一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法与系统，方法包括：预先设置伪基站无人机以及流动站无人机；流动站无人机检测当前GNSS卫星信号个数，并将GNSS卫星信号个数与阈值比较；当卫星信号个数大于阈值时，流动站无人机使用GNSS定位模块接收基准站发来的定位信息，并进行实时坐标差分解算；当卫星信号个数小于阈值时，流动站无人机使用UWB定位模块，通过UWB测距并接收伪基站无人机发来的定位信息，解算出实时坐标。本发明专利技术融合了GNSS和UWB两种定位技术来实现无人机在复杂环境下的定位，当卫星信号受到影响时，无人机自动使用UWB进行定位，克服了卫星信号受干扰对无人机定位导航的影响。

An enhanced positioning method and system for UAVs integrated with GNSS and UWB

The invention discloses an enhanced UAV positioning method and system which combines GNSS and UWB. The method comprises: pre-set pseudo base station UAV and mobile station UAV; mobile station UAV detects the number of current GNSS satellite signals, and compares the number of GNSS satellite signals with the threshold value; when the number of satellite signals is greater than the threshold value, the stream is generated. Moving station UAV uses GNSS positioning module to receive the positioning information from the base station, and carries out real-time coordinate differential calculation. When the number of satellite signals is less than the threshold value, mobile station UAV uses UWB positioning module, and receives the positioning information from pseudo-base station UAV through UWB ranging, and calculates the real-time coordinates. The invention integrates GNSS and UWB positioning technology to realize UAV positioning in complex environment. When satellite signal is affected, UAV automatically uses UWB to positioning, which overcomes the influence of satellite signal interference on UAV positioning and navigation.

【技术实现步骤摘要】
一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法与系统
本专利技术涉及室外定位
，具体涉及一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法与系统。
技术介绍
目前，GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem,全球导航卫星系统)和UWB(Ultra-Wideband，超宽带)在定位
应用广泛。无人机利用GNSS可以在室外良好观测环境下取得高精度的定位导航结果，但是卫星信号容易受到建筑物的遮挡，从而导致接收到的观测卫星个数不足，使无人机无法在这种复杂环境下进行相关定位导航作业，给用户的使用带来了不便。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法及系统，旨在解决现有技术中无人机在复杂环境下难以进行精确的定位导航作业的问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述方法包括：预先设置伪基站无人机以及流动站无人机，所述伪基站无人机按照预设的空间分布包围所述流动站无人机；所述流动站无人机实时检测当前接收的GNSS卫星信号个数，并将检测到的GNSS卫星信号个数与预设的阈值比较；当检测到GNSS卫星信号个数大于阈值时，所述流动站无人机使用预设的GNSS定位模块接收基准站发来的定位信息，并进行实时坐标差分解算；当检测到GNSS卫星信号个数小于阈值时，所述流动站无人机使用预设的UWB定位模块，通过UWB测距并接收伪基站无人机发来的定位信息，解算出流动站无人机的实时坐标。所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述伪基站无人机与流动站无人机均设置相同配置的GNSS定位模块、UWB定位模块以及处理器，所述处理器与GNSS定位模块、UWB定位模块均连接。所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述GNSS定位模块天线的相位中心与UWB定位模块天线的相位中心位于同一条铅锤线上。所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述预先设置伪基站无人机以及流动站无人机，所述伪基站无人机按照预设的空间分布包围所述流动站无人机具体包括：将两架伪基站无人机分别设置在正方体上表面的对角线上的两个顶点上；将另外两架伪基站无人机分别设置在正方体下表面的对角线上的两个顶点上；且上表面的对角线与下表面的对角线的投影相互垂直。所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述流动站无人机实时检测当前接收的GNSS卫星信号个数，并将检测到的GNSS卫星信号个数与预设的阈值比较具体包括：预先设置一用于判断当前接收的GNSS卫星信号个数是否充足的阈值；所述流动站无人机实时检测当前接收的GNSS卫星信号个数；将检测到的GNSS卫星信号个数与所述阈值比较，判断当前GNSS卫星信号个数是否充足。所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述当检测到GNSS卫星信号个数大于阈值时，所述流动站无人机使用预设的GNSS定位模块接收基准站发来的定位信息，并进行实时坐标差分解算具体包括：当检测到GNSS卫星信号个数大于所述阈值时，则判定当前GNSS卫星信号个数充足；所述流动站无人机使用所述GNSS定位模块接收基准站发来的定位信息；对所述定位信息进行实时坐标差分解算，得到流动站无人机的实时坐标。所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述对所述定位信息进行实时坐标差分解算，得到流动站无人机的实时坐标之后还包括：所述流动站无人机中的处理器将解算出的GNSS相位中心坐标转换为UWB相位中心坐标，并预存为使用UWB定位模块进行定位时的初始坐标。所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述当检测到GNSS卫星信号个数小于阈值时，所述流动站无人机使用预设的UWB定位模块，通过UWB测距并接收伪基站无人机发来的定位信息，解算出流动站无人机的实时坐标具体包括：当检测到GNSS卫星信号个数小于所述阈值时，则判定当前GNSS卫星信号个数不足；所述流动站无人机使用UWB定位模块接收伪基站无人机的UWB定位模块发来的定位信息，并进行解码；提取四个伪基站无人机的实时坐标，并进行伪基站无人机与流动站无人机之间的UWB测距；根据伪基站无人机的实时坐标以及伪基站无人机与流动站无人机之间距离进行解算，得到流动站无人机的实时坐标。所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其中，所述根据伪基站无人机的实时坐标以及伪基站无人机与流动站无人机之间距离进行解算，得到流动站无人机的实时坐标具体包括：根据伪基站无人机的实时坐标以及伪基站无人机与流动站无人机之间距离建立UWB定位的非线性观测方程；对所述非线性观测方程进行线性化处理，并转换为矩阵形式；确定观测值权阵，解算出流动站无人机的坐标的估计值；对所述流动站无人机的坐标的估计值进行迭代计算，当迭代出的坐标值满足预设的阈值条件时，得到所述流动站无人机的最终实时坐标。一种基于上述任一项所述的基于GNSS和UWB技术的无人机定位系统，其中，所述无人机定位系统包括：基准站、伪基站无人机以及流动站无人机，所述伪基站无人机设置有四架，所述流动站无人机设置有一架，且所述伪基站无人机按照预设的空间分布包围所述流动站无人机；所述伪基站无人机与流动站无人机均设置相同配置的GNSS定位模块、UWB定位模块以及处理器，所述处理器与GNSS定位模块、UWB定位模块均连接。本专利技术的有益效果：本专利技术融合了GNSS和UWB两种定位技术来实现无人机在复杂环境下的定位，当卫星信号受到建筑物或其他物体的影响不能够完成定位时，无人机能够自动使用UWB进行定位，克服了卫星信号受干扰对无人机定位导航的影响，可为用户在GNSS信号不稳定区域提供不间断的无人机定位导航服务，给用户的使用提供了方便。附图说明图1是本专利技术的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法较佳实施例的流程图。图2是本专利技术中的伪基站无人机的空间布局示意图。图3是本专利技术中确定观测值权阵时的方差曲线图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。由于现有技术中无人机在室外进行导航作业时，卫星信号容易受到建筑物的遮挡，从而导致接收到的GNSS观测卫星个数不足，使无人机无法进行定位。为了解决上述问题，本专利技术提供一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，如图1所示，图1是本专利技术的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法较佳实施例的流程图。所述融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法包括以下步骤：步骤S100、预先设置伪基站无人机以及流动站无人机，所述伪基站无人机按照预设的空间分布包围所述流动站无人机。具体实施时，本专利技术预先建立伪基站无人机以及流动站无人机。本实施例中所述伪基站无人机设置有四架，所述流动站无人机设置有一架。并且所述伪基站无人机以及流动站无人机均设置相同配置的GNSS定位模块、UWB定位模块以及处理器，所述处理器与GNSS定位模块、UWB定位模块均连接。伪基站无人机为流动站无人机提供动态高精度的UWB基站坐标。在本专利技术中所述GN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其特征在于，所述方法包括：预先设置伪基站无人机以及流动站无人机，所述伪基站无人机按照预设的空间分布包围所述流动站无人机；所述流动站无人机实时检测当前接收的GNSS卫星信号个数，并将检测到的GNSS卫星信号个数与预设的阈值比较；当检测到GNSS卫星信号个数大于阈值时，所述流动站无人机使用预设的GNSS定位模块接收基准站发来的定位信息，并进行实时坐标差分解算；当检测到GNSS卫星信号个数小于阈值时，所述流动站无人机使用预设的UWB定位模块，通过UWB测距并接收伪基站无人机发来的定位信息，解算出流动站无人机的实时坐标。

