一種無人機著陸導航系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無人機著陸導航系統(tǒng)及控制方法。解決現(xiàn)有技術中無人機不能準確定點著陸的問題。系統(tǒng)包括無人機、著陸平臺，在無人機的四個翼上分別設置有激光接收單元，無人機內(nèi)設置有無人機GPS單元、無人機控制單元和無人機通信單元。著陸平臺上擺動設置有第一激光發(fā)射單元、第二激光發(fā)射單元，著陸平臺內(nèi)設置有平臺控制單元、平臺通信單元、平臺GPS單元。本發(fā)明通過激光對無人機進行引導，調(diào)整位置自動激光接收單元都接收到激光信號，定位無人機下降位置，使得無人機準確降落在著陸平臺上，實現(xiàn)了無人機精確定位著陸，滿足了用戶的使用要求。
【專利說明】
一種無人機著陸導航系統(tǒng)及控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種無人機技術領域，尤其是涉及一種無人機著陸導航系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002]無人機是一種擁有動力裝置的無人駕駛飛行系統(tǒng)。它具有廣泛的應用，既可以用于航拍、交通巡邏等民用領域，也可以用于偵查、監(jiān)控等軍事領域。
[0003]無人機在某些使用領域需要定點著陸，然后目前很多無人機還做不到準確的定點著陸，達不到用戶的需求。目前一般無人機都是通過GPS進行定位，但是GPS信號的接收易受建筑物，樹木的阻隔而被干擾，并且由于多路徑效應，接收機會接收到經(jīng)過建筑物或者水面等一系列反射面反射后的干擾信號，使得信號的路徑變長了，偽距產(chǎn)生系統(tǒng)偏差，最后導致定位不準。另外即使不受障礙物干擾在空曠位置接收到的GPS位置信息與實際位置信息也還存在一些偏差，這些原因都導致無人機不能做到準確的定點著陸。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術中無人機不能準確定點著陸的問題，提供了一種無人機著陸導航系統(tǒng)及控制方法。
[0005]本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:一種無人機著陸導航系統(tǒng)，包括四旋翼無人機、著陸平臺，在無人機的四個翼上分別設置有激光接收單元，無人機內(nèi)設置有無人機GPS單元、無人機控制單元和無人機通信單元，無人機GPS單元、無人機通信單元、激光接收單元分別與無人機控制單元相連，著陸平臺上擺動設置有第一激光發(fā)射單元、第二激光發(fā)射單元，著陸平臺內(nèi)設置有平臺控制單元、平臺通信單元、平臺GPS單元，第一激光發(fā)射單元、第二激光發(fā)射單元、平臺通信單元、平臺GPS單元分別與平臺控制單元相連，無人機通信單元和平臺通信單元無線相連。本發(fā)明通過激光對無人機進行引導，實現(xiàn)了無人機精確定位著陸。四個激光接收單元分別安裝在四旋翼無人機四個翼的端頭上，且以無人機中心為中點，各激光接收單元之間的夾角為直角。激光接收單元用于接收激光信號。無人機GPS單元用于定位無人機的位置，并將無人機位置信息發(fā)送給著陸平臺。無人機控制單元根據(jù)四個激光接收單元的信號控制無人機飛行位置。第一激光發(fā)射單元和第二激光發(fā)射單元在著陸平臺上進行來回擺動，第一激光發(fā)射單元擺動面與第二激光發(fā)射單元擺動面相交且相垂直。平臺GPS單元用于定位著陸平臺的位置。平臺控制單元根據(jù)無人機位置相對著陸平臺位置的距離和方向生成無人機飛行控制命令，并發(fā)送給無人機。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，所述第一激光發(fā)射單元和第二激光發(fā)射單元相鄰設置，第一激光發(fā)射單元前后擺動，第二激光發(fā)射單元左右擺動，第一激光發(fā)射單元擺動軌跡所在面與第二激光發(fā)射單元擺動軌跡所在面垂直相交。