CN107229034B - 无人飞行器定位方法及定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人飞行器定位方法及定位系统。该无人飞行器定位方法包括：S010在指定空间的一平面内设置M个超声波接收器，其中M为大于等于3的整数；S020依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；S030选取有效超声波接收器，构建距离方程组；S040计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；S050将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器。本发明提供的无人飞行器定位方法及定位系统，具有定位成本低廉、无需GPS信号也能实现实时准确定位的优点。
Description
技术领域
本发明涉及无人飞行器技术领域，特别是涉及一种无人飞行器定位方法及定位系统。
背景技术
无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的飞行器。能够利用无线遥控设备和自身的控制装置进行控制的不载人飞行器，例如无人直升机、无人固定翼机、无人伞翼机等等。该无人机可以用于挂载拍摄装置，用于航拍、测绘、侦查等等。
目前，随着无人机应用越来越普及，出现了更多航飞速度更快、飞行高度更高、更加操作灵活、体积更小的无人飞行器。而随着飞行速度及飞行高度的不断增加，加上飞行器本体越来越小，对飞行器本身的性能要求也越来越高，具体的，飞行器飞行速度及高度的提升，将导致飞行器根据操控要求实现悬停的难度提高；小型飞行器在室内或空间较为隐蔽的地方飞行时由于无法实现卫星定位或卫星定位精度差，而无法实现定点悬停的问题，上述问题将导致无人飞行器存在一定的安全隐患，同时对操控者而言，也无法体验到良好的飞行操控效果。
全球卫星定位系统（GPS）的应用是基于卫星发射信号给定位端，当定位端同时收到 4 颗以上的卫星信号后，再根据相关的定位算法算出其当前所处位置的三维坐标、速度和时间等。然而，这种定位原理的前提是要能接收到卫星信号，这就将GPS模块的使用限制在室外且能够接收到良好的卫星信号的环境下。在室内等卫星信号不好的一些环境下，我们无法接收到符合要求的卫星信号，或者是完全接收不到信号，并且这个信号产生的GPS位置信息的误差变得非常大，几乎无法使用。
然而，在实际的应用中，无人机通常需要工作在卫星信号不好的环境下，如室内环境等。所以，在正常GPS信号无法满足需求的情况下，有必要研究和开发出一套行之有效的定位系统。例如，对比文件1（CN104932523A）公开一种无人飞行器的定位方法，该方法通过无人飞行器上的摄像头获取视频流图像信息，根据解析视频图像信息得到特征点信息以及高度信息和姿态信息，得到飞行器的漂移方向和漂移距离，融合成视频流定位信息，再通过获取卫星定位信号，将卫星定位信号和视频流定位信号进行融合处理后，得到精度的定位信息。
当前，已经有一些关于无人机不依赖于GPS信号进行定位的专利，如光流定位技术、惯性设备与超生波测距相结合定位技术、摄像头图像结合雷达避障系统定位技术以及摄像头图像对比定位技术等。尽管这些方法在一定程度上可以较好地用于无人机在无GPS信号下的定位，但仍存在一些局限性。如使用光流或摄像头图像定位技术，不仅成本较高，而且还需要复杂的图像处理算法；而使用惯性测量器件等，则定位精度会受到一定的限制；同时，采用雷达避障则需要高精度的雷达扫描系统，价格昂贵、结构复杂。
发明内容
本发明正是基于以上一个或多个问题，提供一种无人飞行器定位方法及定位系统，用以解决现有技术中当GPS信号定位不能使用时存在的无人飞行器定位成本高昂，以及定位不及时、不准确的问题。
本发明提供一种无人飞行器定位方法，所述无人飞行器定位方法包括以下步骤：
S010在指定空间的一平面内设置M个超声波接收器，其中M为大于等于3的整数；
S020 依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
S030 选取有效超声波接收器，构建距离方程组；
S040 计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；
S050 将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器。
优选地，步骤S050进一步包括以下步骤：
S051 依据所述真实定位值计算出所述无人飞行器的运动距离；
S052 依据运动距离转换为所述经纬度的变化值；
S053 依据所述经纬度的变化值以及所述经纬度发生变化时的经纬度值，得到当前时刻所述无人飞行器所在位置的经纬度值。
优选地，所述步骤S050在步骤S053之后还包括以下步骤：
S054 将所述经纬度值依据Ublox协议放大预定倍数并发送至所述无人飞行器。
优选地，步骤S020具体包括：
S021 所述无人飞行器发射超声波信号和辅助同步定位信号，记录为初始时刻T0；
S022 一公共定时器接收到所述辅助同步定位信号时，记录为开始时刻T1；
S023 所述M个超声波接收器接收到所述超声波信号，分别记录结束时刻T2、T3…TM+1；
