一种室内变电站巡检无人机定位方法技术

本发明专利技术公开了一种室内变电站巡检无人机定位方法，包括以下步骤：构建室内变电站真实三维坐标系统；构建基于UWB技术的室内定位系统；构建基于伪卫星技术的室内定位系统；利用基于UWB技术的室内定位系统对无人机进行测距，对获得的测距信息进行解算，获取无人机当前的位置信息；5）根据获取的位置信息，生成并播发模拟卫星信号，实现自身定位。本发明专利技术利用基于UWB的室内定位系统来获取无人机在室内变电站环境下的当前位置信息，基于伪卫星的室内定位系统根据当前位置信息生成并播发模拟卫星信号，实现自身位置定位，解决了无人机室内变电站巡检无法接收GPS信号问题，实现了无人机室内室外无缝定位。

A positioning method for UAV in indoor substation inspection

The invention discloses an indoor substation patrol UAV positioning method, which comprises the following steps: constructing an indoor substation real three-dimensional coordinate system; constructing an indoor positioning system based on UWB technology; constructing an indoor positioning system based on pseudo-satellite technology; and using an indoor positioning system based on UWB technology to test UAV. Range, the obtained ranging information is calculated to obtain the UAV's current position information; 5) According to the acquired position information, the analog satellite signal is generated and broadcast to achieve its own positioning. The present invention uses an indoor positioning system based on UWB to obtain the current position information of UAV in indoor substation environment. The indoor positioning system based on pseudo-satellite generates and broadcasts analog satellite signals according to the current position information, realizes its position positioning, and solves the problem that the UAV indoor substation inspection can not receive GPS signals. The indoor outdoor seamless positioning of UAV is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种室内变电站巡检无人机定位方法
本专利技术涉及一种室内变电站巡检无人机定位方法。
技术介绍
随着城市建设的快速发展，变电站数目不断增多、变压线路更加复杂，这导致人工巡检工作量快速增加以及安全问题更加紧张。传统的人工巡检主要依靠变电站工作人员主动巡视变电站设备区，通过感官观察并手动记录设备的运行状态，来保障变电站的安全运行。然而，巨大的工作量给巡检人员造成很大的负担，从而会导致部分巡检人员消极怠工，存在漏检、误检等现象，这带来严重的安全隐患；另外变电站环境复杂，设备众多，高压区域较多，很难保证巡检人员安全。另外一方面，随着国家电网建设坚强智能电网的步伐不断迈进，高电压、大容量、大电网的迅速发展，使得变电站智能化、数字化、信息化的建设也越来越迫切。因此，从变电站安全运行、变电站巡检工作效率以及巡检人员安全隐患方面考虑，以巡检无人机替代人工进行变电站的巡检任务，不仅能够降低工作人员的工作量、保障工作人员的人身安全，而且先进检测设备和数字化的信息采集、处理技术极大地提高了巡检的质量，解决人工巡检的大量弊端，也加速了智能变电站无人值守化或少人值守化进程。