本方案限定了第一激光發(fā)射單元與第二激光發(fā)射單元擺動設置結構。第一激光發(fā)射單元與第二激光發(fā)射單元相鄰設置，第一激光發(fā)射單元激光從前端射出，以后端為軸前后擺動，第二激光發(fā)射單元激光從前端射出，以后端為軸左右擺動，若以xyz坐標進行標定，第一激光發(fā)射單元在X軸z軸構成的面內(nèi)擺動，第二激光發(fā)射單元在y軸z軸構成的面內(nèi)擺動。第一激光發(fā)射單元連接第一舵機，第一舵機控制第一激光發(fā)射單元進行前后擺動，第二激光發(fā)射單元連接第二舵機，第二舵機控制第二激光發(fā)射單元進行左右擺動。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，系統(tǒng)還包括有基準站，所述基準站包括基準站GPS單元、基準站控制單元和基準站通信單元，基準站GPS單元、基準站通信單元分別與基準站控制單元相連，基準站通信單元分別與無人機通信單元、平臺通信單元無線相連?；鶞收居糜趯o人機、著陸平臺的位置信息進行校正，使得它們的位置信息更加精確，便于著陸控制?；鶞收揪哂袦蚀_的實際位置信息，基準站GPS單元進行定位采集位置信息?；鶞收究刂茊卧鶕?jù)實際位置信息和采集的位置信息計算出位置信息校正值，然后分別發(fā)送給無人機和著陸平臺，對它們的位置信息進行校正。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，著陸平臺還包括地圖單元，所述地圖單元與平臺控制單元相連接。地圖單元提供地圖信息，平臺控制單元根據(jù)平臺位置信息和無人機位置信息在地圖上進行定位，在地圖上無人機與著陸平臺之間距離和方向計算更加準確。
[0009]—種無人機著陸導航控制方法，包括以下步驟:
51.定位無人機和著陸平臺的位置，控制無人機向著陸平臺靠攏；
52.控制無人機繞著陸平臺巡邏，捕捉激光信號；
53.捕捉到激光信號后，調(diào)整無人機位置使得無人機四個激光接收單元都接收到激光信號；
54.垂直下降無人機，直至準確停落在著陸平臺上。
[0010]本發(fā)明通過激光對無人機進行引導，定位無人機下降位置，使得無人機準確降落在著陸平臺上，實現(xiàn)了無人機精確定位著陸。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，步驟SI中無人機向著陸平臺靠攏的具體過程包括:
511.無人機定位位置，并將位置信息發(fā)送給著陸平臺；
512.著陸平臺定位位置，將無人機和著陸平臺的位置信息在地圖上定位，計算無人機與著陸平臺之間的距離和角度，生成控制命令發(fā)送給無人機；
513.無人機根據(jù)控制命令向著陸平臺靠近，直至無人機位置與著陸平臺位置在地圖上重合，無人機懸停。本方案將無人機、著陸平臺位置信息在地圖上進行定位，并根據(jù)位置信息控制無人機向著陸平臺靠近。
[0012]作為一種優(yōu)選方案，在定位無人機和著陸平臺位置時，還對無人機和著陸平臺的位置信息進行校正，其校正步驟包括:
551.將基準站實際位置信息記為(Χο、Υο、Ζο)，通過基準站GPS單元獲取位置信息記為(X1、Y1、Zi);
552.計算獲得位置校正值(ΛΧ、ΛΥ、ΛΖ)，AX=Xo-Xi，AY=Y0-Yi，AZ=Z0-Zi，將位置校正值分別發(fā)送給無人機和著陸平臺；
553.無人機通過無人機GPS單元獲取位置信息記為(X2、Y2、Z2)，根據(jù)位置校正值獲得校正后的無人機位置信息《2’、￥2’、22’)，乂2’=乂2-厶乂，￥2’=￥2-厶￥，22’=22-厶2;著陸平臺通過平臺GPS單元獲取位置信息記為(Χ3、Υ3、Ζ3)，根據(jù)位置校正值獲得校正后的著陸平臺位置信息(父3’、￥3’、23’)43’=乂3-厶乂，￥3’=￥3-厶￥，23’=23-厶2?；鶞收颈旧砭哂袦蚀_的實際位置信息，通過基準站GPS單元獲取的位置信息與實際位置信息相差，從而獲取校正值，將校正值用以無人機和著陸平臺獲取的位置信息上，通過校正后獲得的位置信息更加準確。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，步驟S2中無人機繞著陸平臺巡邏捕捉激光信號的具體過程包括:
S21.無人機在其懸停的水平面上繞著陸平臺以螺旋線為飛行軌跡進行飛行;無人機以螺旋線為飛行軌跡逐漸向外擴張以便能快速捕捉到激光信號。
[0014]S22.在飛行過程中，無人機上任一激光接收單元接收到激光信息，則無人機懸停。
[0015]作為一種優(yōu)選方案，步驟S3中調(diào)整無人機位置使得無人機四個激光接收單元都接收到激光信號的具體過程包括:
531.當無人機上一個激光接收單元接收到激光信息，將該激光接收單元記為A，無人機上其余激光接收單元分別記為B、C、D，其中A和B呈中心相對，C和D呈中心相對，無人機懸停；
532.無人機繞A進行水平旋轉(zhuǎn)，直到B接收到激光信號，無人機懸停，并確認A和B都接收到激光信號；
533.將無人機沿著接收到的激光信號的在水平面上的擺動路徑進行移動，同時根據(jù)無人機位置與著陸平臺位置之間距離變化判斷移動方向；當無人機與著陸平臺支架距離變大，則控制無人機往反方向移動，若距離變小，則飛行方向正確。
[0016]S34.移動無人機直到C和D都接收到激光信號，則控制無人機垂直下降。
[0017]因此，本發(fā)明的優(yōu)點是:通過激光對無人機進行引導，定位無人機下降位置，使得無人機準確降落在著陸平臺上，實現(xiàn)了無人機精確定位著陸，滿足了用戶的使用要求。
【附圖說明】
[0018]附圖1是本發(fā)明的一種結構框示圖；
附圖2是本發(fā)明定位著陸的一種狀態(tài)示意圖。
[0019]1-無人機2-著陸平臺3-基準站11-無人機控制單元12-無人機GPS單元13-無人機通信單元14-激光接收單元21-平臺控制單元22-平臺GPS單元23-平臺通信單元24-第一激光發(fā)射單元25-第二激光發(fā)射單元26-地圖單元31-基準站控制單元32-基準站GPS單元33-基準站通信單元。
【具體實施方式】
[0020]下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
[0021 ] 實施例:
本實施例一種無人機著陸導航系統(tǒng)，如圖1所示，包括四旋翼無人機1、著陸平臺2、基準站3 ο
[0022]在無人機的四個翼上分別設置有激光接收單元14，無人機內(nèi)設置有無人機GPS單元12、無人機控制單元11和無人機通信單元13，無人機GPS單元、無人機通信單元、激光接收單元分別與無人機控制單元相連。
[0023]著陸平臺上擺動設置有第一激光發(fā)射單元24、第二激光發(fā)射單元25，著陸平臺內(nèi)設置有平臺控制單元21、平臺通信單元23、平臺GPS單元22、地圖單元26，第一激光發(fā)射單元、第二激光發(fā)射單元、平臺通信單元、平臺GPS單元、地圖單元分別與平臺控制單元相連，無人機通信單元和平臺通信單元無線相連。如圖2所示，第一激光發(fā)射單元和第二激光發(fā)射單元相鄰設置，在著陸平臺內(nèi)設置有第一舵機和第二舵機，第一舵機與第一激光發(fā)射單元下端連接，控制第一激光發(fā)射單元前后擺動，第二舵機與第二激光發(fā)射單元下端連接，控制第二激光發(fā)射單元左右擺動。第一激光發(fā)射單元擺動軌跡所在面與第二激光發(fā)射單元擺動軌跡所在面垂直相交。
[0024]基準站3包括基準站GPS單元32、基準站控制單元31和基準站通信單元33，基準站GPS單元、基準站通信單元分別與基準站控制單元相連，基準站通信單元分別與無人機通信單元13、平臺通信單元23無線相連。
[0025]—種無人機著陸導航控制方法，包括以下步驟:
51.定位無人機和著陸平臺的位置，控制無人機向著陸平臺靠攏；
52.控制無人機繞著陸平臺巡邏，捕捉激光信號；
