飞行器定位系统及其定位方法技术方案

一种飞行器定位系统及其定位方法，系统包括光信号发射装置，该光信号发射装置包括扫描光发射单元，包括以角速度ω进行360°旋转的、位于不同位置的两个线性激光源，分别用于发射带有第一调制信号的第一扫描光和带有第二调制信号的第二扫描光；光信号捕获装置位于飞行器上，用于分别捕获第一扫描光和第二扫描光，以及分别解调第一调制信号和第二解调信号并将其发射至控制装置；控制装置，用于发送控制信号至扫描光发射单元，以控制其发射第一扫描光和第二扫描光，同时记录发送时间t0；还用于记录接收第一调制信号的时间t1和接收第二调制信号的时间t2；控制装置根据角速度ω、时间t0、t1和t2完成所述飞行器的定位。本发明专利技术可实现对飞行器的精确定位。

【技术实现步骤摘要】
飞行器定位系统及其定位方法
本专利技术属于可见光通信
，更具体地涉及一种飞行器定位系统及其定位方法。
技术介绍
随着科技的不断发展，LED以其节能、发光效率高等诸多优点正在逐步取代其他照明光源，成为市面上的主流照明光源。同时，激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递信息的容量很大，再者激光束的发散角小、光能高度集中，既能传输较远距离，又易于保密。LED以及激光的的高速调制特性使得它们可以应用于通信技术，形成可见光通信技术(VLC)。目前，飞行器的定位系统或方法包括惯性导航系统和GPS导航系统，其中惯性导航系统具有短时精度高，可以连续的输出位置、速度、姿态信息，以及完全自主等突出优点，但它也存在本身不可克服的缺点，即误差会随时间积累，这严重影响其长时间的定位需求。GPS定位系统虽然抗干扰性强，但是在一些复杂的环境中很难提供稳定、精准的定位服务。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术的主要目的在于提出一种飞行器定位系统及其定位方法，用于解决以上技术问题的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术提出一种飞行器定位系统，包括：光信号发射装置，该光信号发射装置包括：扫描光发射单元，包括以角速度ω进行360°旋转的、位于不同位置的两个线性激光源，分别用于发射带有第一调制信号的第一扫描光和带有第二调制信号的第二扫描光；光信号捕获装置，位于飞行器上，用于分别捕获第一扫描光和第二扫描光，以及分别解调第一调制信号和第二解调信号并将其发射至控制装置；控制装置，用于发送控制信号至扫描光发射单元，以控制其发射第一扫描光和第二扫描光，同时记录发送时间t0；还用于记录接收第一调制信号的时间t1和接收第二调制信号的时间t2；控制装置根据所述角速度ω、时间t0、t1和t2完成所述飞行器的定位。在本专利技术的一些实施例中，上述控制装置根据所述角速度ω及t1-t0得到第一扫描光的传播方向；根据角速度ω及t2-t0得到第二扫描光的传播方向，根据第一扫描光的传播方向和第二扫描光的传播方向确定飞行器的位置。在本专利技术的一些实施例中，上述光信号发射装置还包括：基准光发射单元，用于发射带有基准调制信号的基准光；以及光信号捕获装置还用于捕获该基准光，以及解调该基准调制信号并将其发射至控制装置；控制装置在接收到基准调制信号的同时发送控制信号至扫描光发射单元。在本专利技术的一些实施例中，上述基准光发射单元包括：LED光源，用于发射带有基准调制信号的基准光；调制电路，用于向所述LED光源施加基准调制信号；驱动电路，用于驱动LED光源。在本专利技术的一些实施例中，上述扫描光发射单元还包括：两个驱动平台，分别用于承载两个线性激光源；该两个驱动平台均以角速度ω旋转，以带动两个线性激光源以角速度ω旋转；两个步进电机，分别用于驱动两个驱动平台以角速度ω旋转。