一種基于gps與超聲波的小型無人機室內外無縫集成定位系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種無人機定位系統(tǒng)，特別涉及一種基于GPS與超聲波的小型無 人機室內外無縫集成定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著科技發(fā)展，人們越來越關注興趣點的定位和導航。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS : Global Navigation Satellite System)提供了有效的室外定位手段。繼美國的GPS和俄 羅斯的GLONASS系統(tǒng)之后，我國北斗導航系統(tǒng)在2012年也形成覆蓋亞太大部分地區(qū)的服務 能力。但衛(wèi)星導航也有它的不足和脆弱性，例如衛(wèi)星信號在受到干擾或遮擋時，將失去定位 導航能力，而且在高樓林立的城市區(qū)域以及大型場館的室內，衛(wèi)星定位的精度會大幅降低， 甚至無法定位。然而，大型公共場館內部建筑結構復雜、人員密度高、場館內設備數(shù)量大，對 室內定位的需求十分迫切，定位與位置服務的"最后一公里"問題日益突出。
[0003] 以GPS為例，GPS現(xiàn)在被各行各業(yè)使用，是最熱門的定位技術之一，傳統(tǒng)的GPS定 位技術在戶外運轉良好，但在室內或衛(wèi)星信號無法覆蓋的地方效果較差，一般民用的精度 也不夠高（IOm左右)，相對于室內導航的要求（Im以內）還有一段距離。
[0004] 室內定位是指在室內環(huán)境中實現(xiàn)位置定位，主要采用無線通訊、基站定位、慣導定 位等多種技術集成形成一套室內位置定位體系，從而實現(xiàn)人員、物體等在室內空間中的位 置監(jiān)控。目前室內定位技術應用廣泛的有：室內GPS定位技術，紅外線室內定位技術，超聲 波定位技術，射頻識別定位技術(WLAN，ZigBee，藍牙技術，Wi-Fi技術等)，超寬帶技術。而 對于小型無人飛行器的室內定位，由超聲波傳感器測距形成坐標的定位系統(tǒng)，具備抗干擾 性強，精度高的特點。
[0005] 超聲波定位目前大多數(shù)采用反射式測距法，系統(tǒng)由一個主測距器和若干個電子標 簽組成，主測距器可放置于移動機器人本體上，各個電子標簽放置于室內空間的固定位置。 定位過程如下：先由上位機發(fā)送同頻率的信號給各個電子標簽，電子標簽接收到后又反射 傳輸給主測距器，從而可以確定各個電子標簽到主測距器之間的距離，并得到定位坐標。
[0006] 而室外定位和室內定位之間需要有一個平滑的過度或連接，這就需要運用到無縫 定位技術。無縫定位技術就是指在人類活動的地上、地下空間和外層空間范圍內能夠聯(lián)合 采用不同定位技術以達到對各種定位應用的無縫覆蓋同時保證各種場景下定位技術、定位 算法、定位精度和覆蓋范圍的平滑過渡和無縫連接。泛在計算對應的泛在定位技術其相對 于無縫定位技術而言覆蓋的范圍偏向于城市和室內空間。
[0007] 小型無人飛行器的定位技術在國內外已有諸多方案，室外定位技術已相對比較成 熟，而室內定位技術也有少許方案，而同時具備室內外定位的小型飛行器卻少之極少。 【實用新型內容】
[0008] 本實用新型的目的是提供一種結構簡單，導航定位準確，同時實現(xiàn)室外與室內導 航的無縫連接的基于GPS與超聲波的小型無人機室內外無縫集成定位系統(tǒng)。
[0009] 實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：一種基于GPS與超聲波的小型 無人機室內外無縫集成定位系統(tǒng)，包括：飛行器主體，其特征在：在所述的飛行器主體上設 有APM芯片，運動處理組件、三軸磁力計、空氣壓力傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、超聲波定位 模塊以及電子航向系統(tǒng)分別與APM芯片連接，所述的運動處理組件與飛行器主體上的螺旋 槳組件連接，超聲波定位模塊與安裝在室內的超聲波定位系統(tǒng)相對應，所述的無線數(shù)據(jù)傳 輸模塊與控制終端相對應。
[0010] 優(yōu)選的是，所述的APM芯片上兼容自帶有GPS模塊。
