一种无人机近场引导系统和方法技术方案

本发明专利技术属于无线通讯，无人机无线精确定位等应用技术领域，提出的一种无人机近场引导系统，包括地面系统和机载定位系统，地面系统包括依次连接的无人机近场感知系统和定位基站，机载定位系统包括依次连接的机场感知系统、机载UWB定位系统和位置计算系统，定位基站与供电模块连接，定位基站与机载UWB定位系统无线连接，无人机近场感知系统和机场感知系统无线连接；定位基站和定位辅助通讯系统连接。还提出一种无人机近场引导方法。本发明专利技术构思巧妙，操作简便，解决了现有技术中精确定位受环境的影响大，技术成本高的技术问题。

An unmanned aerial vehicle (UAV) near field guidance system and method

The invention belongs to the field of wireless communication, wireless positioning application of UAV technology, proposed a UAV near field guide system, including the ground system and airborne positioning system, the ground system comprises a UAV near-field sensing system and base station positioning, airborne positioning system includes sensing system, connection of the airborne Airport UWB positioning system and position calculation system, base station is connected with the power supply module is connected with the base station positioning of airborne UWB positioning system wireless, UAV near field sensing system and sensing system of airport wireless connections; connecting base station and positioning auxiliary positioning communication system. A new approach to the unmanned aerial vehicle (UAV) near field guidance is also proposed. The invention is ingenious and easy to operate, and solves the technical problems of high precision positioning and high technical cost in the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机近场引导系统和方法
本专利技术属于无线通讯，无人机无线精确定位等应用
，涉及一种无人机近场引导系统和方法。
技术介绍
无人机精确定位主要是依赖与差分GPS，差分北斗等定位技术，其定位的精度比较高，但受环境的影响比较大。同时由于网络覆盖的等方面因素，不是每个地方都能保证到很好的定位精度。在此基础上，再增加了视觉识别等技术，其处理的数据量，成本都显著上升。现有系统存在最为典型的缺陷主要体现在下面几个方面：1.精确定位受环境的影响大现有精确定位主要是依赖于差分系统，差分系统受到下面几个因素的影响：A、网络覆盖程度，特别是在农村，差分的网络覆盖远不够完整；B、环境影响，在楼旁边，树木旁边，无法得到很好的差分信号，没有办法实现精确定位；C、差分系统的成本，若采用差分系统供应商，每个设备的运营费用高，自建差分基站，实施成本高。2.技术成本高若辅助视觉识别系统，进行匹配识别，其处理成本及网络通道要求比较高，实施的难度比较大。
技术实现思路
本专利技术提出一种无人机近场引导系统和方法，解决了现有技术中精确定位受环境的影响大，技术成本高的技术问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种无人机近场引导系统，包括地面系统和机载定位系统，所述地面系统包括依次连接的无人机近场感知系统和定位基站，所述机载定位系统包括依次连接的机场感知系统、机载UWB定位系统和位置计算系统，所述定位基站与供电模块连接，所述定位基站与所述机载UWB定位系统无线连接，所述无人机近场感知系统和所述机场感知系统无线连接。作为进一步的技术方案，所述定位基站和定位辅助通讯系统连接。作为进一步的技术方案，所述定位基站包括主基站和从基站，所述从基站至少为两个，所述主基站和所述从基站内均设置有UWB模块，所述定位辅助通讯系统设置在所述主基站内，所述无人机近场感知系统包括相互连接的第一感知系统和第二感知系统，所述第一感知系统设置在所述主基站内，所述第二感知系统设置在所述从基站内，所述第一感知系统与所述机场感知系统无线连接。作为进一步的技术方案，所述主基站和所述从基站内还均设置有运动传感器。作为进一步的技术方案，所述主基站和所述从基站内还均设置有状态指示模块和电源控制按钮。作为进一步的技术方案，所述供电模块为电池。