而目前，针对室内变电站无人机巡检的应用并不广泛，原由GPS信号无法穿透墙壁，导致传统的微型无人机在室内飞行接收不到室外GPS信号，无法实现自身定位，进而无法完成巡检工作。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种操作方便、工作稳定可靠的室内变电站巡检无人机定位方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种室内变电站巡检无人机定位方法，包括以下步骤：1)选取某一个室内变电站，利用卫星导航接收机构建室内变电站真实三维坐标系统，提供无人机飞行所需地图；2)构建基于UWB技术的室内定位系统；3)构建基于伪卫星技术的室内定位系统；4)将定位标签装载在无人机上，利用基于UWB技术的室内定位系统对无人机进行测距，利用定位算法对获得的测距信息进行解算，获取无人机当前的位置信息；5)基于伪卫星技术的室内定位系统根据获取的无人机当前位置信息，生成并播发当前位置坐标所需的模拟卫星信号，无人机卫星信号接收单元接收模拟卫星信号，实现自身定位。上述室内变电站巡检无人机定位方法，所述步骤1)具体包括以下步骤：1-1)选取某一个室内变电站，将卫星导航接收机放置于此室内变电站外地面某点，卫星导航接收机接收室外真实卫星解算出来的位置信号，得到室内变电站外地面该点的位置；1-2)坐标转换：卫星导航接收机接收的位置信息表现为大地坐标，利用坐标转换算法将大地坐标转换为空间直角坐标，再将该点的空间直角坐标平移至室内变电站内；1-3)构建室内真实三维空间直角坐标环境：采用激光测距仪依据该点在室内变电站内的对应坐标标定室内变电站各个角落的坐标，即构建室内真实三维空间直角坐标环境。上述室内变电站巡检无人机定位方法，所述步骤2)中，根据三维定位算法要求，构建基于UWB技术的室内定位系统，基于UWB技术的室内定位系统包括4个定位基站、1个定位标签和定位服务器；4个定位基站分布于室内各个墙角且4个定位基站不在同一平面。上述室内变电站巡检无人机定位方法，所述步骤2)中，每个定位基站均包括控制器模块、无线收发模块、接口模块、外围被控制电路，控制器模块分别与无线收发模块、接口模块、外围被控制电路相连，无线收发模块接收无人机上定位标签发出的定位信号并送入控制器模块，控制器模块将接收到的信号打包成定位数据包并通过接口模块送入定位服务器。上述室内变电站巡检无人机定位方法，所述步骤2)中的定位服务器包括数据库、数据访问层、业务逻辑层、表示层，数据库用于当基于UWB技术的室内定位系统运行后，完成对定位数据包的接收与存储，同时数据库也存储了定位基站在各个墙角的坐标信息；数据访问层用于当数据包接收完成后对数据包进行解析，得到定位标签到达定位基站节点之间的TOA信息；，业务逻辑层用于在数据访问层完成对数据包的解析后，利用TDOA计算线程调用定位算法函数进行标签位置计算；表示层用于完成标签坐标显示与输出、定位基站状态显示、以及系统配置管理。上述室内变电站巡检无人机定位方法，所述步骤3)具体步骤为：3-1)构建基于伪卫星技术的室内定位系统，基于伪卫星技术的室内定位系统包括模拟信号数学仿真模块、控制模块、模拟信号生成及发射模块、模拟卫星；3-2)确定模拟卫星在室内变电站的几何布局；3-3)完成模拟卫星的选择，采用螺旋天线或者微带线构成的天线。上述室内变电站巡检无人机定位方法，所述模拟信号数学仿真模块接收室内变电站无人机当前位置信号，用于仿真试验无人机在不同位置下导航天线接收到的导航观测数据，包括对卫星星座仿真、用户轨迹仿真及观测数据仿真，为导航模拟信号生成提供仿真数据源，并送入模拟信号生成及发射模块；控制模块将模拟信号数学仿真模块用于对基于伪卫星技术的室内定位系统的流程进行控制，以及实现各种参数的自定义修改，包括对接口配置的控制、数据仿真的控制、信号模拟源的控制；模拟信号生成及发射模块包括模拟信号生成系统和模拟信号发射系统，模拟信号生成系统包括信号生成模块、信号处理模块，信号生成模块依据控制模块录入的模拟卫星坐标信息、数据仿真完成的卫星星座、导航观测数据生成相对应的信号，信号处理模块即对各个通道基带信号的上变频、功率衰减控制以及自校射频信号合路下变频；模拟信号发射系统包括时钟模块和射频调制模块，用于将信号生成模块生成的信号发送到模拟卫星中。上述室内变电站巡检无人机定位方法，所述步骤4)具体步骤为：将定位标签装载在无人机上，将定位服务器连接其中一个定位基站，利用该定位基站将解算数据包通过数据传输通道发送至定位服务器，定位服务器将完成无人机内置定位标签的原始数据获取，并利用TDOA算法进行坐标解算，得到无人机当前的位置信息。