本發(fā)明涉及無人機領(lǐng)域，尤其涉及無人機作業(yè)系統(tǒng)，具體地，涉及一種無人機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無人機是一種不承載駕駛員、可以進行遙控或自主飛行的無人駕駛航空器。近期，無人機市場蓬勃發(fā)展，無人機(尤其是小型四旋翼無人機)常被用在工程實踐中進行橋梁隧道的拍攝和測量工作。

但在實際操作過程中，橋梁隧道等地形常會阻礙衛(wèi)星導(dǎo)向信號的傳輸，四旋翼在缺少衛(wèi)星導(dǎo)航的情況下，只能根據(jù)手動指令和預(yù)先輸入飛控模塊的半自動控制程序完成下一步任務(wù)。

而對于現(xiàn)有常用的四旋翼，其飛控程序并不具備控制無人機自主飛行、執(zhí)行任務(wù)并順利返航的優(yōu)秀性能。并且人工遙控操作極易受到環(huán)境干擾，如地形起伏、視野明暗變化等，導(dǎo)致手動指令無法連續(xù)穩(wěn)定輸出。

因此，亟需一種能穩(wěn)定輔助衛(wèi)星導(dǎo)航信號傳輸?shù)南到y(tǒng)幫助執(zhí)行任務(wù)的無人機完成預(yù)定任務(wù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述問題，本發(fā)明人進行了銳意研究，設(shè)計出一種無人機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)采用輔助機與任務(wù)機進行協(xié)同作業(yè)，當任務(wù)機丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號較弱時，輔助機能夠輔助任務(wù)機重新獲得衛(wèi)星信號，繼續(xù)正常工作，從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明一方面提供了一種無人機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，具體體現(xiàn)在以下方面：

(1)一種無人機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括機載子系統(tǒng)1和地面子系統(tǒng)2，其中，

所述機載子系統(tǒng)1包括至少兩臺無人機，進一步包括一臺任務(wù)機11和至少一臺輔助機12，其中，所述任務(wù)機11用于執(zhí)行任務(wù)，所述輔助機12用于在任務(wù)機11的衛(wèi)星信號丟失或較弱時輔助任務(wù)機11重獲衛(wèi)星信號；

所述地面子系統(tǒng)包括任務(wù)機操作臺21和輔助機操作臺22。

(2)根據(jù)上述(1)所述的系統(tǒng)，其中，所述輔助機12包括供電系統(tǒng)121、動力系統(tǒng)122和導(dǎo)航與控制系統(tǒng)123，其中，所述導(dǎo)航與控制系統(tǒng)123包括衛(wèi)星導(dǎo)航模塊1231和飛控模塊1232；其中，所述飛控模塊1232用于獲得在以輔助機為原點的球坐標系中任務(wù)機的球坐標即任務(wù)機11與輔助機12之間的相對位置信息；所述衛(wèi)星導(dǎo)航模塊1231用于對輔助機的衛(wèi)星信息以及飛控模塊1232獲得的進行處理，得到任務(wù)機的衛(wèi)星信號；

其中：ra-b表示在以輔助機為原點b的球坐標系b-x’y’z’中，任務(wù)機與原點b之間的徑向距離，即輔助機與任務(wù)機之間的距離；θa-b表示在以輔助機為原點b的球坐標系b-x’y’z’中，任務(wù)機與輔助機的連線與z’-軸之間的夾角，亦稱(90°-θa-b)為任務(wù)機在b-x’y’z’中的高低角，即；表示在以輔助機為原點b的球坐標系b-x’y’z’中，任務(wù)機與輔助機的連線在x’y’-面內(nèi)的投影線與x’軸的夾角，亦稱為任務(wù)機在b-x’y’z’中的方位角。

(3)根據(jù)上述(1)或(2)所述的系統(tǒng)，其中，

所述衛(wèi)星導(dǎo)航模塊1231包括數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置12311、衛(wèi)星信號接收機12312和環(huán)形天線12313，其中，所述數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置12311用于對輔助機12的衛(wèi)星信號以及任務(wù)機11與輔助機12之間的相對位置信息進行處理，獲得任務(wù)機11的衛(wèi)星信號，并轉(zhuǎn)發(fā)至任務(wù)機11；

