一种针对多无人机停泊的定位方法技术

本发明专利技术公开了一种针对多无人机停泊的定位方法，包括无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内；无人机在停泊平台的设定范围内后采用UWB定位技术完成粗定位；无人机定位至停泊平台上方；无人机通过精确定位停泊至停泊平台。本发明专利技术提供的这种多无人机停泊的定位方法，通过采用UWB技术和二维码融合定位，可以实现无人机的精确降落到停泊平台；通过巧妙设置UWB定位基站的信号发送顺序和发送时间间隔，免去了UWB定位基站间的时间同步以及标签和基站的时间同步，不需要额外通过有线连接以及额外布置系统控制器，降低了设备的安装成本，同时还可以实现多个标签同时定位；因此本发明专利技术可靠性高、精确度好且能够实现多台无人机同时停泊。

【技术实现步骤摘要】
一种针对多无人机停泊的定位方法
本专利技术属于无人机领域，具体涉及一种针对多无人机停泊的定位方法。
技术介绍
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，无人机已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。随着无人机应用的推广，无人机的数量也随之增长。大量无人机在外执行任务时，由于无人机续航能力不足，无人机无法长时间在空中飞行；当无人机任务已经完成、无人机电量低于阈值或无人机无法继续完成任务时，无人机需要返回停泊平台停泊并充电。在无人机返回停泊平台时，就需要对无人机进行定位和停泊。目前无人机停泊方式主要采用GPS定位和视觉定位。采用GPS定位方式实现无人机停泊，由于GPS定位精度是米级，无法满足无人机精准的降落在停泊平台上。已经有研究通过UWB定位来实现无人机停泊：UWB定位采用TDOA算法，通过检测信号到达两个基站的绝对时间差来进行定位，因此需要所有的定位基站在开始工作的时候都实现了时钟同步。为了实现时钟同步，目前采用的方式都是在各个定位基站之间安装同步电缆，但是同步电缆也无法实现多个标签的同时定位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可靠性高、精确度好且能够实现多台无人机同时停泊的针对多无人机停泊的定位方法。本专利技术提供的这种针对多无人机停泊的定位方法，包括如下步骤：S1.无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内；S2.无人机在停泊平台的设定范围内后，无人机采用UWB定位技术完成粗定位；S3.无人机定位至停泊平台上方；S4.无人机通过精确定位停泊至停泊平台。步骤S1所述的无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内，具体为采用GPS导航技术或者北斗导航技术导航至停泊平台的设定范围内。所述的无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内，具体为采用如下步骤导航至停泊平台的设定范围内：A.无人机向停泊平台发送降落请求；B.停泊平台接收后降落请求后，停泊平台返回降落指令和降落点坐标给无人机；C.无人机采用GPS导航技术或者北斗导航技术导航至停泊平台的设定范围内。步骤S2所述的无人机在停泊平台的设定范围内后，无人机采用UWB定位技术完成粗定位，具体为采用如下步骤进行粗定位：a.针对停泊平台的n个UWB定位基站，测量UWB定位基站两两之间的传输编码信号的时间，并记为Txy，x和y为两个基站的下标序号；然后建立数据表记录每一个定位基站从自己传输编码信号到其他所有定位基站的传输时间；同时每个定位基站建立编码信号发送队列，该队列包括发送时间和发送的目标标签；b.无人机搭载的UWB定位标签t发送定位编码信号给停泊平台的所有UWB定位基站；c.最先收到UWB定位标签t发送的定位编码信号的基站记为S0，并立刻返回编码信号给定位标签t，定位标签t接收到编码信号后通过无人机本地时钟记录接收时刻T0；在接收到UWB定位标签t发送的定位编码信号后，基站S0同时把编码信号发送给其他UWB定位基站，剩余的UWB定位基站按照原始下标大小，从1开始进行编号，从而将剩余的UWB定位基站编号为{S1,S2,...,Sn}；d.剩余的UWB定位基站，根据各自的编号，在基站S0发出信号后的n*Δt时刻，依次发送编码信号给无人机搭载的UWB定位标签t；剩余基站接收到基站S0发送的编码信号后，采用算式计算第n个UWB定位基站的发送编码信号等待时间并按照从小到大插入发送队列，并采用算式计算第n个UWB定位基站发送编码信号给无人机UWB定位标签t的时刻；Δt为基站单位等待时间间隔；为第n个UWB定位基站接收到基站S0发送的编码信息的时刻；e.无人机分别记录接收到每一个UWB定位基站的时间Tn；n为接收编码信息的先后顺序；Tn＝T+ΔTn+n*Δt，T为UWB定位基站S接收到无人机UWB定位标签t的编码信号时，无人机的本地时钟时刻；ΔTn为各个UWB定位基站发送编码信号给无人机定位标签t的时间；最后采用如下算式计算得到UWB定位标签t接收到任意两个UWB定位基站发送编码信号的时间差ΔT(n,m)为ΔT(n,m)＝|Tn-Tm-(m-n)Δt|，n和m表示UWB定位基站的下标；f.无人机将计算出来的所有ΔT(n,m)代入TDOA算法，从而计算得到无人机UWB定位标签t的位置，从而得到无人机当前的三维位置坐标；g.根据步骤f得到的无人机当前的三维位置坐标，以及无人机的目标位置，采用PID算法控制无人机飞行到目标位置；采用PID算法进行控制时，重复步骤b～步骤f进行无人机当前的三维位置坐标的更新。步骤S2所述的无人机在停泊平台的设定范围内后，无人机采用UWB定位技术完成粗定位。步骤S4所述的无人机通过精确定位停泊至停泊平台，具体为采用如下步骤进行精定位：A.将摄像头设置在无人机底部最中心，摄像头的位置为(Xcamera,Ycamera)；停泊平台上设置二维码，二维码的中心位置设置为原点，原点坐标为(0,0)；无人机的位置为(Xu,Yu,Zu)；B.无人机对停泊平台的二维码进行拍照，识别图像中二维码的四个端点坐标为P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)和P4(x4,y4)；从而得到二维码中心坐标为C.无人机调整自身的位置，直至位于图像中的(Xa,Ya)点；(Xa,Ya)为坐标原点(0,0)在图像中的映射点；D.采用如下算式计算无人机在当前位置距离目标位置在X方向的像素点偏移量：式中x为X方向的控制量；Xu为当前无人机在X方向的位置；e为移动控制量；Δx为中间变量，且E为设定的阈值；E.重复调整无人机的自身位置，直至无人机在X方向的中间变量|Δx|小于设定的阈值E；F.采用如下算式计算无人机在当前位置距离目标位置在Y方向的像素点偏移量：式中y为Y方向的控制量；Yu为当前无人机在Y方向的位置；e为移动控制量；Δy为中间变量，且E1为设定的阈值；G.重复调整无人机的自身位置，直至无人机在Y方向的中间变量|Δy|小于设定的阈值E1；H.无人机控制自身降落至停泊平台，并在降落过程中重复步骤A～步骤G调整无人机自身的位置。本专利技术提供的这种多无人机停泊的定位方法，通过采用UWB技术和二维码融合定位，可以实现无人机的精确降落到停泊平台；通过巧妙设置UWB定位基站的信号发送顺序和发送时间间隔，免去了UWB定位基站间的时间同步以及标签和基站的时间同步，不需要额外通过有线连接以及额外布置系统控制器，降低了设备的安装成本，同时还可以实现多个标签同时定位；因此本专利技术可靠性高、精确度好且能够实现多台无人机同时停泊。附图说明图1为本专利技术方法的方法流程示意图。具体实施方式如图1所示为本专利技术方法的方法流程示意图：本专利技术提供的这种针对多无人机停泊的定位方法，包括如下步骤：S1.无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内；具体为采用GPS导航技术或者北本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对多无人机停泊的定位方法，包括如下步骤：/nS1.无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内；/nS2.无人机在停泊平台的设定范围内后，无人机采用UWB定位技术完成粗定位；/nS3.无人机定位至停泊平台上方；/nS4.无人机通过精确定位停泊至停泊平台。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对多无人机停泊的定位方法，包括如下步骤：
S1.无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内；
S2.无人机在停泊平台的设定范围内后，无人机采用UWB定位技术完成粗定位；
S3.无人机定位至停泊平台上方；
S4.无人机通过精确定位停泊至停泊平台。


