10，無人機10接收到所述三維坐標(biāo)信息后，位置修正模塊12會參照該三維坐標(biāo)信息對無人機10的實際坐標(biāo)進行修正，使其沿預(yù)設(shè)航線精準(zhǔn)降落。

無人機10相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息的處理過程如下，設(shè)定A、B、C、D四個無線定位基站20，Q為無人機10，建立坐標(biāo)系QXYZ，如圖2所示，四個無線定位基站20的位置及距離無人機10的距離分別為d_AQ、d_BQ、d_CQ、d_DQ，V為光速，即電磁波的速度。

當(dāng)定位系統(tǒng)開始工作后，無線定位基站20會一直發(fā)射無線電波，并記錄每次的發(fā)送時刻T₁，當(dāng)無人機10進入無線定位基站20范圍后，無線定位標(biāo)簽11收到地面站發(fā)送的定位無線電波后，會發(fā)射對應(yīng)的無線脈沖應(yīng)答信號，無線定位基站接收到該無線脈沖應(yīng)答信號的時刻記為T₂，無線定位標(biāo)簽11接收定位無線電波后回復(fù)無線脈沖信號的時間長度為T₀，可以得出無線定位標(biāo)簽11與無線定位基站20的距離d為：d＝V*((T₂-T₁)-T₀)/2。

基站A點的坐標(biāo)為A(x_A，y_A，z_A)，A離無人機的距離為d_AQ，基站B點的坐標(biāo)為B(x_B，y_B，z_B)，B離無人機的距離為d_BQ，基站C點的坐標(biāo)為C(x_C，y_C，z_C)，C離無人機的距離為d_CQ，基站D點的坐標(biāo)為D(x_D，y_D，z_D)，D離無人機的距離為d_DQ，無人機Q點的坐標(biāo)為Q(x_Q，y_Q，z_Q)，由距離公式計算d_AQ、d_BQ、d_CQ、d_DQ，由此聯(lián)立方程組如下：

記

將上方程組求解得出：

x＝-(dAQ^2*y2*z3-dAQ^2*y3*z2-dAQ^2*y2*z4+dAQ^2*y4*z2+dAQ^2*y3*z4-dAQ^2*y4*z3-dBQ^2*y1*z3+dBQ^2*y3*z1+dBQ^2*y1*z4-dBQ^2*y4*z1-dBQ^2*y3*z4+dBQ^2*y4*z3+dCQ^2*y1*z2-dCQ^2*y2*z1-dCQ^2*y1*z4+dCQ^2*y4*z1+dCQ^2*y2*z4-dCQ^2*y4*z2-dDQ^2*y1*z2+dDQ^2*y2*z1+dDQ^2*y1*z3-dDQ^2*y3*z1-dDQ^2*y2*z3+dDQ^2*y3*z2-lA^2*y2*z3+lA^2*y3*z2+lA^2*y2*z4-lA^2*y4*z2-lA^2*y3*z4+lA^2*y4*z3+lB^2*y1*z3-lB^2*y3*z1-lB^2*y1*z4+lB^2*y4*z1+lB^2*y3*z4-lB^2*y4*z3-lC^2*y1*z2+lC^2*y2*z1+lC^2*y1*z4-lC^2*y4*z1-lC^2*y2*z4+lC^2*y4*z2+lD^2*y1*z2-lD^2*y2*z1-lD^2*y1*z3+lD^2*y3*z1+lD^2*y2*z3-lD^2*y3*z2)/(2*(x1*y2*z3-x1*y3*z2-x2*y1*z3+x2*y3*z1+x3*y1*z2-x3*y2*z1-x1*y2*z4+x1*y4*z2+x2*y1*z4-x2*y4*z1-x4*y1*z2+x4*y2*z1+x1*y3*z4-x1*y4*z3-x3*y1*z4+x3*y4*z1+x4*y1*z3-x4*y3*z1-x2*y3*z4+x2*y4*z3+x3*y2*z4-x3*y4*z2-x4*y2*z3+x4*y3*z2))

y＝(dAQ^2*x2*z3-dAQ^2*x3*z2-dAQ^2*x2*z4+dAQ^2*x4*z2+dAQ^2*x3*z4-dAQ^2*x4*z3-dBQ^2*x1*z3+dBQ^2*x3*z1+dBQ^2*x1*z4-dBQ^2*x4*z1-dBQ^2*x3*z4+dBQ^2*x4*z3+dCQ^2*x1*z2-dCQ^2*x2*z1-dCQ^2*x1*z4+dCQ^2*x4*z1+dCQ^2*x2*z4-dCQ^2*x4*z2-dDQ^2*x1*z2+dDQ^2*x2*z1+dDQ^2*x1*z3-dDQ^2*x3*z1-dDQ^2*x2*z3+dDQ^2*x3*z2-lA^2*x2*z3+lA^2*x3*z2+lA^2*x2*z4-lA^2*x4*z2-lA^2*x3*z4+lA^2*x4*z3+lB^2*x1*z3-lB^2*x3*z1-lB^2*x1*z4+lB^2*x4*z1+lB^2*x3*z4-lB^2*x4*z3-lC^2*x1*z2+lC^2*x2*z1+lC^2*x1*z4-lC^2*x4*z1-lC^2*x2*z4+lC^2*x4*z2+lD^2*x1*z2-lD^2*x2*z1-lD^2*x1*z3+lD^2*x3*z1+lD^2*x2*z3-lD^2*x3*z2)/(2*(x1*y2*z3-x1*y3*z2-x2*y1*z3+x2*y3*z1+x3*y1*z2-x3*y2*z1-x1*y2*z4+x1*y4*z2+x2*y1*z4-x2*y4*z1-x4*y1*z2+x4*y2*z1+x1*y3*z4-x1*y4*z3-x3*y1*z4+x3*y4*z1+x4*y1*z3-x4*y3*z1-x2*y3*z4+x2*y4*z3+x3*y2*z4-x3*y4*z2-x4*y2*z3+x4*y3*z2))

