基于轻量式移动基站UWB技术的无人机空中防撞系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于轻量式移动基站UWB技术的无人机空中防撞系统，主要包括单基站UWB定位天线、无人机飞控、微型计算机、智能云平台；其中，单基站UWB定位天线直接搭载在无人机上，通过基站天线直接发射和接收UWB脉冲信号，利用UWB信号的高距离分辨精度，实现高精度测距；通过机载智能核上传至云平台并智能判断，通过云平台的智能控制系统计算得到无人机之间的距离，再通过预设的防撞距离阈值来判断无人机是否要作出避障动作。本发明专利技术克服了UWB固定多基站定位系统的缺点，可适用于无人机定位等需天线结构紧凑、高定位精度的场景。高定位精度的场景。高定位精度的场景。

【技术实现步骤摘要】
基于轻量式移动基站UWB技术的无人机空中防撞系统


[0001]本专利技术属于无人机空中自动避障
，更具体的说是涉及一种基于轻量式移动基站UWB技术的无人机空中防撞系统。

技术介绍

[0002]近年来，无人机在军事和民用领域得到了越来越广泛的运用，因为无人机能够代替人执行复杂繁琐并且危险的任务，比如消防灭火，灾害救援，空中侦察等任务。无人机要执行任务就必须按照预定轨迹飞行，并且实际中往往需要多架无人机协同执行任务，飞行过程中的防撞问题直接关系到无人机的飞行安全，所以多无人机空中防撞成为一个亟待解决的关键问题。
[0003]民航领域的防撞技术已经十分成熟，机载防撞系统(TCAS)是一种可以独立于地面空中交通管制系统(Air Traffic Control,ATC)的机载电子系统。其基本工作原理是TCAS向邻近飞机发送询问信号，装有空中交通管制应答机的飞机响应此询问，TCAS利用这些应答信号计算它们之间的距离，相对方位和应答飞机的高度等信息。利用应答信号中的信息和自身飞机的高度，TCAS算出目标和自身飞机之间的相对运动。在该系统当中，冲突探测和解脱是重要的功能，当飞机之间存在碰撞风险时，需要系统及时发出告警并规划出解脱路线，指导飞行员进行冲突解脱。
[0004]但是在民航飞机撞击预防领域，空域交通管制将很大程度上减小了飞机受到撞击的风险。而在无人机领域，首先，受限于无人机载重的限制，无法搭载数十公斤的民航防撞系统。其次，民航飞机需要在几十公里的范围内作出防撞报警，然而无人机之间的飞行距离往往很小，这对防撞系统的精确定位能力以及实时性提出了更高的要求。基于以上几点原因，传统的民航防撞系统无法直接在无人机中使用，需要解决轻量化以及实时性的问题。