所述飛控模塊1232包括半自主飛控子模塊12321、人工遙控裝置12322、陀螺儀12323和激光發(fā)射與探測裝置12324，其中，通過陀螺儀12323獲得通過激光發(fā)射與探測裝置12324獲得ra-b和θa-b，其中，ra-b即為輔助機12與任務(wù)機11之間的距離，(90-θa-b)由激光線相對于水平面的發(fā)射角度獲得。

(4)根據(jù)上述(1)至(3)之一所述的系統(tǒng)，其中，所述激光發(fā)射與探測裝置12324包括

激光發(fā)射模塊123241，用于向任務(wù)機11發(fā)射激光；

激光接收模塊123242，用于接收任務(wù)機11反射的激光；和

數(shù)據(jù)獲得模塊123243，用于根據(jù)激光接收模塊接收的激光信號獲得任務(wù)機11與輔助機12之間的ra-b和θa-b。

(5)根據(jù)上述(1)至(4)之一所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置12311包括

信息轉(zhuǎn)換模塊123111，用于球坐標與衛(wèi)星信號之間的轉(zhuǎn)換；

坐標獲得模塊123112，用于獲得任務(wù)機11在以地心為原點的球坐標系中的球坐標其中，ra表示在以地心為原點o的球坐標系o-xyz中，任務(wù)機與原點o之間的徑向距離；θa表示任務(wù)機在地心為原點o的球坐標系o-xyz中，任務(wù)機與地心的連線與z-軸的夾角，亦稱(90°-θa)為任務(wù)機在o-xyz中的高低角；表示任務(wù)機在以地心為原點o的球坐標系o-xyz中，任務(wù)機與地心的連線在xy-面內(nèi)的投影線與x軸的夾角，亦稱為任務(wù)機在o-xyz中的方位角；和

信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊123113，用于將輔助機12獲得的任務(wù)機11的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機11，使任務(wù)機11按既定航向繼續(xù)工作。

(6)根據(jù)上述(1)至(5)之一所述的系統(tǒng)，其中，所述信息轉(zhuǎn)換模塊123111對無人機的衛(wèi)星信號(j，w，h)和球坐標進行相互轉(zhuǎn)換處理，所述轉(zhuǎn)換處理如式(1)～式(3)進行：

w＝90°-θ式(2)，

h＝r-r式(3)；

其中，j表示經(jīng)度，w表示緯度，h表示高度，即，(j，w，h)表示衛(wèi)星信號，r表示地球半徑，而表示無人機的球坐標，具體地，在球坐標系o-xyz中，r表示原點與無人機之間的徑向距離，θ表示原點與無人機的連線與球坐標系中z-軸的夾角，亦稱(90°-θ)為無人機在球坐標系中的高低角，表示原點與無人機的連線在xy-面上的投影線與x-軸之間的夾角，亦稱為無人機在球坐標系中的方位角。

(7)根據(jù)上述(1)至(6)之一所述的系統(tǒng)，其中，所述坐標獲得模塊123112先進行如式(4)～(6)所示處理，以獲得任務(wù)機11在以地心為原點的笛卡爾坐標系o-xyz中的直角坐標(xa、ya、za)：

za＝rb·cosθb+ra-b·cosθa-b式(6)；

其中，在式(4)～(6)中:

在以地心為原點o的球坐標系o-xyz中，表示輔助機的球坐標，具體地：rb表示原點與輔助機之間的徑向距離；θb表示原點o與輔助機的連線與z-軸之間的夾角，亦稱(90°-θb)為輔助機在o-xyz中的高低角；表示原點與輔助機的連線在xy-面的投影線與x-軸之間的夾角，亦稱為輔助機在o-xyz中的方位角。

(8)根據(jù)上述(1)至(7)之一所述的系統(tǒng)，其中，所述坐標獲得模塊123112再進行如式(7)～(9)所示處理，以獲得任務(wù)機11在以地心為原點的球坐標系的球坐標

本發(fā)明另一方面提供了一種無人機協(xié)同作業(yè)方法，具體體現(xiàn)在以下方面：

(9)一種無人機協(xié)同作業(yè)方法，優(yōu)選地，所述方法采用上述(1)至(8)所述的無人機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)進行，其中，所述方法如下進行：

步驟(1)、當任務(wù)機11丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號較弱時，任務(wù)機操作臺21向輔助機操作臺22發(fā)送求助信號，輔助機操作臺22接收到任務(wù)機操作臺發(fā)送的求助信號后調(diào)控輔助機12使其靠近任務(wù)機11，并利用激光發(fā)射模塊123241向任務(wù)機11發(fā)射激光，任務(wù)機11接收到輔助機12發(fā)射的激光，并對激光進行反射；