z＝-(dAQ^2*x2*y3-dAQ^2*x3*y2-dAQ^2*x2*y4+dAQ^2*x4*y2+dAQ^2*x3*y4-dAQ^2*x4*y3-dBQ^2*x1*y3+dBQ^2*x3*y1+dBQ^2*x1*y4-dBQ^2*x4*y1-dBQ^2*x3*y4+dBQ^2*x4*y3+dCQ^2*x1*y2-dCQ^2*x2*y1-dCQ^2*x1*y4+dCQ^2*x4*y1+dCQ^2*x2*y4-dCQ^2*x4*y2-dDQ^2*x1*y2+dDQ^2*x2*y1+dDQ^2*x1*y3-dDQ^2*x3*y1-dDQ^2*x2*y3+dDQ^2*x3*y2-lA^2*x2*y3+lA^2*x3*y2+lA^2*x2*y4-lA^2*x4*y2-lA^2*x3*y4+lA^2*x4*y3+lB^2*x1*y3-lB^2*x3*y1-lB^2*x1*y4+lB^2*x4*y1+lB^2*x3*y4-lB^2*x4*y3-lC^2*x1*y2+lC^2*x2*y1+lC^2*x1*y4-lC^2*x4*y1-lC^2*x2*y4+lC^2*x4*y2+lD^2*x1*y2-lD^2*x2*y1-lD^2*x1*y3+lD^2*x3*y1+lD^2*x2*y3-lD^2*x3*y2)/(2*(x1*y2*z3-x1*y3*z2-x2*y1*z3+x2*y3*z1+x3*y1*z2-x3*y2*z1-x1*y2*z4+x1*y4*z2+x2*y1*z4-x2*y4*z1-x4*y1*z2+x4*y2*z1+x1*y3*z4-x1*y4*z3-x3*y1*z4+x3*y4*z1+x4*y1*z3-x4*y3*z1-x2*y3*z4+x2*y4*z3+x3*y2*z4-x3*y4*z2-x4*y2*z3+x4*y3*z2))

再令Z_BD＝-Z_DB＝Z_B-Z_D，Z_CA＝-Z_AC＝Z_C-Z_A，其它的類推，則上式化簡為：

最終得出無人機10的三維坐標(biāo)Q(x_Q，y_Q，z_Q)。

參照圖1，在該實施例中，無人機10應(yīng)用上述定位系統(tǒng)進行起飛時，具體包括：

無人機10的無線定位標(biāo)簽11接收地面站30發(fā)送的定位無線電波，回復(fù)無線脈沖信號；

無線定位基站20捕捉所述無線脈沖信號，并將無線脈沖信號及其時間點的信息發(fā)送至地面站30；

地面站30將所述無線脈沖信號及其時間點信息處理成無人機10相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息，并實時發(fā)送至所述無人機10；

無人機10通過所述三維坐標(biāo)信息對自身位置進行修正，完成起飛；

無人機飛出無線定位基站20范圍，切換至單GPS定位模式。

本實施例基于上述無人機定位系統(tǒng)，在無人機起飛階段，地面站30發(fā)射定位的無線電波，無線定位標(biāo)簽11收到該無線電波后立即回復(fù)一個對應(yīng)的無線脈沖信號，無線定位基站20捕捉到所述無線脈沖信號后，將該無線脈沖信號及其時間點實時發(fā)送至地面站30，地面站30接收所述無線脈沖信號及其時間點信息，將其處理成無人機10相對于第一基站的三維坐標(biāo)信息，實時發(fā)送至無人機10，無人機10接收到所述三維坐標(biāo)信息(依據(jù)上述方法得到)后，位置修正模塊12會參照該三維坐標(biāo)信息對無人機10的實際坐標(biāo)進行修正，使其沿預(yù)設(shè)航線起飛，在無人機10飛出無線定位基站20范圍后，隨著距離越來越遠(yuǎn)，無線定位標(biāo)簽11很難再接收到地面站30發(fā)送的定位無線電波，因而不會再回復(fù)無線脈沖信號，無線電定位逐漸弱化，無人機10自動切換至單GPS定位模式。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是在本實用新型的實用新型構(gòu)思下，利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效變換，或直接/間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。