在本专利技术的一些实施例中，上述扫描光发射单元还包括：驱动电路，用于驱动两个线性激光源；调制电路，用于向两个线性激光源分别施加第一调制信号和第二调制信号。在本专利技术的一些实施例中，上述光信号捕获装置包括：光信号捕获单元，用于捕获第一扫描光和第二扫描光，以及解调得到第一调制信号和第二调制信号；发射单元，用于发射第一调制信号和第二调制信号至控制装置。在本专利技术的一些实施例中，上述光信号捕获单元包括：光敏二极管，用于捕获第一扫描光和第二扫描光，并将第一扫描光和第二扫描光分别转换为第一电流和第二电流；放大电路，用于放大第一电流和第二电流；解调电路，用于解调放大后的第一电流和第二电流，得到第一调制信号和第二调制信号；其中，光敏二极管为入射半角为90°的光敏二极管。在本专利技术的一些实施例中，上述控制装置包括：接收单元，用于接收第一调制信号和第二调制信号；计时单元，用于记录时间t0、t1和t2；中央控制单元，用于发送控制信号至扫描光发射单元，并根据角速度ω、时间t0、t1和t2完成飞行器的定位。为了实现上述目的，作为本专利技术的另一个方面，本专利技术提出一种飞行器定位方法，采用上述的飞行器定位系统，包括以下步骤：步骤1、控制装置向光信号发射装置的扫描光发射单元发送控制信号，并同时记录控制信号的时间t0；步骤2、扫描光发射单元的两个线性激光源在控制信号的控制下，分别发射带有第一调制信号的第一扫描光和带有第二调制信号的第二扫描光；步骤3、光信号捕获装置分别捕获第一扫描光和第二扫描光，以及分别解调第一调制信号和第二调制信号并将其发射至控制装置；步骤4、控制装置分别接收第一调制信号和第二调制信号，并分别记录接收第一调制信号的时间t1和接收第二调制信号的时间t2；步骤5、控制装置根据角速度ω、时间t0、t1和t2完成所述飞行器的定位。在本专利技术的一些实施例中，采用的飞行器定位系统中，光信号发射装置还包括基准光发射单元；上述的飞行器定位方法在步骤1之前还包括以下步骤：控制装置向光信号发射装置的基准光射单元发送控制信号，以发射带有基准调制信号的基准光；光信号捕获装置捕获基准光，以及解调基准调制信号并将其发送至控制装置；控制装置接收基准调制信号，并同时进行步骤1。本专利技术提出的飞行器定位系统及其定位方法，具有以下有益效果：1、由于采用以角速度ω进行360°旋转的，位于不同位置的两个线性激光源对飞行器进行扫描，则根据飞行器上的光信号捕获装置捕获线性激光源的时间及线性激光源开始工作的时间，即可得知捕获的扫描光束的传播方向，由于两个线性激光源的位置不同，则两个线性激光源发射的被捕获的扫描光束不平行，必相交于一条垂直线，则该垂直线与水平面的交点即为飞行器此刻的水平位置，则结合飞行器的飞行高度，即可得知此刻飞行器的位置；由于线性激光源发射的扫描光束具有极好的时间相干性和空间相干性，通过旋转可基本覆盖空间中任一位置，且光束发散角小，光能高度集中，适用于远距离传输，因此可实现对飞行器的精确定位；2、由于采用基准光发射单元发射的光束被接收的时间来决定基准时问，其中的基准光发射单元又包括LED光源，因此可进一步提高对飞行器的定位精度，同时具有节能、兼具照明的优点；3、由于线性激光源发射扫描光的不间断性以及控制装置对时间和角度的精确计算，可以使定位系统消除累积误差带来的影响，实现实时的定位追踪。