技术实现思路

[0005]针对目前民航防撞系统无法直接在无人机系统中使用的问题，需要解决防撞系统轻量化并降低成本的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于轻量式移动基站UWB技术的无人机空中防撞系统，其特征在于，包括：飞行控制器、机载微型计算机和移动单基站UWB定位天线；其中：
[0008]所述移动单基站UWB定位天线通过发射和接收UWB脉冲信号实现无人机之间的测距定位功能，并把数据上传给所述机载微型计算机。
[0009]所述机载微型计算机和智能云平台之间进行数据交互，通过所述智能云平台对所述UWB定位天线发送的数据进行处理，获得无人机和目标飞机之间的距离信息，并把该信息回传给所述机载微型计算机。
[0010]所述飞行控制器接收到所述机载微型计算机传送的数据，并作出是否避障的动作。
[0011]进一步的，所述移动单基站UWB定位天线采用超宽带移动式基站定位技术，利用超宽带技术抗多径、高测量精度的优点，结合测距和测角两种测量体系，构造定位系统。
[0012]进一步的，该系统还包括：智能云平台，用于实时对UWB天线数据进行处理，并把处理结果传送于所述机载微型计算机。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：
[0014]1、解决了TCAS防撞系统体积大，重量重，无法在无人机上进行安装使用的缺点。UWB技术具有多径分辨能力强，定位精度高的特点。本专利技术所公开的利用移动单基站UWB直接在无人机之间进行定位的方法，通过在无人机上面搭载的基站天线直接发射和接收UWB脉冲信号，利用窄脉冲UWB信号的时间和空间分辨能力，实现空中复杂环境下较强的抗多径能力；利用UWB信号的高距离分辨精度，实现高精度测距。
[0015]2、本专利技术克服了UWB固定多基站定位系统的缺点，可适用于无人机定位等需天线结构紧凑、高定位精度的场景。
[0016]3、本专利技术体积小巧，安装条件要求低，可以在合适的地方悬挂安装，实现了轻量化的要求，与无人机的结构实现了很好的适配效果。
[0017]4、本专利技术可以进行相对定位，当安装的位置是移动站时，可以实现相对移动站的相对位置定位，极大的拓展了定位系统的应用场景。
[0018]5、本专利技术环境适应能力强，在强干扰场景下能够稳定工作。
[0019]6、本专利技术单个基站可以对1000平方米以上的区域进行定位覆盖，比其他定位技术的覆盖效率高很多。
附图说明
[0020]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0021]图1为本专利技术提供的基于轻量式移动基站UWB技术的无人机空中防撞系统的结构框图。
[0022]图2为本专利技术提供的超宽带移动基站定位原理示意图；
[0023]图3为本专利技术提供的无人机空中机群结构示意图。
具体实施方式
[0024]为使专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0025]如图1所示，本专利技术提供一种基于轻量式移动基站UWB技术的无人机空中防撞系统，包括：飞行控制器、机载微型计算机、移动单基站UWB定位天线和智能云平台；其中：
[0026]移动单基站UWB定位天线通过发射和接收UWB脉冲信号实现无人机之间的测距定位功能，并把数据上传给机载微型计算机。
[0027]机载微型计算机和智能云平台之间进行数据交互，通过智能云平台实时对UWB定位天线发送的数据进行处理，获得无人机和目标飞机之间的距离信息，并把该信息回传给机载微型计算机。
[0028]飞行控制器接收到机载微型计算机传送的数据，并作出是否避障的动作。
[0029]如图2
‑
3所示，本专利技术实施例采用移动单基站UWB技术进行定位，基站天线直接部署在无人机上，每个无人机各单独搭载一个基站天线，通过机载智能核上传至云平台并智能判断。再通过云平台的智能控制系统计算得到无人机之间的距离，和预设的防撞距离阈值进行对比来判断无人机是否要作出避障动作。
[0030]超宽带移动式基站定位技术，具有体积小巧、安装方便、独立定位、精确度高、环境适应性好等优点。该技术利用超宽带技术抗多径、高测量精度的优点，结合测距和测角两种测量体系，构造定位系统，实现相对于传统多基站定位系统的技术跨越。
[0031]超宽带移动式基站定位系统通过同时测量目标距离基站的相对距离以及相对方向来实现对目标的高精度定位，获得的定位位置是以基站安装的载体为坐标系的相对位置。
[0032]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0033]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本专利技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本专利技术的精神或范围的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轻量式移动基站UWB技术的无人机空中防撞系统，其特征在于，包括：飞行控制器、机载微型计算机和移动单基站UWB定位天线；其中：所述移动单基站UWB定位天线通过发射和接收UWB脉冲信号实现无人机之间的测距定位功能，并把数据上传给所述机载微型计算机。所述机载微型计算机和智能云平台之间进行数据交互，通过所述智能云平台对所述UWB定位天线发送的数据进行处理，获得无人机和目标飞机之间的距离信息，并把该信息回传给所述机载微型计算机。所述飞行控制器接收到所述机载微型...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢拥军，刘莹，
申请(专利权)人：珠海安擎科技有限公司，
类型：发明
国别省市：