CN107607933B - 一种基于俯仰角迭代的远程无人机高精度定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于俯仰角迭代的远程无人机高精度定位方法，当无人机的卫星导航信号因为某种原因被遮挡时，地面控制端无法获取无人机回传的当前位置，地面控制端需要通过一种新方式来获取无人的精确坐标，本方法通过无人机的方位角、高度和距离，通过迭代无人机的俯仰角来获取无人机的精确坐标。本方法考虑到了地球椭球对无人机远程飞行的影响。所以非常适合无人机远程飞行定位。

Description

一种基于俯仰角迭代的远程无人机高精度定位方法

技术领域

本发明涉及无人机定位领域，是一种远程高精度无人机定位方法。

背景技术

目前，无人机应用越来越广泛，在航拍、农业、植保、微型自拍、灾难救援等领域的应用,大大拓展了无人机的用途。但是当无人机进行远程飞行时，因某种原因无人机需要的卫星导航信号被遮挡时，使无人机内部的卫星导航接收机失去定位功能。无人机无法进行自主定位，导致地面控制端无法通过遥测链路获取当前无人机的飞行位置。

基于上述原因，需要地面控制端具备一种快速、高精度的定位方法来获取当前无人机的飞行位置。目前在远程无人机中普遍配置了方位测量设备和高度测量设备，依靠无人机通过遥测链路发回的信号可计算出无人机飞行距离。本发明本方法考虑到了地球椭球对无人机远程飞行的影响。利用无人机的方位角、高度和距离解算出当前无人机精确位置，实现了无人机远程高精度定位。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于俯仰角迭代的远程无人机高精度定位方法，实现远程高精度定位。

为了达到上述目的，本发明一种基于俯仰角迭代的远程无人机高精度定位方法采用以下技术方案，本发明包括以下步骤：

(1)确定无人机装备了卫星导航接收机、方位测量设备和高度测量设备；确定地面控制端具备与无人机进行通信与测距功能；

(2)通过无人机的遥测链路中的回传信息解析出无人机当前的方位角和当前的高度；并利用遥测链路中的时间信息计算出无人机当前距离地面控制端的距离；

(3)设定无人机到地面控制端当前的俯仰角为0度；

(4)利用已知的地面控制端坐标、无人机当前的方位角、无人机当前的高度、无人机到地面控制端当前的俯仰角以及无人机当前距离地面控制端的距离计算出无人机当前的大地坐标，计算得到无人机的计算高度；

(5)判断无人机当前的高度与无人机的计算高度的差值是否小于阈值，如果是，则输出无人机当前的大地坐标，结束本流程；否则，执行步骤(6)；

(6)根据无人机当前的高度与无人机的计算高度的差值以及无人机当前距离地面控制端的距离计算俯仰角的改正数，得到新的俯仰角，并将新的俯仰角作为无人机到地面控制端当前的俯仰角，返回步骤(4)。

其中，步骤(4)具体包括以下步骤：

(401)利用无人机当前的方位角和当前的俯仰角计算无人机在地面控制端站心坐标系中的位置；

(402)通过无人机在地面控制端站心坐标系中的位置和已知的地面控制端大地坐标计算无人机的空间大地直角坐标；

(403)将无人机的空间大地直角坐标转换为大地坐标，计算得到无人机的计算高度。

本发明与背景技术相比技术具有以下优点：

1、本发明考虑了地球椭球对无人机远程飞行的影响，避免将地球假设为圆球进行计算的缺点，从而提高了定位精度。

2、本发明在地面控制端进行定位解算，定位算法简单可靠，迭代次数一般在5次以内即可满足精度。系统开销小。

附图说明

图1是本发明定位方法流程图。

具体实施方式

结合附图1对本发明作进一步解释说明。

一种基于俯仰角迭代的远程无人机高精度定位方法，如图1所示，步骤如下：

步骤一：确定无人机装备了卫星导航接收机、方位测量设备和高度测量设备；确定地面控制端具备与无人机进行通信与测距功能；

步骤二：通过无人机的遥测链路中的回传信息解析出无人机当前的方位角A和无人机当前的高度H_T；并利用遥测链路中的时间信息计算出无人机当前距离地面控制端的距离r；

步骤三：设定目前无人机到地面控制端当前的俯仰角q为0度；

步骤四：利用已知的无人机当前的方位角A、俯仰角q和无人机当前距离地面控制端的距离r，计算无人机在地面控制端站心坐标系中的位置x、y、z，计算公式表示如下：

步骤五：通过计算出的无人在地面控制端站心坐标x、y、z和已知的地面控制端大地坐标B_F、L_F、H_F计算无人机在WGS84下大地直角坐标X_T、Y_T、Z_T，计算公式表示如下：

其中:

在GPS卫星导航系统中使用的地球物理模型为世界大地坐标系1984(WGS84),其中a为椭球半长轴6378.137km,b为椭球半短轴6357.7523142km。

步骤六：将无人机在WGS84下的大地直角坐标X_T、Y_T、Z_T转换为在WGS84下大地坐标B'_T、L'_T、H'_T，得到无人机的计算高度H'_T，计算公式表示如下：

步骤七：判断无人机当前的高度与无人机的计算高度的差值是否小于阈值，(H_T-H'_T)＜eps，(eps为阈值，可取0.00001)，如果是，则输出无人机当前在WGS84下的大地坐标，结束本流程；否则，执行步骤八；

步骤八：计算仰角的改正数d_q＝(H_T-H'_T)/r，得到新的俯仰角q＝q+d_q，并将新的俯仰角作为无人机到地面控制端当前的俯仰角，返回步骤四。

需要说明的是上述步骤四到步骤八需要进行多次循环计算，直至满足迭代精度跳出循环，最后得到的即为当前无人机的大地坐标。

Claims (2)

1.一种基于俯仰角迭代的远程无人机高精度定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定无人机装备了卫星导航接收机、方位测量设备和高度测量设备；确定地面控制端具备与无人机进行通信与测距功能；

(2)通过无人机的遥测链路中的回传信息解析出无人机当前的方位角和当前的高度；并利用遥测链路中的时间信息计算出无人机当前距离地面控制端的距离；

(3)设定无人机到地面控制端当前的俯仰角为0度；

(4)利用已知的地面控制端坐标、无人机当前的方位角、无人机当前的高度、无人机到地面控制端当前的俯仰角以及无人机当前距离地面控制端的距离计算出无人机当前的大地坐标，计算得到无人机的计算高度；

(5)判断无人机当前的高度与无人机的计算高度的差值是否小于阈值，如果是，则输出无人机当前的大地坐标，结束本流程；否则，执行步骤(6)；

(6)根据无人机当前的高度与无人机的计算高度的差值以及无人机当前距离地面控制端的距离计算俯仰角的改正数，得到新的俯仰角，并将新的俯仰角作为无人机到地面控制端当前的俯仰角，返回步骤(4)；其中，仰角的改正数计算方式为：d_q＝(H_T-H'_T)/r，d_q为仰角的改正数，H_T为无人机当前的高度，H'_T为无人机的计算高度，r为无人机当前距离地面控制端的距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于俯仰角迭代的远程无人机高精度定位方法，其特征在于，步骤(4)具体包括以下步骤：

(401)利用无人机当前的方位角和当前的俯仰角计算无人机在地面控制端站心坐标系中的位置；

(402)通过无人机在地面控制端站心坐标系中的位置和已知的地面控制端大地坐标计算无人机的空间大地直角坐标；

(403)将无人机的空间大地直角坐标转换为大地坐标，计算得到无人机的计算高度。