步驟(2)、輔助機12接收到任務(wù)機11反射的激光信號，并利用數(shù)據(jù)獲得模塊123243以及陀螺儀12323進行處理，得到任務(wù)機與輔助機的在球坐標中的相對位置球坐標

步驟(3)、利用輔助機12的數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置12311獲得任務(wù)機11的衛(wèi)星信號，并將所述衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)至任務(wù)機11。

(10)根據(jù)上述(9)所述的方法，其中，步驟(3)包括以下子步驟：

步驟(3.1)、利用信息轉(zhuǎn)換模塊123111對輔助機的衛(wèi)星信號(jb，wb，hb)進行轉(zhuǎn)換處理，得到輔助機在以地心為原點的球坐標系中的球坐標

步驟(3.2)、利用坐標獲得模塊123112對輔助機的球坐標和任務(wù)機與輔助機在球坐標中的相對位置球坐標進行處理，獲得任務(wù)機11在笛卡爾坐標系中的直角坐標(xa，ya，za)，

步驟(3.3)、利用坐標獲得模塊123112對任務(wù)機11在笛卡爾坐標系中的直角坐標(xa，ya，za)進行處理，得到任務(wù)機11在以地心為原點的求坐標系中的球坐標

步驟(3.4)、利用信息轉(zhuǎn)換模塊123111對任務(wù)機11的球坐標進行處理，將球坐標轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星信號，即獲得任務(wù)機的衛(wèi)星信號(ja，wa，ha)，

步驟(3.5)、利用信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊123113將獲得的任務(wù)機11的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)至任務(wù)機11；

和/或

在步驟(3)之后進行以下步驟(4)或步驟(4’)：

步驟(4)、當任務(wù)機11成功接收到輔助機12發(fā)送的衛(wèi)星信號后，任務(wù)機11重新恢復(fù)正常工作，并將接收狀態(tài)反饋給任務(wù)機操作臺21，任務(wù)機操作臺21又將任務(wù)機11的反饋信息轉(zhuǎn)發(fā)給輔助機操作臺22，輔助操作臺22停止激光發(fā)射，

步驟(4’)、若在步驟任務(wù)機11沒有成功接收到輔助機12發(fā)送的衛(wèi)星信號，則輔助機操作臺22接收不到任務(wù)機11的反饋信息，則其繼續(xù)調(diào)控輔助機12飛向任務(wù)機11，直至任務(wù)機11能夠成功接收到激光并獲得衛(wèi)星信號。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出本發(fā)明所述輔助機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出輔助機在以地心為原點的o-xyz坐標系中的坐標示意圖，其中，b表示輔助機；

圖4示出任務(wù)機在以輔助機為原點b的b-x’y’z’坐標系中的坐標示意圖，其中，a表示任務(wù)機，b表示輔助機；

圖5示出本發(fā)明所述系統(tǒng)的工作流程圖。

附圖標號說明：

1-機載子系統(tǒng)；

11-任務(wù)機；

12-輔助機；

121-供電系統(tǒng)；

122-動力系統(tǒng)；

1221-電機；

1222-槳；

1223-舵機；

123-導(dǎo)航與控制系統(tǒng)；

1231-衛(wèi)星導(dǎo)航模塊；

12311-數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置；

123111-信息轉(zhuǎn)換模塊；

123112-坐標獲得模塊；

123113-信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊；

12312-衛(wèi)星信號接收機；

12313-環(huán)形天線；

1232-飛控模塊；

12321-半自主飛控子模塊；

12322-人工遙控裝置；

12323-陀螺儀；

12324-激光發(fā)射與探測裝置；

123241-激光發(fā)射模塊；

123242-激光接收模塊；

123243-數(shù)據(jù)獲得模塊；

2-地面子系統(tǒng)；

21-任務(wù)機操作臺；

22-輔助機操作臺。

具體實施方式

下面通過附圖對本發(fā)明進一步詳細說明。通過這些說明，本發(fā)明的特點和優(yōu)點將變得更為清楚明確。

本發(fā)明一方面提供了一種無人機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括機載子系統(tǒng)1和地面子系統(tǒng)2，其中，所述機載子系統(tǒng)1包括至少兩臺無人機，進一步包括一臺任務(wù)機11和至少一臺輔助機12。