【技术特征摘要】
1.一种融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其特征在于，所述方法包括：预先设置伪基站无人机以及流动站无人机，所述伪基站无人机按照预设的空间分布包围所述流动站无人机；所述流动站无人机实时检测当前接收的GNSS卫星信号个数，并将检测到的GNSS卫星信号个数与预设的阈值比较；当检测到GNSS卫星信号个数大于阈值时，所述流动站无人机使用预设的GNSS定位模块接收基准站发来的定位信息，并进行实时坐标差分解算；当检测到GNSS卫星信号个数小于阈值时，所述流动站无人机使用预设的UWB定位模块，通过UWB测距并接收伪基站无人机发来的定位信息，解算出流动站无人机的实时坐标。2.根据权利要求1中所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其特征在于，所述伪基站无人机与流动站无人机均设置相同配置的GNSS定位模块、UWB定位模块以及处理器，所述处理器与GNSS定位模块、UWB定位模块均连接。3.根据权利要求2中所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其特征在于，所述GNSS定位模块天线的相位中心与UWB定位模块天线的相位中心位于同一条铅锤线上。4.根据权利要求1中所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其特征在于，所述预先设置伪基站无人机以及流动站无人机，所述伪基站无人机按照预设的空间分布包围所述流动站无人机具体包括：将两架伪基站无人机分别设置在正方体上表面的对角线上的两个顶点上；将另外两架伪基站无人机分别设置在正方体下表面的对角线上的两个顶点上；且上表面的对角线与下表面的对角线的投影相互垂直。5.根据权利要求1所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其特征在于，所述流动站无人机实时检测当前接收的GNSS卫星信号个数，并将检测到的GNSS卫星信号个数与预设的阈值比较具体包括：预先设置一用于判断当前接收的GNSS卫星信号个数是否充足的阈值；所述流动站无人机实时检测当前接收的GNSS卫星信号个数；将检测到的GNSS卫星信号个数与所述阈值比较，判断当前GNSS卫星信号个数是否充足。6.根据权利要求1中所述的融合GNSS和UWB的无人机增强定位方法，其特征在于，所述当检测到GNSS卫星信号个数大于阈值时，所述流动站无人机使用预设的GNSS定位模块接收基准站发来的定位信息，并进行实时坐标差分解算具体包括：当检测到GNSS卫星信号个数大于所述阈值时，则判...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱家松，林伟东，刘炎炎，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44