一种无人机近场引导方法，包括以下步骤：构建无人机近场引导系统：构建所述无人机近场引导系统，所述主基站与所述从基站进行配对和交叉测距；无人机近场感知：所述主基站周期性唤醒所述第一感知系统，唤醒后所述第一感知系统主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；无人机应答：无人机接收所述主基站发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，所述机场感知系统应答此请求报文，并在应答报文上添加无人机的相关信息；匹配失败，则不应答；无人机定位：所述第一感知系统接收到无人机应答报文，所述主基站唤醒地面上所有所述从基站，无人机所述机载UWB定位系统开始和所述主基站、所述从基站进行测距，完成无人机定位；无人机降落：测距完成之后，所述机载UWB定位系统将测距结果提供给所述位置计算系统，所述位置计算系统将位置输出到无人机飞控单元，进行降落；无人机离开感知：无人机完成工作离开时，所述第一感知系统和所述无人机机场感知系统保持通讯直至无法感应到所述无人机机场感知系统信号，所述主基站和所述从基站进入休眠状态，等待下次使用。作为进一步的技术方案，所述无人机应答步骤和所述无人机定位步骤之间还设置有双通道认证步骤：所述主基站通过所述第一感知系统获得无人机的相关信息之后，将无人机的信息通过所述定位辅助通讯系统传输到服务器，收到服务器确认之后，无人机定位步骤启动，若收到一个否定的应答，无人机定位步骤不启动。作为进一步的技术方案，还包括地面系统管理步骤：系统使用过程中，服务器通过所述定位辅助通讯系统对基站状态进行实时监控和维护。作为进一步的技术方案，还包括定位基站自修正步骤，所述定位基站自修正步骤包括基站移动感知步骤、对比分析步骤和结果处理步骤，所述基站移动感知步骤：当构建地面系统步骤完成之后，所述运动传感器开始工作，当其感知到所述主基站或某一所述从基站被移动时，所述主基站重新发起命令，让所有基站进行交叉测距；所述对比分析步骤：把所述基站移动感知步骤所测得的测距结果和初始的测距结果进行对比分析；所述结果处理步骤：重新测距的结果与初始测距结果对比，结果超出设定阀值，系统通过所述定位辅助通讯系统向服务器产生告警，停止服务；未超出设定值且满足不停止服务条件，系统重新标定，形成新的基站坐标；其中，不停止服务条件包括以下几个：最多有一个定位基站被移动；所述主基站通过其他未移动的基站推算出移动基站的坐标；将更新后的坐标系统通知到服务器。本专利技术使用原理及有益效果为：本系统是基于超宽带的无人机近场引导的精确定位，该系统的组成主要是有UWB超宽带定位基站和辅助通讯系统，当无人机进入其工作范围之后，UWB定位系统开始进入工作状态，引导无人机精确着陆和离开机场等。主要是用于快递用无人机实现精确着陆送货。本系统中所采用的定位系统(UWB模块和机载UWB定位系统)均为IR-UWB定位系统，工作距离一般为100米内。感知系统(无人机近场感知系统和机场感知系统)均使用433MHz无线通讯实现，感知距离可达300米，但感知系统不局限采用433MHz通信频段进行通讯，只要其工作距离大于UWB工作距离即可。定位辅助通讯系统采用NBIOT模块实现，NBIOT模块不局限使用哪种通讯手段，比如Wi-Fi或3G/LTE等。其中，主基站和从基站采用明确的颜色进行区别标识，便于快速。本专利技术所提出无人机近场引导系统具有以下优点：1.高精度定位精度高，采用UWB-ToF测距进行精确定位，其定位精度高达10cm，能有效地辅助无人机着陆，保障了系统的定位精度要求。可以在同一个机场，实现多架无人机的定位要求。2.低成本系统设计采用低成本的方式实现，足以大范围推广此定位系统，并且，其不需要额外的运营费用，一次性投入，持续工作可以达到三年以上，极大降低系统的使用成本。3.高安全性采用完全独立的认证通道，系统使用起来更为安全，避免了无人机降落在错误的机场，或被非法劫持。4.低功耗所有的定位基站主基站和从基站都处于休眠状态，通过定期唤醒的方式感知无人机到来，才开始唤醒，提供服务，无人机提示服务结束或感知到无人机离开后，定位系统重新进入休眠状态。所有的定位基站都是采用电池供电，在需要对无人机提供服务的时候，基站工作，不需要为无人机服务的时候，就停止工作，能有效降低功耗。基站采用即插即用的方式，若需要更换电池，只需要换上新基站即可。基站安装的时候，通过结构的关联直接让定位基站上电，通过状态指示进行确认，由于采用电池供电，避免在未安装的时候，基站就开始工作，降低电池的工作时间。5.易维护易维护体现在多个方面，一个方面是基站的维护，其拆卸和安装不需要有专业的知识，即插即用。另外方面是系统的位置，所有设备周期性将状态更新到云端，任何系统不正常的状况都可以通过云端管理平台监控。6.自修正定位系统具有完整的自检功能，当设备被移动，系统能自我修复，若自我修复失败，会提示系统已经无法提供服务，以进行维护。由于系统在使用中，难以避免轻微移动，而通过自校准的方法，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机近场引导系统，其特征在于，包括地面系统(1)和机载定位系统(2)，所述地面系统(1)包括依次连接的无人机近场感知系统(12)和定位基站(11)，所述机载定位系统(2)包括依次连接的机场感知系统(22)、机载UWB定位系统(21)和位置计算系统(23)，所述定位基站(11)与供电模块(3)连接，所述定位基站(11)与所述机载UWB定位系统(21)无线连接，所述无人机近场感知系统(12)和所述机场感知系统(22)无线连接。