其中，任務(wù)機11用于執(zhí)行任務(wù)，例如橋梁隧道等的；輔助機12用于在任務(wù)機11丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號較弱時輔助任務(wù)機重獲衛(wèi)星信號，使任務(wù)機11繼續(xù)按既定路線工作或飛行。所述衛(wèi)星信號包括經(jīng)度、緯度和高度，分別以j、w和h表示。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，所述機載子系統(tǒng)1包括一臺任務(wù)機11和一臺輔助機12。

其中，在特殊情況下，任務(wù)機11丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號較弱，此時，輔助機12結(jié)合自身的衛(wèi)星信號以及其與任務(wù)機11之間的相對位置信息，進行信號處理，獲得任務(wù)機11的衛(wèi)星信號，并將該信號傳輸給任務(wù)機，使任務(wù)機11繼續(xù)沿既定路線飛行或工作。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，如圖1所示，所述地面子系統(tǒng)2包括任務(wù)機操作臺21和輔助機操作臺22。

其中，所述任務(wù)機操作臺21用于控制任務(wù)機11飛行，并與任務(wù)機12和輔助機操作臺22進行信息傳輸；所述輔助機操作臺22用于控制輔助機飛行，并與輔助機和任務(wù)機操作臺進行信息傳輸。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，當任務(wù)機11丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號較弱時，(a)輔助機12輔助任務(wù)機11重獲衛(wèi)星信號，(b)任務(wù)機11接收到輔助機傳輸?shù)男l(wèi)星信號后將接收情況反饋給任務(wù)機操作臺，再由任務(wù)機操作臺21轉(zhuǎn)發(fā)至輔助機操作臺，(c)若輔助機操作臺收到任務(wù)機操作臺的反饋信號，說明輔助機輔助任務(wù)機接收衛(wèi)星信號成功，若未接收，則輔助機操作臺繼續(xù)調(diào)整輔助機的位置、姿態(tài)等狀態(tài)以輔助任務(wù)機重獲衛(wèi)星信號，直至輔助機操作臺接收到任務(wù)機成功獲取衛(wèi)星信號的接收信息。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，如圖2所示，所述輔助機12包括供電系統(tǒng)121、動力系統(tǒng)122和導(dǎo)航與控制系統(tǒng)123。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，所述供電系統(tǒng)121為無人機自攜帶的配套充電電池(機載電池)，如lipo鋰聚合物電池等。

其中，所述供電系統(tǒng)為無人機的正常工作提供所需的電能。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，如圖2所示，所述動力系統(tǒng)122包括電機1221、槳1222和舵機1223。

其中，動力系統(tǒng)根據(jù)輔助機操作臺發(fā)出的遙控指令，實現(xiàn)無人機的起降、飛行，并調(diào)整轉(zhuǎn)向和高度，達到配合工程任務(wù)順利實施的目的。同時，動力系統(tǒng)也是無人機電源的主要消耗系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，如圖2所示，所述導(dǎo)航與控制系統(tǒng)123包括衛(wèi)星導(dǎo)航模塊1231和飛控模塊1232。

其中，所述飛控模塊1232用于獲得在以輔助機為原點的球坐標系中任務(wù)機的球坐標也可以理解為任務(wù)機與輔助機的相對位置關(guān)系；所述衛(wèi)星導(dǎo)航模塊1231用于對輔助機的衛(wèi)星信息(jb、wb、hb)以及飛控模塊1232獲得的進行處理，得到任務(wù)機的衛(wèi)星信號。其中，jb表示輔助機的經(jīng)度，jb表示輔助機的緯度，hb表示輔助機的高度。

在本發(fā)明中，如圖4所示，ra-b表示在以輔助機為原點b的球坐標系b-x’y’z’中，任務(wù)機與原點b之間的徑向距離，即輔助機與任務(wù)機之間的距離；θa-b表示在以輔助機為原點b的球坐標系b-x’y’z’中，任務(wù)機與輔助機的連線與z’-軸之間的夾角，亦稱(90°-θa-b)為任務(wù)機在b-x’y’z’中的高低角；表示在以輔助機為原點b的球坐標系b-x’y’z’中，任務(wù)機與輔助機的連線在x’y’-面內(nèi)的投影線與x’軸的夾角，亦稱為任務(wù)機在b-x’y’z’中的方位角。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，如圖2所示，所述衛(wèi)星導(dǎo)航模塊1231包括數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置12311、衛(wèi)星信號接收機12312和環(huán)形天線12313。