53.捕捉到激光信號后，調(diào)整無人機位置使得無人機四個激光接收單元都接收到激光信號；
54.垂直下降無人機，直至準確停落在著陸平臺上。
[0026]步驟SI中無人機向著陸平臺靠攏的具體過程包括:
511.無人機定位位置，并將位置信息發(fā)送給著陸平臺；
512.著陸平臺定位位置，將無人機和著陸平臺的位置信息在地圖上定位，計算無人機與著陸平臺之間的距離和角度，生成控制命令發(fā)送給無人機；
513.無人機根據(jù)控制命令向著陸平臺靠近，直至無人機位置與著陸平臺位置在地圖上重合，無人機懸停。
[0027]在定位無人機和著陸平臺位置時，還對無人機和著陸平臺的位置信息進行校正，其校正步驟包括:
551.將基準站實際位置信息記為(Χο、Υο、Ζο)，通過基準站GPS單元獲取位置信息記為(X1、Y1、Zi);
552.計算獲得位置校正值(ΛΧ、ΛΥ、ΛΖ)，AX=Xo-Xi，AY=Y0-Yi，AZ=Z0-Zi，將位置校正值分別發(fā)送給無人機和著陸平臺；
553.無人機通過無人機GPS單元獲取位置信息記為(Χ2、Υ2、Ζ2)，根據(jù)位置校正值獲得校正后的無人機位置信息《2’、￥2’、22’)，乂2’=乂2-厶乂，￥2’=￥2-厶￥，22’=22-厶2;著陸平臺通過平臺GPS單元獲取位置信息記為(Χ3、Υ3、Ζ3)，根據(jù)位置校正值獲得校正后的著陸平臺位置信息(X3 ’、Y3 ’、Z3 ’)，X3 ’ =X3-AX，Y3 ’ =Y3-AY，Z3 ’ =Z3-AZ。
[0028]步驟S2中無人機繞著陸平臺巡邏捕捉激光信號的具體過程包括:
521.無人機在其懸停的水平面上繞著陸平臺以螺旋線為飛行軌跡進行飛行；
522.在飛行過程中，無人機上任一激光接收單元接收到激光信息，則無人機懸停。
[0029]步驟S3中調(diào)整無人機位置使得無人機四個激光接收單元都接收到激光信號的具體過程包括:
531.當無人機上一個激光接收單元接收到激光信息，如圖2所示，將該激光接收單元記為Α，無人機上其余激光接收單元分別記為B、C、D，其中A和B呈中心相對，C和D呈中心相對，無人機懸停；
532.無人機繞A進行水平旋轉(zhuǎn)，直到B接收到激光信號，無人機懸停，并確認A和B都接收到激光信號；
533.將無人機沿著接收到的激光信號的在水平面上的擺動路徑進行移動，同時根據(jù)無人機位置與著陸平臺位置之間距離變化判斷移動方向；
534.移動無人機直到C和D都接收到激光信號，則控制無人機垂直下降。
[0030]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0031]盡管本文較多地使用了無人機、著陸平臺、基準站、無人機控制單元等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì);把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
【主權項】
1.一種無人機著陸導航系統(tǒng)，其特征在于:包括四旋翼無人機(I)、著陸平臺(2)，在無人機的四個翼上分別設置有激光接收單元(14)，無人機內(nèi)設置有無人機GPS單元(12)、無人機控制單元(I I)和無人機通信單元(I 3)，無人機GPS單元、無人機通信單元、激光接收單元分別與無人機控制單元相連，著陸平臺上擺動設置有第一激光發(fā)射單元(24)、第二激光發(fā)射單元(25)，著陸平臺內(nèi)設置有平臺控制單元(21)、平臺通信單元(23)、平臺GPS單元(22)，第一激光發(fā)射單元、第二激光發(fā)射單元、平臺通信單元、平臺GPS單元分別與平臺控制單元相連，無人機通信單元和平臺通信單元無線相連。2.根據(jù)權利要求1所述的一種無人機著陸導航系統(tǒng)，其特征是所述第一激光發(fā)射單元(24)和第二激光發(fā)射單元(25)相鄰設置，第一激光發(fā)射單元前后擺動，第二激光發(fā)射單元左右擺動，第一激光發(fā)射單元擺動軌跡所在面與第二激光發(fā)射單元擺動軌跡所在面垂直相交。