附图标记说明图1是本专利技术提出的飞行器定位系统的结构示意图；图2是本专利技术提出的飞行器定位方法的流程图；图3是本专利技术一实施例提出的飞行器定位系统的结构示意图；图4是本专利技术一实施例提出的飞行器定位方法的流程图；图5是本专利技术另一实施例提出的飞行器定位系统的实物示意图；图6是本专利技术另一实施例提出的飞行器定位系统的工作原理图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术公开了一种飞行器定位系统，包括：光信号发射装置，该光信号发射装置包括：扫描光发射单元，包括以角速度ω进行360°旋转的、位于不同位置的两个线性激光源，分别用于发射带有第一调制信号的第一扫描光和带有第二调制信号的第二扫描光；光信号捕获装置，位于飞行器上，用于分别捕获第一扫描光和第二扫描光，以及分别解调第一调制信号和第二解调信号并将其发射至控制装置；控制装置，用于发送控制信号至扫描光发射单元，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器定位系统，包括：光信号发射装置，该光信号发射装置包括：扫描光发射单元，包括以角速度ω进行360°旋转的、位于不同位置的两个线性激光源，分别用于发射带有第一调制信号的第一扫描光和带有第二调制信号的第二扫描光；光信号捕获装置，位于所述飞行器上，用于分别捕获所述第一扫描光和第二扫描光，以及分别解调所述第一调制信号和第二解调信号并将其发射至控制装置；控制装置，用于发送控制信号至所述扫描光发射单元，以控制其发射所述第一扫描光和第二扫描光，同时记录发送时间t0；还用于记录接收所述第一调制信号的时间t1和接收第二调制信号的时间t2；所述控制装置根据所述角速度ω、时间t0、t1和t2完成所述飞行器的定位。

【技术特征摘要】
1.一种飞行器定位系统，包括：光信号发射装置，该光信号发射装置包括：扫描光发射单元，包括以角速度ω进行360°旋转的、位于不同位置的两个线性激光源，分别用于发射带有第一调制信号的第一扫描光和带有第二调制信号的第二扫描光；光信号捕获装置，位于所述飞行器上，用于分别捕获所述第一扫描光和第二扫描光，以及分别解调所述第一调制信号和第二解调信号并将其发射至控制装置；控制装置，用于发送控制信号至所述扫描光发射单元，以控制其发射所述第一扫描光和第二扫描光，同时记录发送时间t0；还用于记录接收所述第一调制信号的时间t1和接收第二调制信号的时间t2；所述控制装置根据所述角速度ω、时间t0、t1和t2完成所述飞行器的定位。2.如权利要求1所述的飞行器定位系统，其中，所述控制装置根据所述角速度ω及t1-t0得到所述第一扫描光的传播方向；根据所述角速度ω及t2-t0得到所述第二扫描光的传播方向，根据所述第一扫描光的传播方向和第二扫描光的传播方向确定所述飞行器的位置。3.如权利要求1所述的飞行器定位系统，其中，所述光信号发射装置还包括：基准光发射单元，用于发射带有基准调制信号的基准光；以及所述光信号捕获装置还用于捕获所述基准光，以及解调所述基准调制信号并将其发射至所述控制装置；所述控制装置在接收到所述基准调制信号的同时发送控制信号至所述扫描光发射单元。4.如权利要求3所述的飞行器定位系统，其中，所述基准光发射单元包括：LED光源，用于发射带有基准调制信号的所述基准光；调制电路，用于向所述LED光源施加所述基准调制信号；驱动电路，用于驱动所述LED光源。5.如权利要求1所述的飞行器定位系统，其中，所述扫描光发射单元还包括：两个驱动平台，分别用于承载所述两个线性激光源；该两个驱动平台均以角速度ω旋转，以带动所述两个线性激光源以角速度ω旋转；两个步进电机，分别用于驱动所述两个驱动平台以角速度ω旋转；驱动电路，用于驱动所述两个线性激光源；调制电路，用于向所述两个线性激光源分别施加第一调制信号和第二调制信号。6.如权利要求1所述的飞行器定位系统，其中，所述光信号捕获装置包括：光信号捕获单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹方元，施安存，乔磊，曹家胜，王一航，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11