上述室内变电站巡检无人机定位方法，所述步骤5)具体步骤为：5-1)模拟信号数学仿真模块接收室内变电站无人机当前位置信号，仿真试验无人机在不同位置下导航天线接收到的导航观测数据，包括对卫星星座仿真、用户轨迹仿真及观测数据仿真，为导航模拟信号生成提供仿真数据源，并送入模拟信号生成及发射模块；5-2)信号生成模块依据控制模块录入的模拟卫星坐标信息、数据仿真完成的卫星星座、导航观测数据生成相对应的信号；5-3)信号处理模块对信号生成模块生成的信号进行处理并发送至模拟信号发射系统；5-4)模拟信号发射系统将处理后的信号生成模块生成的信号发送到模拟卫星中，由模拟卫星发出，无人机卫星信号接收单元接收该模拟的卫星信号，并根据该卫星信号解算出自身位置信息，从而实现无人机在室内变电站中的定位。本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用基于UWB的室内定位系统来获取无人机在室内变电站环境下当前位置信息，基于伪卫星的室内定位系统根据当前位置信息生成并播发模拟卫星信号，无人机卫星信号接收单元接收模拟卫星信号，实现自身位置定位。此方法将解决无人机室内变电站巡检无法接收GPS信号问题，最终将实现无人机室内室外无缝定位。附图说明图1本专利技术的工作流程图。图2本专利技术的整体定位系统图。图3为本专利技术的定位基站的结构框图。图4本专利技术的定位服务器的结构框图。图5本专利技术基于伪卫星技术的室内定位系统的结构框图。图6为室内变电站定位基站、标签、模拟卫星的布局示意图。图7为室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内变电站巡检无人机定位方法，包括以下步骤：1）选取某一个室内变电站，利用卫星导航接收机构建室内变电站真实三维坐标系统，提供无人机飞行所需地图；2）构建基于UWB技术的室内定位系统；3）构建基于伪卫星技术的室内定位系统；4）将定位标签装载在无人机上，利用基于UWB技术的室内定位系统对无人机进行测距，利用定位算法对获得的测距信息进行解算，获取无人机当前的位置信息；5）基于伪卫星技术的室内定位系统根据获取的无人机当前位置信息，生成并播发当前位置坐标所需的模拟卫星信号，无人机卫星信号接收单元接收模拟卫星信号，实现自身定位。

【技术特征摘要】
1.一种室内变电站巡检无人机定位方法，包括以下步骤：1）选取某一个室内变电站，利用卫星导航接收机构建室内变电站真实三维坐标系统，提供无人机飞行所需地图；2）构建基于UWB技术的室内定位系统；3）构建基于伪卫星技术的室内定位系统；4）将定位标签装载在无人机上，利用基于UWB技术的室内定位系统对无人机进行测距，利用定位算法对获得的测距信息进行解算，获取无人机当前的位置信息；5）基于伪卫星技术的室内定位系统根据获取的无人机当前位置信息，生成并播发当前位置坐标所需的模拟卫星信号，无人机卫星信号接收单元接收模拟卫星信号，实现自身定位。2.根据权利要求1所述的室内变电站巡检无人机定位方法，其特征在于：所述步骤1）具体包括以下步骤：1-1）选取某一个室内变电站，将卫星导航接收机放置于此室内变电站外地面某点，卫星导航接收机接收室外真实卫星解算出来的位置信号，得到室内变电站外地面该点的位置；1-2）坐标转换：卫星导航接收机接收的位置信息表现为大地坐标，利用坐标转换算法将大地坐标转换为空间直角坐标，再将该点的空间直角坐标平移至室内变电站内；1-3）构建室内真实三维空间直角坐标环境：采用激光测距仪依据该点在室内变电站内的对应坐标标定室内变电站各个角落的坐标，即构建室内真实三维空间直角坐标环境。3.根据权利要求1所述的室内变电站巡检无人机定位方法，其特征在于：所述步骤2）中，根据三维定位算法要求，构建基于UWB技术的室内定位系统，基于UWB技术的室内定位系统包括4个定位基站、1个定位标签和定位服务器；4个定位基站分布于室内各个墙角且4个定位基站不在同一平面。4.根据权利要求3所述的室内变电站巡检无人机定位方法，其特征在于：所述步骤2）中，每个定位基站均包括控制器模块、无线收发模块、接口模块、外围被控制电路，控制器模块分别与无线收发模块、接口模块、外围被控制电路相连，无线收发模块接收无人机上定位标签发出的定位信号并送入控制器模块，控制器模块将接收到的信号打包成定位数据包并通过接口模块送入定位服务器。5.根据权利要求4所述的室内变电站巡检无人机定位方法，其特征在于：所述步骤2）中的定位服务器包括数据库、数据访问层、业务逻辑层、表示层，数据库用于当基于UWB技术的室内定位系统运行后，完成对定位数据包的接收与存储，同时数据库也存储了定位基站在各个墙角的坐标信息；数据访问层用于当数据包接收完成后对数据包进行解析，得到定位标签到达定位基站节点之间的TOA信息；业务逻辑层用于在数据访问层完成对数据包的解析后，利用TDOA计算线程调用定位算法函数进行标签位置计算；表示层用于完成标签坐标显示与输出、定位基站状态显示、以及系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：段斌，盛利，旷怡，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43