CN103353601A - 一种基于gnss实时差分技术的无人机精准导航系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机飞控导航领域，特别是一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统及方法。系统由机载GNSS装置(1)、地面GNSS基站(2)、GNSS数据实时差分解算模块(3)和导航数据生成模块(4)四部分组成，通过GNSS数据实时差分解算模块(3)对同一时间点的机载GNSS装置(1)采集的无人机GNSS观测数据和地面GNSS基站(2)采集的地面基站GNSS观测数据进行差分解算，求出改正后的无人机位置数据，导航数据生成模块(4)基于改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令，发送到无人机飞控系统(6)，实现无人机精准导航。本发明大幅度提升无人机飞行导航的准确度，将目前10-15米的绝对导航精度提高至优于0.5米，同时提高基于无人机进行目标快速定位的精度。

Description

一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统和方法
技术领域
本发明涉及无人机飞控导航领域，特别是一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统及方法。
背景技术
目前，无人机普遍通过使用单频机载GNSS(全球导航卫星系统，如GPS、北斗、伽利略系统等)接收机实时获取位置信息进行飞行导航。而GNSS绝对定位精度通常只能达到10-15米，不适合于一些要求精准定位领域的应用。例如，电力巡线时，需要对电塔和电缆进行精准监测，要求位置精度好于1米；精准农业中，精准供种、精准施肥、精准播种、精准灌溉等都需要无人机具备高精度导航能力，尤其是在丘陵和山区；城区的应用对无人机导航精度的要求会更高。
GNSS实时差分技术是解决定位精度问题的重要方法之一。国际上有一些直接提供GNSS实时差分改正服务的系统，如OmniSTAR、StarFire，即利用全球GNSS差分网为各地的用户提供实时的高精度差分改正服务。而这类服务通常十分昂贵，且受差分网覆盖程度的影响，有些地区的差分精度仍受局限。此外，使用这些服务需要一些专用设备，进而占用无人机的有效载荷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：无人机迄今自带的单频GNSS接收设备精度有限，无法实现精准导航。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：设置地面GNSS基站2，通过GNSS数据实时差分解算模块3对同一时间点的机载GNSS装置1采集的无人机GNSS观测数据和地面GNSS基站2采集的地面基站GNSS观测数据进行差分解算，求出改正后的无人机位置数据，导航数据生成模块4基于改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令，发送到无人机飞控系统6，无人机飞控系统6执行飞行导航指令实现无人机精准导航。
本发明的内容包括：一种基GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统。方法包括：一种利用上述基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统进行无人机精准导航的方法。
本发明的一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统由机载GNSS装置1、地面GNSS基站2、GNSS数据实时差分解算模块3和导航数据生成模块4四部分组成。
所述机载GNSS装置1包括一台双频或三频GNSS接收器和相应的GNSS天线，用于实时采集无人机GNSS观测数据。
所述地面GNSS基站2包括一台双频或三频GNSS接收器和相应的GNSS天线，作为静态的GNSS基站点为实时差分提供地面基站GNSS观测数据。所述地面GNSS基站2的地面坐标可以是已知的地面控制点，或者该点的坐标也可通过长时间观测获得。
所述GNSS数据实时差分解算模块3是一个计算模块，用于对无人机GNSS观测数据和地面基站GNSS观测数据进行实时差分解算，求得改正后的无人机位置数据。所述GNSS数据实时差分解算模块3可安装在无人机地面控制站5、地面GNSS基站2或无人机飞控系统6上。
所述导航数据生成模块4是一个计算模块，基于GNSS数据实时差分解算模块3求得的改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令。所述导航数据生成模块4可安装在无人机地面控制站5、地面GNSS基站2或无人机飞控系统6上。
一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航方法，步骤如下：
步骤S1：机载GNSS装置1实时采集无人机GNSS观测数据，传输到GNSS数据实时差分解算模块3；
步骤S2：地面GNSS基站2实时采集地面基站GNSS观测数据，传输到GNSS数据实时差分解算模块3；
步骤S3：GNSS数据实时差分解算模块3基于步骤S1和S2获得的同一时间点的观测数据，进行实时差分解算，求出改正后的无人机位置数据；
步骤S4：导航数据生成模块4基于步骤S3求得的改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令；
步骤S5：将步骤S4中生成的飞行导航指令发送到无人机飞控系统6；
步骤S6：无人机飞控系统6执行飞行导航指令实现无人机精准导航。
本发明的有益效果是：
1.本发明大幅度提升无人机飞行导航的准确度，将目前10-15米的绝对导航精度提高至优于0.5米，由此可满足如电力巡线、精准农业、精准目标搜索定位、精准航迹飞行(城区或山川内)等对飞行导航精度要求高领域的应用。
2.本发明进一步提高基于无人机进行目标快速定位的精度，如海上航标定位、应急搜救和投放定位等，甚至可为实现高精度的空中工程测量奠定基础。
3.本发明的方法简单易行，系统配置简明，易于集成，添置成本基本可忽略，且无任何额外运营成本。
附图说明
图1是本发明的一种基GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统的系统结构图。
图2是本发明的一种基GNSS实时差分技术的无人机精准导航方法的步骤流程图。
图3是本发明的一种基GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统及方法的工作流程图。
图4是实施例一的系统流程图。
图5是实施例二的系统流程图。
图6是实施例三的系统流程图。
具体实施方式
图1是本发明的一种基GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统的系统结构图。一种基于实时差分技术的无人机精准导航系统由机载GNSS装置1、地面GNSS基站2、GNSS数据实时差分解算模块3和导航数据生成模块4四部分组成，其中机载GNSS装置1包括一台双频或三频GNSS接收器和相应的GNSS天线，地面GNSS基站2包括一台双频或三频GNSS接收器和相应的GNSS天线。
图2和图3本发明的一种基GNSS实时差分技术的无人机精准导航方法的流程图和本发明的一种基GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统及方法的工作流程图。机载GNSS装置1实时采集无人机GNSS观测数据，地面GNSS基站2作为静态的GNSS基站点实时采集地面基站GNSS观测数据。同一时间点的机载和地面GNSS观测数据传输到GNSS数据实时差分解算模块3中，进行实时差分解算，求出改正后的无人机位置数据。基于该位置数据，导航数据生成模块4生成飞行导航指令，发送到无人机飞控系统6，实现精准导航。
实施例一：
如图4所示，GNSS数据实时差分解算模块3和导航数据生成模块4都安装在无人机地面控制站5上，一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统的工作流程如下：
步骤A1：机载GNSS装置1实时采集无人机GNSS观测数据，通过无人机的数据链路传输到无人机地面控制站5，进入GNSS数据实时差分解算模块3；
步骤A2：地面GNSS基站2实时采集地面基站GNSS观测数据，通过无线或有线传输的方式传输到无人机地面控制站5，进入GNSS数据实时差分解算模块3；
步骤A3：GNSS数据实时差分解算模块3基于步骤A1和A2获得的同一时间点的观测数据，进行实时差分解算，求出改正后的无人机位置数据，并输入导航数据生成模块4；
步骤A4：导航数据生成模块4基于步骤A3求得的改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令；
步骤A5：无人机地面控制站5将步骤A4生成的飞行导航指令通过无人机的数据链路发送到无人机飞控系统6；
步骤A6：无人机飞控系统6执行飞行导航指令实现无人机精准导航。
实施例二：
如图5所示，GNSS数据实时差分解算模块3安装在地面GNSS基站2上，导航数据生成模块4安装在无人机地面控制站5上，一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统的工作流程如下：
步骤B1：机载GNSS装置1实时采集无人机GNSS观测数据，通过无人机的数据链路传输到无人机地面控制站5，再通过无线或有线传输的方式传输到地面GNSS基站2，进入GNSS数据实时差分解算模块3；
步骤B2：地面GNSS基站2实时采集地面基站GNSS观测数据，进入GNSS数据实时差分解算模块3；
步骤B3：GNSS数据实时差分解算模块3基于步骤B1和B2获得的同一时间点的观测数据，进行实时差分解算，求出改正后的无人机位置数据，地面GNSS基站2将改正后的无人机位置数据通过无线或有线传输的方式传输到无人机地面控制站5，再进入导航数据生成模块4；
步骤B4：导航数据生成模块4基于步骤B3求得的改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令；
步骤B5：无人机地面控制站5将步骤B4生成的飞行导航指令通过无人机的数据链路发送到无人机飞控系统6；
步骤B6：无人机飞控系统6执行飞行导航指令实现无人机精准导航。
实施例三：