2.根据权利要求1所述的针对多无人机停泊的定位方法，其特征在于步骤S1所述的无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内，具体为采用GPS导航技术或者北斗导航技术导航至停泊平台的设定范围内。


3.根据权利要求2所述的针对多无人机停泊的定位方法，其特征在于所述的无人机采用定位技术导航至停泊平台的设定范围内，具体为采用如下步骤导航至停泊平台的设定范围内：
A.无人机向停泊平台发送降落请求；
B.停泊平台接收后降落请求后，停泊平台返回降落指令和降落点坐标给无人机；
C.无人机采用GPS导航技术或者北斗导航技术导航至停泊平台的设定范围内。


4.根据权利要求3所述的针对多无人机停泊的定位方法，其特征在于步骤S2所述的无人机在停泊平台的设定范围内后，无人机采用UWB定位技术完成粗定位，具体为采用如下步骤进行粗定位：
a.针对停泊平台的n个UWB定位基站，测量UWB定位基站两两之间的传输编码信号的时间，并记为Txy，x和y为两个基站的下标序号；然后建立数据表记录每一个定位基站从自己传输编码信号到其他所有定位基站的传输时间；同时每个定位基站建立编码信号发送队列，该队列包括发送时间和发送的目标标签；
b.无人机搭载的UWB定位标签t发送定位编码信号给停泊平台的所有UWB定位基站；
c.最先收到UWB定位标签t发送的定位编码信号的基站记为S0，并立刻返回编码信号给定位标签t，定位标签t接收到编码信号后通过无人机本地时钟记录接收时刻T0；在接收到UWB定位标签t发送的定位编码信号后，基站S0同时把编码信号发送给其他UWB定位基站，剩余的UWB定位基站按照原始下标大小，从1开始进行编号，从而将剩余的UWB定位基站编号为{S1,S2,...,Sn}；
d.剩余的UWB定位基站，根据各自的编号，在基站S0发出信号后的n*Δt时刻，依次发送编码信号给无人机搭载的UWB定位标签t；剩余基站接收到基站S0发送的编码信号后，采用算式计算第n个UWB定位基站的发送编码信号等待时间并按照从小到大插入发送队列，并采用算式计算第n个UWB定位基站发送编码信号给无人机UWB定位标签t的时刻；Δt为基站单位等待时间间隔；为第n个UWB定位基站接收到基站S0发送的编码信息的时刻；
e.无人机分别记录接收到每一个UWB定位基站的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓晓衡，胡意祥，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43