使用毫米波波束基础设施对无人机的定位制造技术

实施例提供了一种包含接收器和位置确定器的无人机。接收器被配置为接收从无人机导航系统的两个间隔开的基站发射的两个周期性宽带信号，其中两个周期性宽带信号是时间同步的。位置确定器被配置为基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个基站的位置。

Positioning UAV using millimeter wave beam infrastructure

An embodiment provides a UAV including a receiver and a position determiner. The receiver is configured to receive two periodic broadband signals transmitted from two spaced base stations of the UAV navigation system, two of which are time synchronous. The position determiner is configured to determine the position of the UAV relative to the two base stations based on the difference between the receiving times of the two periodic broadband signals and the receiving strength of the two periodic broadband signals.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用毫米波波束基础设施对无人机的定位
实施例涉及无人机。其他实施例涉及用于无人机的导航系统。一些实施例涉及使用毫米波波束基础设施的无人机的定位。
技术介绍
在所谓的城市“低速局部交通”区域中的低高度无人机(UAV)的自动导航【AmazonPrimeAir，“RevisingtheAirspaceModelfortheSafeIntegrationofSmallUnmannedAircraftSystems”，2015年7月】需要适合的无人机交通管理(UTM)系统。这种系统的主要目的是在不造成任何危害或危险的情况下在城市环境中安全操纵UAV。另一目的是高成本效益地且可靠地实施这种系统。为了保持对整个无人机机群的控制，还需要区域内的UAV与UAV指挥中心之间的稳定可靠的通信链接。与位于房屋上方的UAV飞行路径不同，在靠近密集城市环境的地平面的狭窄街道峡谷中的高层建筑之间的飞行路径具有有限的定位卫星覆盖。因此，这种系统可以不依赖于全球卫星导航系统(GNSS)卫星定位。这种情况对于室内环境中的自动UAV飞行的导航更为甚之。卫星定位系统固有的附加问题如下：GNSS易受干扰或欺骗【M.L.PsiakiandT.E.Humphreys，″GNSSSpoofingandDetection，″inProceedingsoftheIEEE，vol.104，no.6，pp.1258-1270，2016年6月】，这会导致危险的情况。为了在没有GNSS的情况下导航UAV，【AasishC，RanjithaE.，RazeenRidhwanU，BharathRajSandAngelinJemiL.，″NavigationofUAVwithoutGPS，″Robotics，Automation，ControlandEmbeddedSystems(RACE)，2015InternationalConferenceon，Chennai，2015，pp.1-3】提出了“光流导航”，这是一种用于确定对象相对于观察者的运动的技术。所提出的技术需要在UAV中安装摄像头传感器和适合的数据处理算法，增加了UAV的复杂性和成本。此外，该方法不能确保UAV沿预先定义的航线飞行。“微波着陆系统(MLS)是全天候、精确的着陆系统，其具有很多操作优势，包括：宽泛的频道选择以避免干扰附近的其他机场、全天候表现优异、在机场上“占地范围”小、且允许从机场周围更广阔的区域进入的宽垂直和水平“捕获”角度”【https：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_landing_system】。“微波扫描波束着陆系统(MSBLS)是NASA航空飞机先前使用的Ku波段进场和着陆导航辅助。它提供精确的仰角、方向及距离数据，用于在飞行的最后两分钟引导轨道器直至降落为止”【https：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_Scanning_Beam_Landing_System】。图1示出了仪表着陆系统(ILS)和由ILS使用的波束图案的示意图。如图1中所示，ILS使用分别以例如50赫兹和75赫兹发射部分交叠的左右波束的发射(Tx)站。飞行器将沿着左右波束的交叠路径飞行，沿着该路径，左右波束的接收功率是相等的。换言之，图1在左侧示出了导航系统的操作并在右侧示出了从透镜和波束截面测量得到的数值生成的波束图案。【A.TangandQ.Gu，″Ahigh-precisionmillimeter-wavenavigationsystemforindoorandurbanenvironmentautonomousvehicles，″MicrowaveSymposiumDigest(IMS)，2013IEEEMTT-SInternational，Seattle，WA，2013年，第1-3页】提出用于室内或城市环境自主车辆的高精确度毫米波导航系统。该系统适用于要求小型自主车辆沿精确路径的精确引导的应用场合，比如在室内或杂乱的城市环境中导航。【https：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_landing_system】、【https：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_Scanning_Beam_Landing_System】和【A.TangandQ.Gu，″Ahigh-precisionmillimeter-wavenavigationsystemforindoorandurbanenvironmentautonomousvehicles，″MicrowaveSymposiumDigest(IMS)，2013IEEEMTT-SInternational，Seattle，WA，2013年，第1-3页】中提出的解决方案支持UAV的精确着陆过程，但不适用于UAV航线系统。这就要求UAV不仅要估计信号的来源以便相应地调整其飞行路径，而且一个适合的UAV航线系统必须允许沿指定航线路径进行精确的位置估计，从而估计在三维空间中的位置。上述解决方案的另一问题在于其容易受到在室内环境中经常发生的多径的影响。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种改进在密集城市环境中对无人机的定位的构思。该目的通过独立权利要求来实现。在从属权利要求中提出了有利的实施方式。实施例提供了一种包含接收器和位置确定器的无人机。接收器被配置为接收从无人机导航系统的两个间隔开的基站发射的两个周期性宽带信号，其中两个周期性宽带信号是时间同步的。位置确定器被配置为基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个基站的位置。其他实施例提供了一种用于无人机的导航系统，所述导航系统包含被配置为发射两个时间同步的周期性宽带信号的两个基站，其中两个基站被适配为使用彼此相对的波束来发射两个周期性宽带信号，以便为无人机创建飞行路径。其他实施例提供一种方法，该方法包含接收从两个间隔开的位置发射的两个周期性宽带信号的步骤，其中两个周期性宽带信号是时间同步的；以及基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个间隔开的位置的位置的步骤。其他实施例提供一种方法，该方法包含使用彼此相对的波束从两个间隔开的位置发射两个时间同步的周期性宽带信号以便为无人机创建飞行路径的步骤。其他实施例提供一种方法，该方法包含使用彼此相对的波束从间隔开的位置发射两个时间同步的周期性宽带信号以便为无人机创建飞行路径的步骤；在无人机处接收两个周期性宽带信号的步骤；以及基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个间隔开的位置的位置的步骤。附图说明参照附图来描述本专利技术的实施例。图1示出了仪表着陆系统和由仪表着陆系统使用的波束图案的说明图；图2示出了根据实施例的无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机(100)，包含：/n接收器(102)，被配置为接收从用于无人机的导航系统(120)的两个间隔开的基站(110，112)发射的两个周期性宽带信号(106，108)，其中所述两个周期性宽带信号(106，108)是时间同步的；以及/n位置确定器(104)，被配置为基于所述两个周期性宽带信号(106，108)的接收时间之间的差异和基于所述两个周期性宽带信号(106，108)的接收强度来确定无人机(100)相对于所述两个基站(110，112)的位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170202 EP 17154433.11.一种无人机(100)，包含：
接收器(102)，被配置为接收从用于无人机的导航系统(120)的两个间隔开的基站(110，112)发射的两个周期性宽带信号(106，108)，其中所述两个周期性宽带信号(106，108)是时间同步的；以及
位置确定器(104)，被配置为基于所述两个周期性宽带信号(106，108)的接收时间之间的差异和基于所述两个周期性宽带信号(106，108)的接收强度来确定无人机(100)相对于所述两个基站(110，112)的位置。