其中，所述數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置12311用于對輔助機12的衛(wèi)星信號(jb、wb、hb)以及任務(wù)機11與輔助機12之間的相對位置信息進行處理，獲得任務(wù)機11的衛(wèi)星信號，并轉(zhuǎn)發(fā)至任務(wù)機11

在更進一步優(yōu)選的實施方式中，如圖2所示，所述飛控模塊1232包括半自主飛控子模塊12321、人工遙控裝置12322、陀螺儀12323和激光發(fā)射與探測裝置12324。

其中，在半自主飛控子模塊12321內(nèi)設(shè)置有半自主飛控程序，用于控制輔助機進行半自主飛行；所述人工遙控裝置12322用于接收輔助機操作臺22發(fā)出的遙控指令；所述陀螺儀12323用于獲得所述激光發(fā)射與探測裝置12324用于向任務(wù)機11發(fā)射激光，并接收任務(wù)機11反射的激光，同時經(jīng)過處理獲得輔助機12與任務(wù)機11之間ra-b和θa-b，而(90-θa-b)即為激光線相對于水平面的發(fā)射角度。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，如圖2所示，所述激光發(fā)射與探測裝置12324包括激光發(fā)射模塊123241、激光接收模塊123242和數(shù)據(jù)獲得模塊123243。

其中，所述激光發(fā)射模塊123241用于向任務(wù)機11發(fā)射激光；所述激光接收模塊123242用于接收任務(wù)機11反射的激光；所述數(shù)據(jù)獲得模塊123243用于根據(jù)激光接收模塊接收的激光信號獲得任務(wù)機11與輔助機12的相對位置信息。

其中，在本發(fā)明中，在輔助機12向任務(wù)機11發(fā)射激光時，使輔助機12接近任務(wù)機11，以使任務(wù)機11處于輔助機12發(fā)射激光的有效范圍內(nèi)。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，數(shù)據(jù)獲得模塊123243進行如下處理：

其中，ra-b表示任務(wù)機與輔助機之間的距離；激光發(fā)射速率為設(shè)定值；所述激光反射時間為輔助機發(fā)射激光時計，到輔助機接收到反射激光時所需要的時間。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，在所述任務(wù)機11上設(shè)置有激光反射裝置。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，所述激光反射裝置為反光板。

其中，所述激光反射裝置用于接收輔助機發(fā)射的激光，并對所述激光進行反射。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，如圖2所示，所述數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置12311包括信息轉(zhuǎn)換模塊123111、坐標獲得模塊123112和信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊123113。

其中，所述信息轉(zhuǎn)換模塊123111用于球坐標與衛(wèi)星信號之間的轉(zhuǎn)換；所述坐標獲得模塊123112用于獲得任務(wù)機11在以地心為原點的球坐標系中的球坐標；所述信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊123113用于將任務(wù)機的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機，使任務(wù)機按既定航向繼續(xù)工作。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，所述信息轉(zhuǎn)換模塊123111根據(jù)式(1)～(3)對無人機的衛(wèi)星信號(j，w，h)和球坐標進行相互轉(zhuǎn)換處理：

w＝90°-θ式(2)，

h＝r-r式(3)。

其中，j表示經(jīng)度，w表示緯度，h表示高度，即，(j，w，h)表示衛(wèi)星信號，r表示地球半徑，而表示無人機的球坐標，具體地，在球坐標系中，r表示原點與無人機之間的徑向距離，θ表示原點與無人機的連線與球坐標系中z-軸的夾角，亦稱(90-θ)即為無人機在球坐標系中的高低角，表示原點與無人機的連線在xy-面上的投影線與x-軸之間的夾角，亦稱為無人機在球坐標系中的方位角。因此，利用信息轉(zhuǎn)換模塊123111可以進行球坐標與衛(wèi)星信號的相互轉(zhuǎn)換，即由衛(wèi)星信號可以得到其對應(yīng)的球坐標，同樣由球坐標也可以得到其對應(yīng)的衛(wèi)星信號。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，所述坐標獲得模塊123112先進行如式(4)～(6)所示處理，以獲得任務(wù)機11在以地心為原點的笛卡爾坐標系o-xyz中的直角坐標(xa、ya、za)：

za＝rb·cosθb+ra-b·cosθa-b式(6)。

其中，在式(4)～(6)中:

如圖3所示，在以地心為原點o的球坐標系o-xyz中，表示輔助機的球坐標，具體地：rb表示原點與輔助機之間的徑向距離；θb表示原點與輔助機的連線與z-軸之間的夾角，亦稱(90°-θb)為輔助機在o-xyz中的高低角；表示原點與輔助機的連線在xy-面的投影線，與x-軸之間的夾角，亦稱為輔助機在o-xyz中的方位角。

如圖4所示，在以輔助機為原點b的球坐標系b-x’y’z’中，表示任務(wù)機的球坐標，具體地：ra-b表示原點b(輔助機)與任務(wù)機之間的徑向距離；θa-b表示原點b與任務(wù)機的連線與z’-軸之間的夾角，亦稱(90°-θa-b)為任務(wù)機在b-x’y’z’中的高低角；表示原點b與任務(wù)機的連線在x’y’-面的投影線，與x’-軸之間的夾角，亦稱為在b-x’y’z’中的方位角。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，所述坐標獲得模塊123112再進行如式(7)～(9)所示處理，以獲得任務(wù)機11在以地心為原點的球坐標系的球坐標

其中，在式(7)～(9)中，在以地心為原點o的球坐標系o-xyz中，表示任務(wù)機的球坐標，具體地：ra表示原點o與任務(wù)機之間的徑向距離；θa表示原點o與任務(wù)機的連線與z-軸之間的夾角，亦稱(90°-θa)為任務(wù)機在o-xyz中的高低角；表示原點o與任務(wù)機的連線在xy-面的投影線，與x-軸之間的夾角，亦稱為任務(wù)機在o-xyz中的方位角。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，在式(4)～式(5)中，θb和rb通過信息轉(zhuǎn)換模塊123111對輔助機的衛(wèi)星信號(jb，wb，hb)進行轉(zhuǎn)換處理而獲得，所述轉(zhuǎn)換處理具體如下進行：

θb＝90°-wb；rb＝hb+r。

其中，jb表示輔助機的經(jīng)度，wb表示輔助機的緯度，hb表示輔助機的高度，r表示地球半徑。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，在式(4)～式(5)中，ra-b為輔助機與任務(wù)機之間的距離，(90°-θa-b)為以水平面為基準的激光的發(fā)射角度，ra-b和θa-b均是通過輔助機上的激光發(fā)射與探測裝置12324獲得。

在更進一步優(yōu)選的實施方式中，在式(4)～式(5)中，由輔助機上的陀螺儀獲得。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，坐標獲得模塊123112獲得任務(wù)機的球坐標后，利用信息轉(zhuǎn)換模塊123111將任務(wù)機的球坐標轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星信號(ja、wa、ha)，其中，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換具體如下進行：

wa＝90°-θa，ha＝ra-r；

其中，r表示地球半徑。這樣，即使在任務(wù)機11丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號減弱后也可以在輔助機的協(xié)同作業(yè)下重新獲得衛(wèi)星信號，繼續(xù)進行正常飛行并工作。

本發(fā)明另一方面提供了一種無人機協(xié)同導(dǎo)航的方法，用于任務(wù)機丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號較弱的情況下。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，所述方法采用本發(fā)明第一方面所述系統(tǒng)進行。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，如圖5所示，所述方法如下進行：

(1)當任務(wù)機11丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號較弱時，任務(wù)機操作臺21向輔助機操作臺22發(fā)送求助信號，輔助機操作臺22接收到任務(wù)機操作臺發(fā)送的求助信號后調(diào)控輔助機12使其靠近任務(wù)機11，并利用激光發(fā)射模塊123241向任務(wù)機11發(fā)射激光，任務(wù)機11接收到輔助機12發(fā)射的激光，并對激光進行反射；

(2)輔助機12接收到任務(wù)機11反射的激光信號，并利用數(shù)據(jù)獲得模塊123243以及陀螺儀12323進行處理，得到任務(wù)機與輔助機的在球坐標中的相對位置球坐標