3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種無人機著陸導航系統(tǒng)，其特征是還包括有基準站(3)，所述基準站包括基準站GPS單元(32)、基準站控制單元(31)和基準站通信單元(33)，基準站GPS單元、基準站通信單元分別與基準站控制單元相連，基準站通信單元分別與無人機通信單元(13)、平臺通信單元(23)無線相連。4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種無人機著陸導航系統(tǒng)，其特征是著陸平臺(2)還包括地圖單元(26)，所述地圖單元與平臺控制單元(21)相連接。5.—種無人機著陸導航控制方法，采用權利要求1-4任一項中的系統(tǒng)，其特征是包括以下步驟: S1.定位無人機和著陸平臺的位置，控制無人機向著陸平臺靠攏； S2.控制無人機繞著陸平臺巡邏，捕捉激光信號； S3.捕捉到激光信號后，調(diào)整無人機位置使得無人機四個激光接收單元都接收到激光信號； S4.垂直下降無人機，直至準確停落在著陸平臺上。6.根據(jù)權利要求5所述的一種無人機著陸導航控制方法，其特征是步驟SI中無人機向著陸平臺靠攏的具體過程包括: S11.無人機定位位置，并將位置信息發(fā)送給著陸平臺； S12.著陸平臺定位位置，將無人機和著陸平臺的位置信息在地圖上定位，計算無人機與著陸平臺之間的距離和角度，生成控制命令發(fā)送給無人機； S13.無人機根據(jù)控制命令向著陸平臺靠近，直至無人機位置與著陸平臺位置在地圖上重合，無人機懸停。7.根據(jù)權利要求5或6所述的一種無人機著陸導航控制方法，其特征是在定位無人機和著陸平臺位置時，還對無人機和著陸平臺的位置信息進行校正，其校正步驟包括: S51.將基準站實際位置信息記為(Χο、Υο、Ζο)，通過基準站GPS單元獲取位置信息記為(X1、Y1、Zi); S52.計算獲得位置校正值(ΛΧ、ΛΥ、ΛΖ)，AX=Xo-Xi，AY=Y0-Yi，AZ=Z0-Zi，將位置校正值分別發(fā)送給無人機和著陸平臺； S53.無人機通過無人機GPS單元獲取位置信息記為(X2、Y2、Z2)，根據(jù)位置校正值獲得校正后的無人機位置信息《2’、￥2’、22’)，乂2’=乂2-厶乂，￥2’=￥2-厶￥，22’=22-厶2;著陸平臺通過平臺GPS單元獲取位置信息記為(X3、Y3、Z3)，根據(jù)位置校正值獲得校正后的著陸平臺位置信息(X3 ’、Y3 ’、Z3 ’)，X3 ’ =X3-AX，Y3 ’ =Y3-AY，Z3 ’ =Z3-AZ。8.根據(jù)權利要求5或6所述的一種無人機著陸導航控制方法，其特征是步驟S2中無人機繞著陸平臺巡邏捕捉激光信號的具體過程包括: S21.無人機在其懸停的水平面上繞著陸平臺以螺旋線為飛行軌跡進行飛行； S22.在飛行過程中，無人機上任一激光接收單元接收到激光信息，則無人機懸停。9.根據(jù)權利要求5或6所述的一種無人機著陸導航控制方法，其特征是步驟S3中調(diào)整無人機位置使得無人機四個激光接收單元都接收到激光信號的具體過程包括: S31.當無人機上一個激光接收單元接收到激光信息，將該激光接收單元記為Α，無人機上其余激光接收單元分別記為B、C、D，其中A和B呈中心相對，C和D呈中心相對，無人機懸停； S32.無人機繞A進行水平旋轉(zhuǎn)，直到B接收到激光信號，無人機懸停，并確認A和B都接收到激光信號； S33.將無人機沿著接收到的激光信號的在水平面上的擺動路徑進行移動，同時根據(jù)無人機位置與著陸平臺位置之間距離變化判斷移動方向； S34.移動無人機直到C和D都接收到激光信號，則控制無人機垂直下降。
【文檔編號】G05D1/12GK106094877SQ201610575276
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】王建成, 施中郎, 徐擁華, 潘艷紅, 顧志偉, 李踐, 吳奕, 蔣波
【申請人】衢州賦騰信息科技有限公司