[0011] 優(yōu)選的是，所述的運動處理組件為六軸運動處理組件MPU-6050。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的三軸磁力計型號為HMC5883。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的空氣壓力傳感器為高精度數(shù)字空氣壓力傳感器MS5611。
[0014] 本實用新型采用上述結構后，通過采用GPS與超聲波相互結合，加上多傳感器集 成的結構形式，使小型無人機在能夠適應室外精確導航定位的同時，在檢測不到GPS衛(wèi)星 信號的室內同樣也能夠實現(xiàn)精確導航定位，并且實現(xiàn)室外與室內導航的無縫連接，使飛行 器能在設定航線之后，穿梭于室內外，并最終精準到達目的地。本實用新型結構簡單，導航 定位準確，同時實現(xiàn)室外與室內導航的無縫連接。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0016] 圖2為本實用新型的超聲波定位原理示意圖。
[0017] 圖3為本實用新型參考點的覆蓋范圍示意圖。
[0018] 圖4為本實用新型參考點的分布示意圖。
[0019] 圖5為本實用新型無縫連接的基礎設備圖示意圖。
[0020] 圖中符號說明：1、飛行器主體，2、APM芯片，3、運動處理組件，4、三軸磁力計， 5、空氣壓力傳感器，6、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，7、超聲波定位模塊，8、電子航向系統(tǒng)，9、GPS 模塊。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明：
[0022] 如圖所示，為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：一種基于GPS與超 聲波的小型無人機室內外無縫集成定位系統(tǒng)，包括：飛行器主體1，其特征在：在所述的飛 行器主體1上設有APM芯片2,運動處理組件3、三軸磁力計4、空氣壓力傳感器5、無線數(shù)據(jù) 傳輸模塊6、超聲波定位模塊7以及電子航向系統(tǒng)8分別與APM芯片2連接，所述的運動處 理組件3與飛行器主體1上的螺旋槳組件連接，超聲波定位模塊7與安裝在室內的超聲波 定位系統(tǒng)相對應，所述的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊6與控制終端相對應。
[0023] 優(yōu)選的是，所述的APM芯片2上兼容自帶有GPS模塊9。
[0024] 優(yōu)選的是，所述的運動處理組件3為六軸運動處理組件3MPU-6050。
[0025] 優(yōu)選的是，所述的三軸磁力計4型號為HMC5883。
[0026] 優(yōu)選的是，所述的空氣壓力傳感器5為高精度數(shù)字空氣壓力傳感器MS5611。
[0027] 工作原理：
[0028] 首先，飛行器啟動，由紅外傳感器進行定高，當飛行器到達一定高度時，程序讀取 成功后會給一個for循環(huán)使飛行器一直處于一個固定高度，此時高度讀取由空氣壓力傳感 器5給出，飛行器定高完成后飛行器自動接入GPS定位，如圖所示，配合APM芯片2所帶的 mission planner程序可讓飛行器進行精確的定位并按照設定路線飛行，完成對室外定位 飛行的部分。當飛行器進入室內，超聲波定位模塊7檢測到超聲波信號，系統(tǒng)則自動斷開 GPS定位并同時進入室內定位模式，超聲波三球定位原理圖如圖2, 3,4,此時通過超聲波計 算數(shù)據(jù)得出飛行器具體位置，從而成功實現(xiàn)室內室外定位的無縫連接。
[0029] 實施例一：
[0030] 1)、超聲波室內定位原理
[0031] 超聲波一般是指頻率大于20kHz的機械振動波超聲波測距可采用傳播時間檢測 法進行，即測量超聲波從發(fā)射換能器發(fā)出經(jīng)空氣傳播到接收換能器的傳播時間t，將t與 其在空氣中的傳播速度V相乘，就得到超聲波此時的傳播距離S由于超聲波在空氣中的傳 播速度與溫度相關，則傳播距離為S= (331. 45+0. 607T) t
[0032] 式中：T為環(huán)境溫度應用上述測距的原理，可對處于空間坐標系中的物體位置坐 標進行計算，實現(xiàn)局域空間的定位功能。如附圖2所示，在實線所示的空間內，如果對移動 物體M進行定位，則需建立如圖2所示的直角坐標系，并在該空間的上方設置3個超聲波接 收點，其坐標分別為：Cl( xl，yl，zl)、C2( x2，y2，z