(3)利用輔助機12的數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)裝置12311獲得任務(wù)機11的衛(wèi)星信號，并將所述衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)至任務(wù)機11。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，在步驟(1)中，當任務(wù)機11丟失衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號較弱時，任務(wù)機操作臺21的顯示界面顯示的衛(wèi)星顆數(shù)較低，一般低于10顆衛(wèi)星顆數(shù)視為衛(wèi)星信號丟失或較弱。

此時，任務(wù)機操作臺即獲知任務(wù)機的衛(wèi)星信號丟失或較弱，然后向輔助機操作臺發(fā)送求助信號。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，在步驟(1)中，求助信號的發(fā)送可以通過任務(wù)機操作臺21和輔助機操作臺22上的工作人員口頭傳達，也可以在兩個操作臺之間通過信息傳輸?shù)姆绞竭M行傳達。

在更進一步優(yōu)選的實施方式中，在步驟(1)中，在輔助機操作臺22接收到求助信號后，需要調(diào)控輔助機12飛行至任務(wù)機11可以接收到激光的有效范圍內(nèi)，并調(diào)節(jié)激光的發(fā)射角度使任務(wù)機11成功接收到激光。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，在步驟(2)中，數(shù)據(jù)獲得模塊123243進行如下處理：

這樣，利用激光發(fā)射與探測裝置獲得了任務(wù)機與輔助機在球坐標系中的徑向距離ra-b。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，θa-b為激光發(fā)射與探測裝置發(fā)射出的激光與水平面的夾角，其由激光發(fā)射與探測裝置即可獲得。

在更進一步優(yōu)選的實施方式中，利用輔助機12的陀螺儀獲得

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，步驟(3)包括以下子步驟：

(3.1)利用信息轉(zhuǎn)換模塊123111對輔助機的衛(wèi)星信號(jb，wb，hb)進行轉(zhuǎn)換處理，得到輔助機在以地心為原點的球坐標系中的球坐標

(3.2)利用坐標獲得模塊123112對輔助機的球坐標和任務(wù)機與輔助機在球坐標中的相對位置球坐標進行處理，獲得任務(wù)機11在笛卡爾坐標系中的直角坐標(xa，ya，za)；

(3.3)利用坐標獲得模塊123112對任務(wù)機11在笛卡爾坐標系中的直角坐標(xa，ya，za)進行處理，得到任務(wù)機11在以地心為原點的求坐標系中的球坐標

(3.4)利用信息轉(zhuǎn)換模塊123111對任務(wù)機11的球坐標進行處理，將球坐標轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星信號，即獲得任務(wù)機的衛(wèi)星信號(ja，wa，ha)；

(3.5)利用信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊123113將獲得的任務(wù)機11的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)至任務(wù)機11。

根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，在步驟(3)之后進行以下步驟(4)或步驟(4’)：

(4)當任務(wù)機11成功接收到輔助機12發(fā)送的衛(wèi)星信號后，任務(wù)機11重新恢復(fù)正常工作，并將接收狀態(tài)反饋給任務(wù)機操作臺21，任務(wù)機操作臺21又將任務(wù)機11的反饋信息轉(zhuǎn)發(fā)給輔助機操作臺22，輔助操作臺22停止激光發(fā)射；

(4’)若在步驟任務(wù)機11沒有成功接收到輔助機12發(fā)送的衛(wèi)星信號，則輔助機操作臺22接收不到任務(wù)機11的反饋信息，則其繼續(xù)調(diào)控輔助機12飛向任務(wù)機11，直至任務(wù)機11能夠成功接收到激光并獲得衛(wèi)星信號。

本發(fā)明所具有的有益效果包括：

(1)本發(fā)明所提供的系統(tǒng)設(shè)計簡便，減少了工程實際操作的難度，也降低復(fù)雜設(shè)計帶來的成本投入；

(2)本發(fā)明所提供的系統(tǒng)可以大規(guī)模生產(chǎn)并投入市場；

(3)本發(fā)明所提供的系統(tǒng)在有障礙影響任務(wù)機衛(wèi)星信號傳輸時，能夠借助輔助機進行數(shù)據(jù)處理，得到任務(wù)機的衛(wèi)星信號，并傳輸給任務(wù)機，保證了任務(wù)機的正常工作。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”等指示的方位或位置關(guān)系僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

以上結(jié)合了優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明進行了說明，不過這些實施方式僅是范例性的，僅起到說明性的作用。在此基礎(chǔ)上，可以對本發(fā)明進行多種替換和改進，這些均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。