S024 获取所述结束时刻T2、T3…TM+1与所述开始时刻T1的时间差，之后分别计算各所述接收器至所述无人飞行器的距离。
优选地，步骤S030具体包括：
S031从所述M个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；
S032判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；
S033 若能，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。
优选地，步骤S030还进一步包括：
S034 若不能，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；
S035 若大于等于3个，则判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；
S036 若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
优选地，步骤S040进一步包括：
S041计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息；
S042依据所述无人飞行器在预设时间内的连续至少4次历史定位信息以及相应的历史预测位置信息，计算所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的各历史定位信息与相对应的历史预测位置信息之间的实际偏差值以及所述历史预测位置信息的历史预测偏差值；
S043 依据所述实际偏差值，获取当前时刻所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的预测模糊值；
S044 依据所述历史预测偏差值与预测模糊值，计算出噪声偏差；
S045 依据所述预测模糊值以及所述噪声偏差计算出当前时刻的真实定位值的加权系数；
S046 依据所述加权系数、当前时刻的预测位置信息以及当前时刻所述无人飞行器的测量位置信息，计算出所述无人飞行器当前时刻的所述真实定位值。
本发明还一种无人飞行器定位系统，所述无人飞行器定位系统包括：
超声波接收器设置模块，用于在指定空间的一平面内设置M个超声波接收器，其中M为大于等于3的整数；
距离计算模块，用于依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
方程组构建模块，用于选取有效超声波接收器，构建出距离方程组；
定位数据处理模块，用于计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；
经纬度转换模块，用于将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器。
优选地，所述方程组构建模块具体包括：
有效距离值获取单元，用于从所述M个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；
第一判断单元，用于判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；
位置信息获取单元，用于在能构建出至少一个矩形的情况下，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息；
第二判断单元，用于在不能构建出矩形的情况下，判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；
第三判断单元，用于在有效超声波接收器的数量大于等于3个时，判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；
距离方程组构建单元，用于在能构建出直角三角形时，依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
本发明进一步提供一种无人飞行器定位系统，所述无人飞行器定位系统包括：处理器、存储器、M个超声波接收器、设于所述无人飞行器上的超声波发射器，其中M为大于等于3的整数；所述M个超声波接收器设在指定空间的一平面内，接收所述超声波发射器发射的超声波信号；所述存储器存储有程序指令；所述处理器调用所述存储器的程序指令以实现以下功能：
S020 依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
S030 选取有效超声波接收器，构建距离方程组；
S040 计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；
S050 将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器。
本发明提供的无人飞行器定位方法及定位系统，具有定位成本低廉、无需GPS信号也能实现实时准确定位的优点。
附图说明
图1是本发明实施方式一的无人飞行器定位方法的流程示意图；
图2是本发明实施方式二的无人飞行器定位系统的结构示意图；
图3是本发明实施方式三的无人飞行器定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
实施方式一