【技术特征摘要】
1.一种无人机近场引导系统，其特征在于，包括地面系统(1)和机载定位系统(2)，所述地面系统(1)包括依次连接的无人机近场感知系统(12)和定位基站(11)，所述机载定位系统(2)包括依次连接的机场感知系统(22)、机载UWB定位系统(21)和位置计算系统(23)，所述定位基站(11)与供电模块(3)连接，所述定位基站(11)与所述机载UWB定位系统(21)无线连接，所述无人机近场感知系统(12)和所述机场感知系统(22)无线连接。2.根据权利要求1所述的一种无人机近场引导系统，其特征在于，所述定位基站(11)和定位辅助通讯系统(13)连接。3.根据权利要求2所述的一种无人机近场引导系统，其特征在于，所述定位基站(11)包括主基站(111)和从基站(112)，所述从基站(112)至少为两个，所述主基站(111)和所述从基站(112)内均设置有UWB模块(114)，所述定位辅助通讯系统(13)设置在所述主基站(111)内，所述无人机近场感知系统(12)包括相互连接的第一感知系统(121)和第二感知系统(122)，所述第一感知系统(121)设置在所述主基站(111)内，所述第二感知系统(122)设置在所述从基站(112)内，所述第一感知系统(121)与所述机场感知系统(22)无线连接。4.根据权利要求3所述的一种无人机近场引导系统，其特征在于，所述主基站(111)和所述从基站(112)内还均设置有运动传感器(115)。5.根据权利要求3所述的一种无人机近场引导系统，其特征在于，所述主基站(111)和所述从基站(112)内还均设置有状态指示模块(116)和电源控制按钮(113)。6.根据权利要求3～5任一项所述的一种无人机近场引导系统，其特征在于，所述供电模块(3)为电池。7.一种无人机近场引导方法，其特征在于，包括以下步骤：构建无人机近场引导系统：构建权利要求4～6任一项所述无人机近场引导系统，所述主基站(111)与所述从基站(112)进行配对和交叉测距；无人机近场感知：所述主基站(111)周期性唤醒所述第一感知系统(121)，唤醒后所述第一感知系统(121)主动发出一个带ID的广播请求报文与无人机进行匹配；无人机应答：无人机接收所述主基站(111)发出的带ID的广播请求报文并进行匹配，匹配成功后，所述机场感知系统(22)应答此请求报文，并在应答报文上...

【专利技术属性】
技术研发人员：房宏，林权威，
申请(专利权)人：南京沃旭通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32