CN103487787A - 一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法 - Google Patents

一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103487787A
CN103487787A CN201310444134.8A CN201310444134A CN103487787A CN 103487787 A CN103487787 A CN 103487787A CN 201310444134 A CN201310444134 A CN 201310444134A CN 103487787 A CN103487787 A CN 103487787A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ultrasound wave
unmanned aerial
ultrasonic
module
wave receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310444134.8A
Other languages
English (en)
Inventor
李洪强
张震
曹亚飞
张东亚
周铭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201310444134.8A priority Critical patent/CN103487787A/zh
Publication of CN103487787A publication Critical patent/CN103487787A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/30—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种四旋翼无人机的超声波定位装置，包括四旋翼无人机、超声波发射控制模块、超声波发射模块、超声波接收控制模块、超声波接收模块，所述超声波接收控制模块连接超声波接收模块，并固定在地面上；所述地超声波发射控制模块一端连接在四旋翼无人机的飞控板的输出端，一端连接超声波发射模块。一种四旋翼无人机的超声波定位方法，采用若干超声波接收模块，每三个超声波接收模块一组进行空间定位，与其余各组定位结果相互校准，增加定位精度，减小误差，该方法具有操作简单、计算简单精确、对于事实性系统的计算资源要求低、而且成本相对较低，更容易实现四旋翼无人机的定位精度。

Description

一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法
技术领域
本发明涉及无人机定位领域，尤其涉及一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法。
背景技术
近年来，无人机在地面侦察和监视，情报获取，高压线、地震后路段的检查，航拍和成像等方面的作用越来越明显，而四旋翼无人机是一种具有四个输入端和六个自由度的前驱动系统，其结构更加紧凑，机械结构更加简单，而且四旋翼无人机的四个旋翼之间能够互相抵消反扭矩，通过控制电机的转速就可以实现对姿态和轨迹的控制。然而，对于四旋翼无人机使用中的目标定位的研究则稍显滞后，尤其是精确定位目标更加困难，不利于实现四旋翼无人机的侦察，监控等。
发明内容
鉴于上述提到的问题，本发明的目的在于提出了一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法，是一种基于超声波传感器的四旋翼无人机精确定位方法，用于解决四旋翼无人机的定位问题。
本发明为了解决上述技术问题采用如下技术方案：
一种四旋翼无人机的超声波定位装置，包括四旋翼无人机、超声波发射控制模块、超声波发射模块、超声波接收控制模块、超声波接收模块，所述地超声波接收控制模块连接超声波接收模块，并固定在地面上；所述地超声波发射控制模块一端连接在四旋翼无人机的飞控板的输出端，一端连接超声波发射模块。
一种四旋翼无人机的超声波定位方法，采用若干超声波接收模块，每三个超声波接收模块一组进行空间定位，与其余各组定位结果相互校准，增加定位精度，减小误差，其步骤为：
1）分别为若干个超声波接收模块顺时针编号1，2，3，n，其中n为自然数；
2）取1，2，3号超声波接收模块建立空间坐标系，令2号超声波接收模块为坐标原点，则1号超声波接收模块取坐标（X，0，0），3号超声波接收模块取坐标（0，Y，0）；位于四旋翼无人机的飞控板上的超声波发射模块取坐标（x，y，z）；到1，2，3号三个超声波接收模块的距离分别为L1，L2，L3；
3）根据坐标计算距离的原理得：
x2+y2+z2=L1 2      (1)
(X-x)2+y2+z2=L2 2     (2)
x2+(Y-y)2+z2=L3 2      (3)
求解得：                                               
Figure 2013104441348100002DEST_PATH_IMAGE002
；
4）分别另取三个相邻的超声波接收模块建立空间坐标系，重复上述步骤2）和步骤3），如此进行n次空间定位，增加定位精度。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著地优点：
该方法具有操作简单、计算简单精确、对于事实性系统的计算资源要求低、而且成本相对较低，更容易实现四旋翼无人机的定位精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是超声波模块工作方式框图。
图3是超声波模块工作原理图。
图4是超声波定位计算方法图。
具体实施方式
本发明具体实施例结合附图说明如下：
参见图1和图2，一种四旋翼无人机的超声波定位装置，包括四旋翼无人机、超声波发射控制模块、超声波发射模块、超声波接收控制模块、超声波接收模块，所述地超声波接收控制模块连接超声波接收模块，固定在地面上；超声波发射控制模块一端连接在四旋翼无人机的飞控板的输出端，一端连接超声波发射模块。
所述地四旋翼无人机的飞控板使用Atmega2560单片机；所述地超声波发射控制模块和超声波接收控制模块的控制芯片采用STC12系列单片机，所述地STC12系列单片机上安装TL852模块，所述地TL852是一片专门设计用于超声波接收、放大、检测的芯片，集成了可变增益、选频放大器，可通过四根控制线变换11级增益，对于检测超声波信号十分有效。实现超声波发射及控制TL852的增益变换，通过定时控制增益，使TL852的增益与回波时间相匹配，一方面提高了检测的灵敏度，同时减小干扰。
如图3所示，超声波发射控制模块和超声波接收控制模块的控制芯片是STC12系列单片机，其工作原理是STC12系列单片机根据设定的工作方式，产生40KHZ方波，经过驱动电路驱动超声波发生器发出一簇信号，单片机开始计时；超声波接收模块接收信号，经过驱动电路接收并放大检测信号，单片机计时结束；通过串口通信协议输出距离，采用UART口输出数据、设置参数，UART口可以使用中断模式，读取软件占用资源较小。为了减小干扰，超声波发射控制模块和接收控制模块选用3.3V供电的单片机，使用AMS1117-3.3三端稳压器将5V降为3.3V,减小电源扰动的影响，增加可靠性。
参见图4，一种四旋翼无人机的超声波定位方法，采用四个超声波接收模块，每三个超声波模块进行空间定位，另外分别组成三组校准，增加定位精度，减小误差，其步骤为：
1）分别为若干个超声波接收模块顺时针编号1，2，3，4；
2）取1，2，3号超声波接收模块建立空间坐标系，令2号超声波接收模块为坐标原点，则1号超声波接收模块取坐标（X，0，0），3号超声波接收模块取坐标（0，Y，0）；位于四旋翼无人机的飞控板上的超声波发射模块取坐标（x，y，z）；到1，2，3号三个超声波接收模块的距离分别为L1，L2，L3；
3）根据距离计算坐标的原理得：
X2+Y2+Z2=L1 2      (1)
(X-x)2+Y2+Z2=L2 2     (2)
X2+(Y-y)2+Z2=L3 2      (3)
求解得：
Figure 320355DEST_PATH_IMAGE002
Figure 237495DEST_PATH_IMAGE004
；
4）分别另取三个相邻的超声波接收模块作空间坐标系：编号2，3，4，其中3为坐标原点；编号3，4，1，其中编号4为坐标原点；编号4，1，2，其中编号1为坐标原点；如此进行四次定位，增加定位精度。 

Claims (2)

1.一种四旋翼无人机的超声波定位装置，包括四旋翼无人机、超声波发射控制模块、超声波发射模块、超声波接收控制模块、超声波接收模块，其特征在于：所述超声波接收控制模块连接超声波接收模块，并固定在地面上；所述地超声波发射控制模块一端连接在四旋翼无人机的飞控板的输出端，一端连接超声波发射模块。
2.一种四旋翼无人机的超声波定位方法，其特征在于，采用若干超声波接收模块，每三个超声波接收模块一组进行空间定位，与其余各组定位结果相互校准，增加定位精度，减小误差，其步骤为：
1）分别为若干个超声波接收模块顺时针编号1，2，3，n，其中n为自然数；
2）取1，2，3号超声波接收模块建立空间坐标系，令2号超声波接收模块为坐标原点，则1号超声波接收模块取坐标（X，0，0），3号超声波接收模块取坐标（0，Y，0）；位于四旋翼无人机的飞控板上的超声波发射模块取坐标（x，y，z）；到1，2，3号三个超声波接收模块的距离分别为L1，L2，L3；
3）根据坐标计算距离的原理得：
x2+y2+z2=L1 2      (1)
(X-x)2+y2+z2=L2 2     (2)
x2+(Y-y)2+z2=L3 2      (3)
求解得：                                               
Figure 2013104441348100001DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2013104441348100001DEST_PATH_IMAGE004
Figure 2013104441348100001DEST_PATH_IMAGE006
；
4）分别另取三个相邻的超声波接收模块建立空间坐标系，重复上述步骤2）和步骤3），如此进行n次空间定位，增加定位精度。
CN201310444134.8A 2013-09-26 2013-09-26 一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法 Pending CN103487787A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310444134.8A CN103487787A (zh) 2013-09-26 2013-09-26 一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310444134.8A CN103487787A (zh) 2013-09-26 2013-09-26 一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103487787A true CN103487787A (zh) 2014-01-01

Family

ID=49828157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310444134.8A Pending CN103487787A (zh) 2013-09-26 2013-09-26 一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103487787A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104076347A (zh) * 2014-06-29 2014-10-01 湖北汽车工业学院 基于超声波的车辆空间定位系统
CN104527989A (zh) * 2015-01-04 2015-04-22 成都群侠科技有限公司 一种新型超声波探测器无人机
CN105824011A (zh) * 2016-05-17 2016-08-03 北京农业智能装备技术研究中心 无人机自动导引降落相对位置测量装置及方法
CN107229284A (zh) * 2017-04-28 2017-10-03 中国科学院声学研究所 一种无人机避障装置和方法
CN108387871A (zh) * 2018-01-30 2018-08-10 吉林大学 一种实现六自由度测量的超声三维定位系统和定位方法
CN109765525A (zh) * 2019-01-16 2019-05-17 重庆交通大学 一种水下卵石运动位置实时追踪系统及方法
CN109782222A (zh) * 2018-12-28 2019-05-21 中国地质大学（武汉） 一种集成rtls的地下管线定位方法与系统
CN110220508A (zh) * 2019-06-27 2019-09-10 北京电子工程总体研究所 一种基于ut的室内低成本飞行器定位方法和装置
CN110703201A (zh) * 2019-09-23 2020-01-17 广西诚新慧创科技有限公司 一种超声波无人机降落方法及无人机停机系统
CN110774910A (zh) * 2019-09-23 2020-02-11 广西诚新慧创科技有限公司 一种引导无人机降落充电的方法及系统
CN113655803A (zh) * 2021-08-26 2021-11-16 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 基于视觉的隧道环境下旋翼无人机航向校准系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1464856A (zh) * 2001-07-06 2003-12-31 精工爱普生株式会社 飞船系统
DE10305896B3 (de) * 2003-01-12 2004-01-22 Pepperl + Fuchs Gmbh Verfahren zum Bestimmen der Position eines Objektes im Raum mittels eines vom Objekt ausgesendeten und von Empfängern empfangenen Signals
JP2004257877A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Seiko Epson Corp 音源検出方法、音源検出装置及びロボット
CN102981509A (zh) * 2012-12-18 2013-03-20 哈尔滨伟方智能科技开发有限责任公司 一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1464856A (zh) * 2001-07-06 2003-12-31 精工爱普生株式会社 飞船系统
DE10305896B3 (de) * 2003-01-12 2004-01-22 Pepperl + Fuchs Gmbh Verfahren zum Bestimmen der Position eines Objektes im Raum mittels eines vom Objekt ausgesendeten und von Empfängern empfangenen Signals
JP2004257877A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Seiko Epson Corp 音源検出方法、音源検出装置及びロボット
CN102981509A (zh) * 2012-12-18 2013-03-20 哈尔滨伟方智能科技开发有限责任公司 一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104076347B (zh) * 2014-06-29 2017-01-25 湖北汽车工业学院 基于超声波的车辆空间定位系统
CN104076347A (zh) * 2014-06-29 2014-10-01 湖北汽车工业学院 基于超声波的车辆空间定位系统
CN104527989A (zh) * 2015-01-04 2015-04-22 成都群侠科技有限公司 一种新型超声波探测器无人机
CN105824011A (zh) * 2016-05-17 2016-08-03 北京农业智能装备技术研究中心 无人机自动导引降落相对位置测量装置及方法
CN107229284B (zh) * 2017-04-28 2020-04-07 中国科学院声学研究所 一种无人机避障装置和方法
CN107229284A (zh) * 2017-04-28 2017-10-03 中国科学院声学研究所 一种无人机避障装置和方法
CN108387871A (zh) * 2018-01-30 2018-08-10 吉林大学 一种实现六自由度测量的超声三维定位系统和定位方法
CN109782222A (zh) * 2018-12-28 2019-05-21 中国地质大学（武汉） 一种集成rtls的地下管线定位方法与系统
CN109765525A (zh) * 2019-01-16 2019-05-17 重庆交通大学 一种水下卵石运动位置实时追踪系统及方法
CN110220508A (zh) * 2019-06-27 2019-09-10 北京电子工程总体研究所 一种基于ut的室内低成本飞行器定位方法和装置
CN110703201A (zh) * 2019-09-23 2020-01-17 广西诚新慧创科技有限公司 一种超声波无人机降落方法及无人机停机系统
CN110774910A (zh) * 2019-09-23 2020-02-11 广西诚新慧创科技有限公司 一种引导无人机降落充电的方法及系统
CN113655803A (zh) * 2021-08-26 2021-11-16 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 基于视觉的隧道环境下旋翼无人机航向校准系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103487787A (zh) 一种四旋翼无人机的超声波定位装置及方法
CN101957442B (zh) 一种声源定位装置
CN206193270U (zh) 一种一维超声波无线风速风向仪
CN100567899C (zh) 一种无人机无线电高度表高度及升降速度自动修正方法
CN106483327A (zh) 一种超声波测风系统及方法
CN205157772U (zh) 超声波三维定位系统
CN103543434A (zh) 室内定位系统、手机及定位方法
CN103292894A (zh) 一种结构振动传递函数的获取方法
CN108897331A (zh) 一种基于雷达技术的飞行器高度控制方法及系统
CN107367725A (zh) 用于无人机测距避障的激光雷达装置和无人机
CN105589467A (zh) 一种低成本扩展航姿传感器模块
CN105954782B (zh) 一种多旋翼无人机的组合测向方法
CN103499810A (zh) 一种用于电磁定位的装置和方法
CN104991242A (zh) 一种基于apd和tdc的激光成像探测系统
CN105134392A (zh) 小型无人直升机汽油发动机转速控制系统及其控制方法
CN203012513U (zh) 一种无线航模控制系统
CN207007874U (zh) 基于非正交测风阵型的三维超声波测风仪
CN103291282A (zh) 钻车随钻测量系统
CN104182651B (zh) 用于三分量检波器接收的微地震事件方位角自动质控方法
CN206892666U (zh) 一种基于视觉导航的四旋翼无人机的自主飞行系统
CN107167626A (zh) 基于非正交测风阵型的三维超声波测风仪及测风方法
CN111722232A (zh) 一种具备三维定位能力的多波束成像声纳实时信号处理装置
CN207135259U (zh) 一种基于虚拟化阵元技术的超声波收发一体换能器
CN206388067U (zh) 无人机及航拍系统
CN102541065A (zh) 飞行器高精度低高度控制方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140101