如图6所示，GNSS数据实时差分解算模块3和导航数据生成模块4都安装在无人机飞控系统6上，一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统的工作流程如下：
步骤C1：机载GNSS装置1实时采集无人机GNSS观测数据，直接发送到无人机飞控系统6，进入GNSS数据实时差分解算模块3；
步骤C2：地面GNSS基站2实时采集地面基站GNSS观测数据，通过无线或有线传输的方式传输到无人机地面控制站5，无人机地面控制站5再通过无人机的数据链路将其传输到无人机飞控系统6，进入GNSS数据实时差分解算模块3；
步骤C3：GNSS数据实时差分解算模块3基于步骤C1和C2获得的同一时间点的观测数据，进行实时差分解算，求出改正后的无人机位置数据，输入导航数据生成模块4；
步骤C4：导航数据生成模块4基于步骤C3求得的改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令；
步骤C5：无人机飞控系统6执行飞行导航指令实现无人机精准导航。
虽然上文已经根据各种特定的实施例对本发明进行了描述，但本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此凡是按照本发明所述原理进行的修改，都应该理解为包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：由机载GNSS装置(1)、地面GNSS基站(2)、GNSS数据实时差分解算模块(3)和导航数据生成模块(4)四部分组成，通过GNSS数据实时差分解算模块(3)对同一时间点的机载GNSS装置(1)采集的无人机GNSS观测数据和地面GNSS基站(2)采集的地面基站GNSS观测数据进行差分解算，求出改正后的无人机位置数据，导航数据生成模块(4)基于改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令，发送到无人机飞控系统(6)，无人机飞控系统(6)执行飞行导航指令实现无人机精准导航。
2.按照权利要求1所述的一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：所述机载GNSS装置(1)包括一台双频或三频GNSS接收器和相应的GNSS天线，用于实时采集无人机GNSS观测数据。
3.按照权利要求1所述的一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：所述地面GNSS基站(2)包括一台双频或三频GNSS接收器和相应的GNSS天线，作为静态的GNSS基站点为实时差分提供地面基站GNSS观测数据。
4.按照权利要求3所述的一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：所述地面GNSS基站(2)的地面坐标为已知的地面控制点。
5.按照权利要求3所述的一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：所述地面GNSS基站(2)的地面坐标为长时间观测获得的坐标值。
6.按照权利要求1所述的一种GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：所述GNSS数据实时差分解算模块(3)是一个计算模块，用于对无人机GNSS观测数据和地面基站GNSS观测数据进行实时差分解算，求得改正后的无人机位置数据。
7.按照权利要求6所述的一种GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：所述GNSS数据实时差分解算模块(3)安装在无人机地面控制站(5)或地面GNSS基站(2)或无人机飞控系统(6)上。
8.按照权利要求1所述的一种GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：所述导航数据生成模块(4)是一个计算模块，基于GNSS数据实时差分解算模块3求得的改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令。
9.按照权利要求8所述的一种GNSS实时差分技术的无人机精准导航系统，其特征在于：所述导航数据生成模块(4)安装在无人机地面控制站(5)或地面GNSS基站(2)或无人机飞控系统(6)上。
10.一种基于GNSS实时差分技术的无人机精准导航方法，步骤如下：
步骤S1：机载GNSS装置(1)实时采集无人机GNSS观测数据，传输到GNSS数据实时差分解算模块(3)；
步骤S2：地面GNSS基站(2)实时采集地面基站GNSS观测数据，传输到GNSS数据实时差分解算模块(3)；
步骤S3：GNSS数据实时差分解算模块(3)基于步骤S1和S2获得的同一时间点的观测数据，进行实时差分解算，求出改正后的无人机位置数据；
步骤S4：导航数据生成模块(4)基于步骤S3求得的改正后的无人机位置数据，生成飞行导航指令；
步骤S5：将步骤S4中生成的飞行导航指令发送到无人机飞控系统(6)；
步骤S6：无人机飞控系统(6)执行飞行导航指令实现无人机精准导航。
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