如图1所示，本发明提供一种无人飞行器定位方法，所述无人飞行器定位方法包括以下步骤：
S010在指定空间的一平面内设置M个超声波接收器，其中M为大于等于3的整数；这里可以依据指定空间的大小，在该空间内依据需要设置多个超声波接收器，以便于无人飞行器在飞行过程中发射的超声波信号能被至少三个超声波接收器接收到，从而有助于很好地对无人飞行器进行定位；
S020 依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
S030 选取有效超声波接收器，构建距离方程组；这里依据有效超声波接收器与无人飞行器的距离来构建距离方程组。通过选取出有效超声波接收器，这样避免了在定位计算时因超声波接收器的数据错误导致定位结果不准确；
S040 计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；通过数据处理去除噪声和误差等，得到更精确的定位值，这个作为真实定位值，可以保证无人飞行器的飞行安全，较好地避开障碍物。由于无人飞行器在某些比较狭小的空间飞行中，对定位精度的要求比较高，获得真实定位值，将使得用户在狭小空间如客厅、卧室等室内空间操作无人飞行器的用户体验更好；
S050 将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器。通过将真实定位值转换成经纬度数据，使得无需改变无人飞行器的飞控系统，降低了无需使用GPS信号的无人飞行器的定位成本。
本发明提供的无人飞行器定位方法，具有定位成本低廉、无需GPS信号也能实现实时准确定位的优点。
在一个具体实施例中，步骤S050进一步包括以下步骤：
S051 依据所述真实定位值计算出所述无人飞行器的运动距离；
S052 依据运动距离转换为所述经纬度的变化值；
S053 依据所述经纬度的变化值以及所述经纬度发生变化时的经纬度值，得到当前时刻所述无人飞行器所在位置的经纬度值。
进一步地，所述步骤S050在步骤S053之后还包括以下步骤：
S054 将所述经纬度值依据Ublox协议放大预定倍数并发送至所述无人飞行器。
具体来说，上述步骤S050可以通过以下转换方法：
一种是先计算出在经纬方向上的发生的位移L，然后，使用地球半径R和反三角函数公式求取位移对应的角度θ，即θ=2 arcsin(L/R)。
另一种是根据经纬度的系数计算公式θ=L/111319550进行转换。地球的子午线总长度大约40008km。由此可知以下对应关系：
平均纬度1度对应距离大约111km；
平均纬度1分对应距离大约1.85km ；
平均纬度1秒对应距离大约30.9m；
平均经度1度对应距离约为40075.04km/360=111.31955km；
平均经度1分对应距离约为111.31955km /60=1885.3m；
平均经度1秒对应距离约为1885.3m /60=30.92m。
本发明所使用的计算方法将计算的相对基准点放在赤道上面，这样就简化了计算过程和单片机的运算量，并采用GPS的数据格式来表示指定空间定位如室内定位所得到的相对坐标，从而兼容于Ublox协议数据。
在本发明所使用的计算方法中，在指定空间如室内测到位移L一般 最大只有7m，而地球赤道的半径约为6356000m，此时L所对应的夹角 θ可以认为趋近于0，根据推导公式limθ→0sinθ＝θ可以得到sinθ/2＝L/2R， 进而可以认为θ＝L/R。
同时，为了使得到的经纬度数据能够与Ublox协议数据相兼容，需要对经纬度做一次倍数放大，如放大10000000倍，即θ=10000000/6356000 ＊L=1.5733L，所以，我们每次求出经纬度方向的位移后，可以直接按照1.5733L来换算为经纬度。
在一个具体实施例中，步骤S020具体包括：
S021 所述无人飞行器发射超声波信号和辅助同步定位信号，记录为初始时刻T0；
S022 一公共定时器接收到所述辅助同步定位信号时，记录为开始时刻T1；
S023 所述M个超声波接收器接收到所述超声波信号，分别记录结束时刻T2、T3…TM+1；
S024 获取所述结束时刻T2、T3…TM+1与所述开始时刻T1的时间差，之后分别计算各所述接收器至所述无人飞行器的距离。
在一个具体实施例中，步骤S030具体包括：
S031从所述M个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；
S032判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；
S033 若能，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。
在一个具体实施例中，步骤S030还进一步包括：
S034 若不能，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；
S035 若大于等于3个，则判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；
S036 若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
在一个具体实施例中，步骤S030中，设定所述有效超声波接收器的数量为9个，且9个所述有效超声波接收器呈“田”字形分布在同一平面101上时，则构造出9个矩形，其中a、b、c、d为四个最基本的矩形，经过组合可以构造出9个矩形，依据9个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建9个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
具体来说，当超声波接收器数目为9个时，将 9个超声波接收器（传感器）放在同一平面，并按照一个“田”字的形状进行安放，使得每个位置的Z轴相同，三纵向方向上的超声波接收器的X轴相同，三横向方向上的超声波接收器的Y轴相同。这种排布方式，可以极大地简化三点坐标的距离方程组。在测量时，可以得到9个距离数据，用数组Sarray[9]表示，只需要在其中挑选出三个数据(去掉最小数据)就可以了。
本发明采用的方法是对数组Sarray[9]按照数值从小到大的方法排序，根据立体几何上的空间内的点之间的距离变化为线性规律变化，也就是说在测量得到的距离值经过排序后，最小的四个数据，一定是个四边形，所以就可以按照空间两点的距离方程，列出三元二次方程，通过设置的特殊位置，即可消元降次，解出需要的3维坐标。
但是，在实际中，一方面由于超声波接收器本身的测量误差和外界的干扰，测量得到的距离存在5cm左右的误差，另一方面由于超声波信号的发射和接收存在角度限制，导致出现丢失一组或几组数据的问题。这些问题单靠滤波算法无法完全解决，总会出现定位数据波动过大，使得排序所得到的数据并非符合实际，即四个数据可能不会在同一个四边形上，而是会在散落在不同的四边形上。
本发明为避免由于干扰和测量失败导致排序算法的数据错乱的问题，首先，从设有多个超声波接收器的平面中选出分布呈“田”字型的9个超声波接收器，以构建出九种可能的四边形。由于可接收到九个距离值，每个距离值都可以找到对应的平面坐标位置，也就是说，如果收到的数据在4个或4个以上，就一定会产生一个四边形的组合，而在这个四边形里，我们只需要三组数据就可以完成空间坐标的解算。并且当数据超过6组以上时，我们可以通过计算多组四边形的得到多个空间坐标，将其过滤和平滑之后，空间坐标会变得更准确。
最后使用的计算方法为：根据九种四边形的组合，列出九种组合各自需要的平面坐标，将每种组合需要的坐标和距离代入距离方程组中，如果缺少相应的距离，就不计算，这样计算9次，然后将数据进行平滑滤波处理，从而得到该无人飞行器当前准确的空间坐标。虽然需要进行九次计算，对于人来说是很麻烦的，但是当下处理器处理速度来看，九次简单的计算量非常小。
此外，在其它实施例中，有效超声波接收器的数量可以为其它大于等于3个的数据，如4个、5个、6个、7个或8个，步骤S400进一步包括：若所述有效超声波接收器的数量为6个或7个时，构建至多3个矩形，依据至多3个矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建至多3个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组；或者若所述有效超声波接收器的数量为4个或5个时，构建至多1个矩形，当构建出一个矩形时，依据所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建一个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组；若所述有效超声波接收器的数量为8个时，构建至多6个矩形，当构建出6个矩形时，依据6个所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器至各所述超声波接收器的距离，构建6个所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
在一个具体实施例中，步骤S040进一步包括：
S041计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息；
S042依据所述无人飞行器在预设时间内的连续至少4次历史定位信息以及相应的历史预测位置信息，计算所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的各历史定位信息与相对应的历史预测位置信息之间的实际偏差值以及所述历史预测位置信息的历史预测偏差值；
S043 依据所述实际偏差值，获取当前时刻所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的预测模糊值；
S044 依据所述历史预测偏差值与预测模糊值，计算出噪声偏差；
S045 依据所述预测模糊值以及所述噪声偏差计算出当前时刻的真实定位值的加权系数；
S046 依据所述加权系数、当前时刻的预测位置信息以及当前时刻所述无人飞行器的测量位置信息，计算出所述无人飞行器当前时刻的所述真实定位值。
实施方式二
如图2所示，本发明基于上述实施方式一的无人飞行器定位方法，还提供一种无人飞行器定位系统，所述无人飞行器定位系统包括：
超声波接收器设置模块10，用于在指定空间的一平面内设置M个超声波接收器，其中M为大于等于3的整数；
距离计算模块20，用于依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
方程组构建模块30，用于选取有效超声波接收器，构建出距离方程组；
定位数据处理模块40，用于计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；
经纬度转换模块50，用于将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器。
本发明提供的无人飞行器定位系统，具有定位成本低廉、无需GPS信号也能实现实时准确定位的优点。
优选地，所述方程组构建模块30具体包括：
有效距离值获取单元，用于从所述M个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；
第一判断单元，用于判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；
位置信息获取单元，用于在能构建出至少一个矩形的情况下，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息；
第二判断单元，用于在不能构建出矩形的情况下，判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；
第三判断单元，用于在有效超声波接收器的数量大于等于3个时，判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；
距离方程组构建单元，用于在能构建出直角三角形时，依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
实施方式三
如图3所示，本发明进一步提供一种无人飞行器定位系统，所述无人飞行器定位系统包括：处理器100、存储器200、M个超声波接收器、设于所述无人飞行器上的超声波发射器300，其中M为大于等于3的整数；所述M个超声波接收器设在指定空间的一平面内，接收所述超声波发射器300发射的超声波信号；所述存储器200存储有程序指令；所述处理器100调用所述存储器200的程序指令以实现以下功能：
S020 依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
S030 选取有效超声波接收器，构建距离方程组；
S040 计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；
S050 将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器。
本发明提供的无人飞行器定位系统，具有定位成本低廉、无需GPS信号也能实现实时准确定位的优点。
优选地，步骤S050进一步包括以下步骤：
S051 依据所述真实定位值计算出所述无人飞行器的运动距离；
S052 依据运动距离转换为所述经纬度的变化值；
S053 依据所述经纬度的变化值以及所述经纬度发生变化时的经纬度值，得到当前时刻所述无人飞行器所在位置的经纬度值。
优选地，所述步骤S050在步骤S053之后还包括以下步骤：
S054 将所述经纬度值依据Ublox协议放大预定倍数并发送至所述无人飞行器。
优选地，步骤S020具体包括：
S021 所述无人飞行器发射超声波信号和辅助同步定位信号，记录为初始时刻T0；
S022 一公共定时器接收到所述辅助同步定位信号时，记录为开始时刻T1；
S023 所述M个超声波接收器接收到所述超声波信号，分别记录结束时刻T2、T3…TM+1；
S024 获取所述结束时刻T2、T3…TM+1与所述开始时刻T1的时间差，之后分别计算各所述接收器至所述无人飞行器的距离。
优选地，步骤S030具体包括：
S031从所述M个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；
S032判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；
S033 若能，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。
优选地，步骤S030还进一步包括：
S034 若不能，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；
S035 若大于等于3个，则判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；
S036 若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
优选地，步骤S040进一步包括：
S041计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息；
S042依据所述无人飞行器在预设时间内的连续至少4次历史定位信息以及相应的历史预测位置信息，计算所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的各历史定位信息与相对应的历史预测位置信息之间的实际偏差值以及所述历史预测位置信息的历史预测偏差值；
S043 依据所述实际偏差值，获取当前时刻所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的预测模糊值；
S044 依据所述历史预测偏差值与预测模糊值，计算出噪声偏差；
S045 依据所述预测模糊值以及所述噪声偏差计算出当前时刻的真实定位值的加权系数；
S046 依据所述加权系数、当前时刻的预测位置信息以及当前时刻所述无人飞行器的测量位置信息，计算出所述无人飞行器当前时刻的所述真实定位值。
以上对本发明所提供的一种无人飞行器定位方法及定位系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种无人飞行器定位方法，其特征在于，所述无人飞行器定位方法包括以下步骤：
S010在指定空间的一平面内设置M个超声波接收器，其中M为大于等于3的整数；
S020依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
S030选取有效超声波接收器，构建距离方程组；
S040计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；
S050将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器；
其中步骤S020具体包括：
S021所述无人飞行器发射超声波信号和辅助同步定位信号，记录为初始时刻T0；
S022一公共定时器接收到所述辅助同步定位信号时，记录为开始时刻T1；
S023所述M个超声波接收器接收到所述超声波信号，分别记录结束时刻T2、T3…TM+1；
S024获取所述结束时刻T2、T3…TM+1与所述开始时刻T1的时间差，之后分别计算各所述接收器至所述无人飞行器的距离；
其中步骤S030包括：
从设有多个超声波接收器的平面中选出分布呈“田”字型的9个超声波接收器；
根据9种四边形的组合，列出9种组合各自需要的平面坐标，将每种组合需要的坐标和距离代入距离方程组中解算出多个飞行器的空间坐标；
对多个空间坐标进行平滑滤波处理得到该无人飞行器当前的空间坐标；
步骤S040进一步包括：
S041计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息；
S042依据所述无人飞行器在预设时间内的连续至少4次历史定位信息以及相应的历史预测位置信息，计算所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的各历史定位信息与相对应的历史预测位置信息之间的实际偏差值以及所述历史预测位置信息的历史预测偏差值；
S043依据所述实际偏差值，获取当前时刻所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的预测模糊值；
S044依据所述历史预测偏差值与预测模糊值，计算出噪声偏差；
S045依据所述预测模糊值以及所述噪声偏差计算出当前时刻的真实定位值的加权系数；
S046依据所述加权系数、当前时刻的预测位置信息以及当前时刻所述无人飞行器的测量位置信息，计算出所述无人飞行器当前时刻的所述真实定位值。
2.如权利要求1所述的无人飞行器定位方法，其特征在于，步骤S050进一步包括以下步骤：
S051依据所述真实定位值计算出所述无人飞行器的运动距离；
S052依据运动距离转换为所述经纬度的变化值；
S053依据所述经纬度的变化值以及所述经纬度发生变化时的经纬度值，得到当前时刻所述无人飞行器所在位置的经纬度值。
3.如权利要求2所述的无人飞行器定位方法，其特征在于，所述步骤S050在步骤S053之后还包括以下步骤：
S054将所述经纬度值依据Ublox协议放大预定倍数并发送至所述无人飞行器。
4.如权利要求1至3任一项所述的无人飞行器定位方法，其特征在于，步骤S030具体包括：
S031从所述M个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；
S032判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；
S033若能，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息。
5.如权利要求4所述的无人飞行器定位方法，其特征在于，步骤S030还进一步包括：
S034若不能，则判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；
S035若大于等于3个，则判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；
S036若能构建出直角三角形，则依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
6.一种无人飞行器定位系统，其特征在于，所述无人飞行器定位系统包括：
超声波接收器设置模块，用于在指定空间的一平面内设置M个超声波接收器，其中M为大于等于3的整数；
距离计算模块，用于依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
所述距离计算模块还用于所述无人飞行器发射超声波信号和辅助同步定位信号，记录为初始时刻T0；一公共定时器接收到所述辅助同步定位信号时，记录为开始时刻T1；所述M个超声波接收器接收到所述超声波信号，分别记录结束时刻T2、T3…TM+1；获取所述结束时刻T2、T3…TM+1与所述开始时刻T1的时间差，之后分别计算各所述接收器至所述无人飞行器的距离；
方程组构建模块，用于选取有效超声波接收器，构建出距离方程组；
所述方程组构建模块还用于从设有多个超声波接收器的平面中选出分布呈“田”字型的9个超声波接收器；
根据9种四边形的组合，列出9种组合各自需要的平面坐标，将每种组合需要的坐标和距离代入距离方程组中解算出多个飞行器的空间坐标；
对多个空间坐标进行平滑滤波处理得到该无人飞行器当前的空间坐标；
定位数据处理模块，用于计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；
所述定位数据处理模块还用于计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息；依据所述无人飞行器在预设时间内的连续至少4次历史定位信息以及相应的历史预测位置信息，计算所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的各历史定位信息与相对应的历史预测位置信息之间的实际偏差值以及所述历史预测位置信息的历史预测偏差值；依据所述实际偏差值，获取当前时刻所述无人飞行器在空间坐标X、Y、Z轴上的分量的预测模糊值；依据所述历史预测偏差值与预测模糊值，计算出噪声偏差；依据所述预测模糊值以及所述噪声偏差计算出当前时刻的真实定位值的加权系数；依据所述加权系数、当前时刻的预测位置信息以及当前时刻所述无人飞行器的测量位置信息，计算出所述无人飞行器当前时刻的所述真实定位值；
经纬度转换模块，用于将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器。
7.如权利要求6所述的无人飞行器定位系统，其特征在于，所述方程组构建模块具体包括：
有效距离值获取单元，用于从所述M个超声波接收器中筛选出有效超声波接收器，通过所述有效超声波接收器可获得所述有效超声波接收器距离所述无人飞行器的有效距离值；
第一判断单元，用于判断以所述有效超声波接收器作为顶点能否构建出至少一个矩形；
位置信息获取单元，用于在能构建出至少一个矩形的情况下，依据各所述矩形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，分别构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组，依据所述距离方程组获取所述无人飞行器当前的位置信息；
第二判断单元，用于在不能构建出矩形的情况下，判断所述有效超声波接收器的数量是否大于等于3个；
第三判断单元，用于在有效超声波接收器的数量大于等于3个时，判断以所述有效超声波接收器为顶点能否构建出直角三角形；
距离方程组构建单元，用于在能构建出直角三角形时，依据各所述直角三角形的顶点坐标以及所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离，构建所述无人飞行器距离各所述超声波接收器的距离方程组。
8.一种无人飞行器定位系统，其特征在于，所述无人飞行器定位系统包括：处理器、存储器、M个超声波接收器、设于所述无人飞行器上的超声波发射器，其中M为大于等于3的整数；所述M个超声波接收器设在指定空间的一平面内，接收所述超声波发射器发射的超声波信号；所述存储器存储有程序指令；所述处理器调用所述存储器的程序指令以实现以下功能：
S020依据所述超声波接收器接收所述无人飞行器发射的超声波信号以及辅助同步定位信号，计算各超声波接收器距离所述无人飞行器的距离；
S030选取有效超声波接收器，构建距离方程组；
S040计算出所述无人飞行器当前时刻的定位信息，进行定位数据处理得出当前时刻的真实定位值；
S050将所述真实定位值转换为经纬度数据并发送至所述无人飞行器；
其中步骤S020具体包括：
S021所述无人飞行器发射超声波信号和辅助同步定位信号，记录为初始时刻T0；
S022一公共定时器接收到所述辅助同步定位信号时，记录为开始时刻T1；
S023所述M个超声波接收器接收到所述超声波信号，分别记录结束时刻T2、T3…TM+1；
S024获取所述结束时刻T2、T3…TM+1与所述开始时刻T1的时间差，之后分别计算各所述接收器至所述无人飞行器的距离；
其中步骤S030包括：
从设有多个超声波接收器的平面中选出分布呈“田”字型的9个超声波接收器；
根据9种四边形的组合，列出9种组合各自需要的平面坐标，将每种组合需要的坐标和距离代入距离方程组中解算出多个飞行器的空间坐标；
对多个空间坐标进行平滑滤波处理得到该无人飞行器当前的空间坐标；
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S044依据所述历史预测偏差值与预测模糊值，计算出噪声偏差；
S045依据所述预测模糊值以及所述噪声偏差计算出当前时刻的真实定位值的加权系数；
S046依据所述加权系数、当前时刻的预测位置信息以及当前时刻所述无人飞行器的测量位置信息，计算出所述无人飞行器当前时刻的所述真实定位值。
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