2.根据权利要求1所述的无人机(100)，其中所述两个周期性宽带信号(106，108)互为正交。


3.根据权利要求1至2之一所述的无人机(100)，其中所述接收器(102)被配置为使用时间窗函数接收所述两个周期性宽带信号(106，108)，以减少多径传播影响。


4.根据权利要求1至3之一所述的无人机(100)，其中所述无人机(100)被配置为沿着由波束(114，116)定义的飞行路径(118)飞行，所述两个基站(110，112)使用所述波束(114，116)来发射所述两个宽带信号(106，108)，其中所述波束(114，116)彼此相对。


5.根据权利要求1至4之一所述的无人机(100)，其中所述无人机被配置为根据飞行方向或从用于无人机的导航系统(120)接收的控制信号来调整其飞行高度，所述控制信号包含飞行高度指派信息。


6.根据权利要求5所述的无人机(100)，其中所述无人机(100)包括气压计以便确定其飞行高度。


7.根据权利要求1至6之一所述的无人机(100)，其中所述无人机(100)被配置为基于从用于无人机的导航系统(120)接收的控制信号，在两个基站(110，112)之间的至少两条飞行路径(118_1，118_2)中选出一条飞行路径，所述控制信号包含飞行路径指派信息，其中所述飞行路径(118_1，118_2)中的每一条是由两束波束(114_1，116_1；114_2，116_2)定义的，所述两个基站(110，112)使用所述两束波束发射与相应飞行路径(118_1，118_2)对应的两个宽带信号(106_1，108_1；106_2，108_2)，其中所述两束波束(114_1，116_1；114_2，116_2)彼此相对。


8.根据权利要求7所述的无人机(100)，其中所述无人机被配置为根据飞行方向或从用于无人机的导航系统(120)接收的控制信号来调整在相应飞行路径(118_1，118_2)中的飞行高度，所述控制信号包含飞行高度指派信息。


9.根据权利要求1至8之一所述的无人机(100)，其中所述无人机(100)被配置为从用于无人机的导航系统(120)接收控制信号，所述控制信号包含飞行方向指派信息，其中所述无人机被配置为根据所述飞行方向指派信息调整其飞行方向。


10.一种用于无人机的导航系统(120)，所述导航系统包含：
两个基站(110，112)，被配置为发射时间同步的两个周期性宽带信号(106，108)；
其中所述两个基站(110，112)被适配成使用彼此相对的波束(114，116)发射所述两个周期性宽带信号(106，108)，以便为无人机(100)创建飞行路径(108)。


11.根据权利要求10所述的导航系统(120)，其中所述两个周期性宽带信号(106，108)互为正交。


12.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：阪口启，基姆·马勒，托马斯·赫斯腾，威尔海姆·考伊施根，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE