CN107632613A - 控制全向无人机中的天线方位角定向的系统和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制全向无人机中的天线方位角定向的系统和设备。公开了安装在全向UAV的表面上的固定的有向天线的使用。作为由UAV执行的俯仰‑翻滚‑偏航命令的结果，更改UAV的定向以将固定的有向天线最优地朝向基站定位。

Description

控制全向无人机中的天线方位角定向的系统和设备
交叉引用
本申请要求对2017年7月12日提交的美国实用专利申请号15/647,480的优先权，其要求对2016年7月19日提交的题为“Systems and Devices to Control Antenna AzimuthOrientation in an Omni-Directional Unmanned Aerial Vehicle（控制全向无人机中的天线方位角定向的系统和设备）”的美国临时申请号62/363,936的权益，该申请通过引用被并入到本文中。
背景技术
随着无人机（UAV）（或遥控无人驾驶飞机（drone））技术的进步，每个连续世代都是由对更低成本和更高可靠性的需求来驱动的，特别是在商业和娱乐应用中。降低UAV组件和系统的重量和复杂性带来额外的益处。实现这些目标将以更高的效率以及增加的范围和有效负载容量的形式产生额外的益处。
所有UAV应用中的关键方面是飞行器与其地面站之间的通信的稳健性和可靠性。通常，这需要使用复杂或多个相对较大的天线来提供可接受的三维（3D）增益。另一方法涉及到使用天线转向系统来将有向天线定向于优选的对准中以进行可靠的通信。这些解决方案与降低UAV的复杂性和重量以及提高UAV的系统可靠性是矛盾的。
需要的是将相对简单的、轻量级的固定的有向天线集成到UAV上并在UAV的飞行期间维持UAV的优选对准以实现UAV和基站之间的可靠通信的方式。
发明内容
固定的有向天线被安装在诸如四轴飞行器之类的全向UAV的表面上。到基站的优选的天线对准是如下实现的：经由发布给飞行器的飞行控制系统并由飞行控制系统执行的俯仰-翻滚-偏航轴校正命令中的至少一个来将UAV与其固定天线沿相对于地面控制站的期望方位角定向。正确的方位角测算和轴校正命令的发布是基于UAV和地面控制站的相对位置并且可以在地面控制站处或者UAV自身上执行。
本公开的一方面涉及无人机系统。适合的系统包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统和飞行控制系统；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从无人机的旋转定向检测器接收诸如罗盘数据之类的绝对位置数据并测算无人机的定向。无人机还可以包括俯仰校正器、翻滚校正器和偏航校正器中的至少一个。可以基于例如罗盘航向从基站发送指令。基站可以被配置成响应于所测算的无人机的定向来生成到无人机的指令。在替换配置中，指令可以由无人机机载的CPU生成。无人机可以是自主的，以使得使用该系统来保持天线按照期望进行指向。到无人机的指令可以改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。
本公开的另一方面涉及无人机系统，包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从无人机的旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算无人机的定向。在一些配置中，无人机还包括俯仰校正器、翻滚校正器和偏航校正器中的至少一个。此外，基站可以被配置成响应于所测算的无人机的定向和/或位置来生成到无人机的指令。可以基于例如罗盘航向从基站发送指令。在替换配置中，指令可以由无人机机载的CPU生成。到无人机的指令改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。
本公开的仍另一方面涉及控制无人机系统的方法，该无人机系统包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统和飞行控制系统；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算无人机的定向，所述方法的步骤包括：建立空中飞行器和基站之间的无线通信链路；确定无人机的位置和定向；测算用于飞行控制系统改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变固定的有向天线的定向。附加的步骤可以包括响应于所测算的无人机的定向和/或位置来生成到无人机的指令。附加步骤可以包括从基站发送指令到无人机。
本公开的又另一方面涉及控制无人机系统的方法，该无人机系统包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算无人机的定向，所述方法的步骤包括：建立空中飞行器和基站之间的无线通信链路；确定无人机的位置；测算用于飞行控制系统改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变固定的有向天线的定向。附加的步骤可以包括响应于所测算的无人机的定向来生成到无人机的指令。该方法还可以包括从基站发送指令到无人机。
本公开的一方面涉及无人机系统。适合的系统包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线部件、旋转定向检测器部件、绝对位置检测系统和飞行控制系统；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从旋转定向检测器部件接收绝对位置数据并测算无人机的定向。无人机还可以包括俯仰校正器、翻滚校正器和偏航校正器中的至少一个。基站可以被配置成响应于所测算的无人机的定向来生成到无人机的指令。在替换配置中，指令可以由机载CPU生成。无人机可以是自主的，以使得使用该系统来保持天线按照期望进行指向。到无人机的指令可以改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。
本公开的另一方面涉及无人机系统，包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线部件、旋转定向检测器部件、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从旋转定向检测器部件接收绝对位置数据并测算无人机的定向。在一些配置中，无人机还包括俯仰校正器、翻滚校正器和偏航校正器中的至少一个。此外，基站可以被配置成响应于所测算的无人机的定向来生成到无人机的指令。在替换配置中，指令可以由机载CPU生成。到无人机的指令改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。
本公开的仍另一方面涉及控制无人机系统的方法，该无人机系统包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线部件、旋转定向检测器部件、绝对位置检测系统和飞行控制系统；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从无人机的旋转定向检测器部件接收绝对位置数据并测算无人机的定向，所述方法的步骤包括：建立空中飞行器和基站之间的无线通信链路；确定无人机的位置；测算用于飞行控制系统改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变固定的有向天线部件的定向。附加的步骤可以包括响应于所测算的无人机的定向来生成到无人机的指令。附加步骤可以包括从基站发送指令到无人机。
本公开的仍另一方面涉及控制无人机系统的方法，该无人机系统包括：无人机，该无人机具有固定的有向天线部件、旋转定向检测器部件、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；与无人机无线通信的基站，该基站具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，基站被配置成从旋转定向检测器部件接收绝对位置数据并测算无人机的定向，所述方法的步骤包括：建立空中飞行器和基站之间的无线通信链路；确定无人机的位置；测算用于飞行控制系统改变无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变固定的有向天线部件的定向。附加的步骤可以包括响应于所测算的无人机的定向来生成到无人机的指令。该方法还可以包括从基站发送指令到无人机。
通过引用并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用并入到本文中，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地指明通过引用并入一样。参见例如：
2001年4月17日颁布给Johnson的“Antenna having hemispherical radiationoptimized for peak gain at horizon”的US 6,219,004 B1；
2004年8月10日颁布给Downs的“UAV (unmanned air vehicle) serving dipole”的US6,774,860 B2；
2007年11月27日颁布给Beard等人的“Programmable autopilot system forautonomous flight of unmanned aerial vehicles”的US 7,302,316 B2；
2012年9月11日颁布给Garrec等人的“Autonomous and automatic landing systemfor drones”的US 8,265,808 B2；
2014年12月9日颁布给Tillotson等人的“Methods and systems for low-costaerial relay”的US 8,904,880 B1；
2014年12月9日颁布给Sharawi等人的“Single-antenna direction finding systemfor-multi-rotor platforms”的US 8,907,846 B2；
2015年7月7日颁布给Kugelmass的“Unmanned aerial vehicle and methods forcontrolling same”的US 9,075,415 B2；
2015年12月15日颁布给Miralles的“Unmanned aerial vehicle reorientation”的US9,211,947 B2；
2014年9月18日公开的Metzger的“System and process for determining vehicleattitude”的US 2014/0266882 A1；以及
2015年8月20日公开的Jalali的“Broadband access system via drone/UAVplatforms”的US 2015/0236779 A1。
附图说明
在所附权利要求中具体阐明了本发明的新颖特征。通过参考下面阐明了其中利用了本发明的原理的例示性实施例的详细描述及附图将会获得对本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：
图1A是根据本公开的具有固定的有向天线安装在表面上的示例性全向无人机（UAV）的透视图；
图1B是具有从其延伸的示例性天线辐射图的示例性全向UAV的透视图；
图1C是UAV的侧视图的一部分，其示出UAV的表面和从UAV的表面延伸的天线之间的示例性角度；
图2是示出根据本公开的系统的一个实施例的主要组件的框图；
图3是示出根据本公开的系统的第二实施例的主要组件的框图；
图4A-C是根据本公开的UAV的侧视图，所述UAV具有安装在相对于用户（或基站）定位的表面上的固定的有向天线，这些图示出响应于优化到基站的固定天线定向的俯仰-翻滚-偏航命令中的至少一个的UAV的定向中的改变；
图5A-D是根据本公开的UAV的侧视图，所述UAV具有以一角度安装在UAV的表面上的固定的有向天线，这些图示出响应于俯仰-翻滚-偏航命令中的至少一个的UAV的定向中的改变；以及
图6是与相对于平行于地面的平面定位的两个基站通信的UAV的视图。
具体实施方式
如图1A至图1C所示，该系统的示例性无人机100包括例如具有多旋翼平台的壳体，该多旋翼平台包括从其延伸的四个结构臂130和附接到每个结构臂130的旋翼，由此形成全向UAV（无人机）或遥控无人驾驶飞机。合适的UAV包括例如如图所示的四轴飞行器。可以采用UAV的其它配置而不脱离本公开的范围。示出了围绕y轴的相对俯仰旋转、围绕z轴的偏航旋转和围绕x轴的翻滚旋转的参考x-y-z图。
控制电子设备110被集成到UAV平台基座160中。如图所示，UAV平台基座160具有上表面162、四个侧表面164和下表面166。这些表面可以被定位成使得上表面162平行于下表面166，并且侧表面164至少部分地垂直于上表面162和下表面166的一部分。可以使用UAV平台基座160的其它形状和配置而不脱离本公开的范围。如将被本领域技术人员认识到的那样，可以使用UAV的其它配置而不脱离本公开的范围。
如图所示，马达140和螺旋桨150安装在每个结构臂130的端部。控制电子设备110可配置用于控制安装在每个结构臂130的端部处的每个马达140的速率以促使四旋翼平台的移动。
固定的有向天线120生成从UAV 100发出的信号126。合适的固定的有向天线120可以是如图所示的八木天线或任何其它合适的天线。如本领域技术人员将认识到的，信号126的强度随着固定的有向天线120的端部最优地指向基站而增加。
被附着到UAV平台的是单个固定的有向天线120，其在优选的定向中显现优越的接收。固定的有向天线120可以被定位成使得第一端部122被配置成接合UAV平台基座160的表面，并且第二端部124处于与第一端部122相反的端部。通过控制UAV围绕例如其偏航轴的旋转，系统将天线定向并使其维持在优选的方位角定向中，以实现由地面控制站进行的最好的接收。
固定的有向天线120可以在任何表面上附着到UAV平台基座160。此外，固定的有向天线120可以被定位成使得固定的有向天线120的俯仰处于与UAV平台基座表面166上的附接点处的位置呈15-90度角。如图1C所示，UAV平台基座160具有多个平坦表面，并且固定的有向天线120以与固定的有向天线安装表面呈角度α地定位在下表面166上，所述固定的有向天线安装表面基本垂直于平坦下表面166。该角度被图示为与附接点呈90度。可以使用其它角度而不脱离本公开的范围。固定的有向天线120的角度可以是固定的或以电子或机械方式铰接的。
多个有向天线适合于与此设备一起使用。示例包括轴向模式螺旋天线，八木天线，贴片天线，行波喇叭天线，反射盘天线，以及贴片、蝴蝶结或偶极子元件天线的面板阵列。有向天线可以具有例如7-60度的辐射图，0.25-3英里的范围和8-24 dBi的增益。然而，如本领域技术人员将认识到的，有向天线有意地将能量聚焦在沿着一条线的特定方向中。确切的增益、辐射图和工作范围可能与所提供的示例不同。
图2是根据本公开的系统的实施例的框图。该系统包括地面控制站200和诸如图1A至图1C中描述的UAV之类的UAV 250。地面控制站200能够经由例如射频（RF）与UAV 250进行无线通信202。
地面控制站200包括诸如GPS接收器204之类的控制站绝对定位系统接收器以及主控制系统210。主控制系统210包括方位角计算单元220、控制站天线230和控制站RF收发器240以用于与UAV 250通信。
UAV 250包括UAV绝对定位系统接收器262、旋转检测器264（诸如检测旋转定向的数字罗盘）、UAV有向天线280和用于与地面控制站200通信的UAV RF收发器290。飞行控制系统260包含俯仰-翻滚-偏航校正控制器270，其控制UAV 250围绕至少一个轴的旋转。随着UAV 250经过其飞行路径，地面控制站200经由RF传输接收UAV 250的绝对定位坐标和数字罗盘航向。根据UAV 250的绝对定位位置以及它自己经由控制站绝对定位系统接收器（诸如GPS接收器204）的绝对定位位置，方位角计算单元220测算表示从遥控无人驾驶飞机到地面站的路径的向量。此向量与遥控无人驾驶飞机基于数字罗盘航向的当前定向的比较允许测算校正命令。然后，经由控制站RF收发器240将校正命令传输到UAV RF收发器290，UAV RF收发器290进而将其路由到飞行控制系统260的校正控制器270。由飞行控制系统260执行定向校正以获得相对于地面控制站200的期望天线定向。以适当的间隔周期性地重复该过程使得UAV 250能够维持相对于地面控制站200的期望天线定向。UAV和地面站二者都具有诸如GPS之类的绝对定位系统。可以在UAV和地面站中的任一者或两者中使用其它绝对定位系统而不脱离本公开的范围。此外，UAV和地面站二者都可以具有旋转定向检测器，例如数字罗盘。可以在UAV和地面站中的任一者或两者中使用其它旋转定向检测器而不脱离本公开的范围。
图3是根据本公开的系统的另一实施例的框图。该系统包括地面控制站300和诸如图1A至图1C中描述的UAV之类的UAV 340。地面控制站300能够经由例如射频（RF）与UAV RF收发器350进行无线通信302。
地面控制站300包括控制站绝对定位系统接收器（诸如GPS接收器304）、主控制系统310、天线320和控制站RF收发器330用于与UAV 340通信。UAV 340包括诸如UAV GPS接收器342之类的绝对定位接收器、诸如数字罗盘344之类的旋转定向检测器、用于与地面控制站300通信的UAV RF收发器350、方位角计算单元360、有向天线370和飞行控制系统380，飞行控制系统自身包含校正控制器390。随着UAV 340经过其飞行路径，它从地面控制站300接收诸如GPS坐标之类的绝对定位坐标。在地面控制站300静止的情况下，所述坐标只需要在飞行前由UAV 340录入和记录一次。这可以经由RF传输或者经由若干其它手段（包括有线连接、红外传输或甚至UAV 340上的开关的手动设置）来实现。
使用来自地面控制站300的绝对定位坐标（诸如GPS坐标）以及来自UAV GPS接收器342的绝对定位坐标，方位角计算单元360计算表示从遥控无人驾驶飞机到地面站的路径的向量。此向量与基于来自数字罗盘344的读数的有向天线370的当前定向的比较使得方位角计算单元能够测算校正命令。将校正命令发布给飞行控制系统380的校正控制器390，其执行所述命令以维持有向天线370相对于地面控制站300的正确方位角定向。以适当的间隔周期性地重复此过程使得UAV 340能够相对于地面控制站300维持期望的天线定向。
UAV飞行控制系统可配置用于维持位置、定向和信号质量数据的周期性日志。在与地面控制站300的通信由于任何原因而丢失的情况下，飞行控制系统380将命令UAV 340返回到它具有可接受的信号质量的最后位置和定向，以便重新建立与地面控制站300的通信。
图4A至图4C是根据本公开的UAV平台基座160的侧视图，其具有安装在相对于用户172（或地面控制站170）定位的表面上的固定的有向天线120。固定的有向天线120附接到UAV平台基座160的下表面166，以使得天线从UAV平台基座以与UAV平台基座160的表面呈90度的角度α延伸。信号126从固定的有向天线120射出。信号126从固定的有向天线120的端部延伸并且覆盖限定的信号区域。随着UAV 100移动远离地面控制站170，信号126的强度改变。在一种配置中，随着UAV 100移动远离地面控制站170，进行UAV 100的位置和信号126的强度的确定。信号126的强度可以是感知的信号强度，其可以与天线的已知信号强度范围进行比较。地面控制站170经由固定的有向天线120与UAV 100通信。由于天线是固定的有向天线120，从地面控制站170发送到UAV 100的指令可以包括更改UAV 100相对于地面控制站170的定向来优化信号强度的指示。
在固定的有向天线120以与UAV 100的下表面呈小于90度的角度安装的情况下，随着UAV向上（沿着例如y轴）移动远离地面控制站170（例如，基站），如图5A至图5D所示，可以预期对翻滚和偏航中的一个或多个的校正。然而，随着UAV（沿着例如x轴）移动远离基站，可以命令偏航、翻滚和俯仰中的一个或多个的校正来优化固定的有向天线朝向基站的定向。
图6示出了具有用于经由天线620与第一基站670和第二基站671通信的收发器650的UAV。UAV可旋转到平行于地球表面的平面690。旋转UAV可以通过使用无线电方向发现、可视罗盘、UAV对可见地标的视觉识别、对天体（例如，月球、太阳、星星）的观测来实现。UAV天线的方位角的计算可以在地面控制站中的一个处或UAV其自身上执行。
方法包括：（1）激活UAV；（2）由基站确定信号强度；（3）指引UAV在期望方向中移动；（4）随着UAV移动远离基站，确定信号强度的改变；（5）响应于信号强度的改变，命令UAV围绕x-y-z轴中的至少一个旋转；（6）继续命令UAV旋转直到接收到优化的信号强度。不管UAV的飞行方向如何，UAV都围绕一个或多个轴旋转以指向天线。
另一方法可以包括：（1）激活UAV；（2）由基站确定信号强度；（3）指引UAV在期望方向中移动；（4）基于UAV被命令相对于基站移动的方向，测算信号强度的期望改变；（5）作为信号强度的期望改变的结果，命令UAV围绕x-y-z轴中的至少一个旋转；（6）测量实际信号强度；（7）继续命令UAV旋转，直到接收到优化的信号强度。
仍另一方法可以包括：（1）激活UAV；（2）由基站确定信号强度；（3）指引UAV在期望方向中移动；（4）维持UAV的物理位置和来自基站的信号强度的日志；（5）确认UAV与基站之间的通信链路；（6）如果与基站的信号链路丢失，则UAV参考物理位置和信号强度的日志，并返回到通信链路在其处为活动的最近位置并采取定向，继续通过先前的位置，直到保持信号连接。当UAV移动通过位置日志时，此方法也可以跳过位置。此外，UAV可以采取与日志上的位置相关联的定向，并且然后如果该位置和定向不产生连接，则围绕一个或多个轴旋转以努力定位信号，从而补偿基站的任何移动。
又一方法可以包括其中UAV自动建立通信链路、确定基站的位置并然后定位UAV以使得固定的有向天线指向基站的情况。
如本领域技术人员将认识到的，所公开的系统和方法还可以利用各种计算机和计算系统、通信设备、网络和/或数字/逻辑设备进行操作。每个可以进而可配置用于利用合适的计算设备，该合适的计算设备可以被制造有、加载有和/或自某存储设备提取指令并然后执行指令，所述指令促使计算设备实行根据所公开的主题的各个方面的方法。
计算设备可以包括但不限于移动用户设备，诸如移动电话、智能电话和蜂窝电话、个人数字助理（“PDA”）、诸如智能电话（例如，iPhone®）、平板电脑、膝上型计算机等。在至少一些配置中，用户可以通过诸如互联网之类的网络来执行浏览器应用以查看诸如屏幕显示之类的数字内容和与诸如屏幕显示之类的数字内容交互。显示包括例如允许来自计算设备的数据的可视呈现的接口。访问可以通过或部分地通过其它形式的计算和/或通信网络。用户可以访问web浏览器，例如，以提供对位于网站或网站的网页上的应用和数据以及其它内容的访问。
合适的计算设备可以包括执行逻辑和其它计算操作的处理器，例如独立式计算机处理单元（“CPU”）或如在微控制器中的硬接线逻辑，或两者的组合，并且可以执行根据其操作系统的指令以及用于执行所述方法的步骤或所述过程的元素的指令。用户的计算设备可以是计算设备的网络的一部分，并且所公开的主题的方法可以由与网络相关联的不同计算设备（也许在不同的物理位置中）来执行，从而协作或以其它方式进行交互以执行所公开的方法。例如，用户的便携式计算设备可以单独运行应用或者与远程计算设备（诸如互联网上的服务器）协同地运行应用。为了本申请的目的，术语“计算设备”包括以上讨论的逻辑电路、通信设备和数字处理能力或这些的组合中的任何和全部。
为了例示性目的，所公开的主题的某些实施例可能被描述为可以在执行软件的计算设备上执行的方法的步骤，并且仅以示例的方式被图示为过程流的框图。这也可以被认为是软件流程图。所执行的方法或者计算设备的操作的这些框图和类似操作图示以及框图中的区块的任何组合可以作为示例例示可以被提供给计算设备的软件程序代码/指令或至少在执行指令时由计算设备实行的功能性和操作的简化陈述。一些可能的替换实现可以涉及到在框图中的区块中指出的以与框图中指出的顺序不同地发生（包括同时发生或者近乎同时发生，或者以另一顺序发生或者并不全部发生）的功能、功能性和操作。所公开主题的各方面可以在彼此位于相同位置或者至少部分地相比彼此位于远程（例如，通过互连的网络（包括互联网等）在计算设备的阵列或网络中）的硬件、固件、软件或这些的任何（一个或多个）组合中并行地或依次地实现。
指令可以存储在计算设备内、或者与计算设备通信或以其它方式对计算设备可访问的合适的“机器可读介质”上。如本申请中所使用的，机器可读介质是有形存储设备，并且以非暂时性的方式存储指令。同时，在操作期间，指令可以在某些时候（例如在从远程存储设备通过通信链路传输到计算设备时）是暂时性的。然而，当机器可读介质是有形的和非暂时性的时，指令将在至少一段时间内被存储在存储器存储设备中，诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、磁盘或光盘存储设备等，它们的阵列和/或组合可以形成（例如，驻存在处理器集成电路上的）本地高速缓存存储器、（例如，居于用于计算设备的处理器的外壳内的）本地主存储器、本地电子或盘硬驱、通过网络连接到本地服务器或远程服务器访问的远程存储位置等等。当这样存储时，软件将构成“机器可读介质”，它是有形的并以非暂时性形式存储指令。因此，至少存储用于在相关联的计算设备上执行的指令的机器可读介质在由计算设备的处理器执行指令时以及当指令正被存储用于计算设备的后续访问时将是“有形的”和“非暂时性的”。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员将是显而易见的是，这些实施例仅以示例的方式提供。本领域技术人员将会想到众多变型、改变和替换而不脱离本发明。应当理解，可以在实践本发明时采用本文中描述的本发明的实施例的各种替换方案。意图为以下的权利要求限定本发明的范围以及由此涵盖这些权利要求及其等价物的范围内的方法和结构。

Claims (28)

1.一种无人机系统，包括：
无人机，所述无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统和飞行控制系统；
与所述无人机无线通信的基站，所述基站具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，所述基站被配置成从所述无人机接收绝对位置数据并测算所述无人机的定向。
2.如权利要求1所述的无人机系统，其中，所述无人机还包括偏航校正器。
3.如权利要求1所述的无人机系统，其中，所述基站被配置成响应于所测算的所述无人机的定向来生成到所述无人机的指令。
4.如权利要求3所述的无人机系统，其中，到所述无人机的所述指令改变所述无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。
5.一种无人机系统，包括：
无人机，所述无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；
与所述无人机无线通信的基站，所述基站具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，所述基站被配置成从所述无人机的旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算所述无人机的定向。
6.如权利要求5所述的无人机系统，其中，所述无人机还包括偏航校正器。
7.如权利要求5所述的无人机系统，其中，所述基站被配置成响应于所测算的所述无人机的定向来生成到所述无人机的指令。
8.如权利要求7所述的无人机系统，其中，到所述无人机的所述指令改变所述无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。
9.一种控制无人机系统的方法，所述无人机系统包括：
无人机，所述无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统和飞行控制系统；
与所述无人机无线通信的基站，所述基站具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，所述基站被配置成从所述无人机接收绝对位置数据并测算所述无人机的定向，所述方法的步骤包括
建立所述无人机和所述基站之间的无线通信链路；
确定所述无人机的位置和定向；
测算用于所述飞行控制系统改变所述无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变所述固定的有向天线的定向。
10.如权利要求9所述的方法，还包括响应于所测算的所述无人机的定向和所述无人机的位置中的至少一个来生成到所述无人机的指令。
11.如权利要求10所述的方法，还包括从所述基站发送所述指令到所述无人机。
12.一种控制无人机系统的方法，所述无人机系统包括：
无人机，所述无人机具有固定的有向天线、旋转定向检测器、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；
与所述无人机无线通信的基站，所述基站具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，所述基站被配置成从所述无人机的旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算所述无人机的定向，所述方法的步骤包括
建立所述无人机和所述基站之间的无线通信链路；
确定所述无人机的位置；
测算用于所述飞行控制系统改变所述无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变所述固定的有向天线的定向。
13.如权利要求12所述的方法，还包括响应于所测算的所述无人机的定向来生成到所述无人机的指令。
14.如权利要求13所述的方法，还包括从所述基站发送所述指令到所述无人机。
15.一种无人机系统，包括：
无人机部件，所述无人机部件具有固定的有向天线部件、旋转定向检测器、绝对位置检测系统和飞行控制系统；
与所述无人机无线通信的基站部件，所述基站部件具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，所述基站部件被配置成从所述无人机接收绝对位置数据并测算所述无人机的定向。
16.如权利要求15所述的无人机系统，其中，所述无人机还包括偏航校正器。
17.如权利要求15所述的无人机系统，其中，所述基站被配置成响应于所测算的所述无人机的定向来生成到所述无人机的指令。
18.如权利要求17所述的无人机系统，其中，到所述无人机的所述指令改变所述无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。
19.一种无人机系统，包括：
无人机部件，所述无人机部件具有固定的有向天线部件、旋转定向检测器、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；
与所述无人机无线通信的基站部件，所述基站部件具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，所述基站部件被配置成从所述无人机的旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算所述无人机的定向。
20.如权利要求19所述的无人机系统，其中，所述无人机还包括偏航校正器。
21.如权利要求19所述的无人机系统，其中，所述基站被配置成响应于所测算的所述无人机的定向来生成到所述无人机的指令。
22.如权利要求21所述的无人机系统，其中，到所述无人机的所述指令改变所述无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个。
23.一种控制无人机系统的方法，所述无人机系统包括：
无人机部件，所述无人机部件具有固定的有向天线部件、旋转定向检测器、绝对位置检测系统和飞行控制系统；
与所述无人机无线通信的基站部件，所述基站部件具有RF收发器、方位角计算单元、旋转定向检测器和绝对位置检测系统，其中，所述基站部件被配置成从所述无人机接收绝对位置数据并测算所述无人机的定向，所述方法的步骤包括
建立所述无人机和所述基站之间的无线通信链路；
确定所述无人机的位置；
测算用于所述飞行控制系统改变所述无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变所述固定的有向天线的定向。
24.如权利要求23所述的方法，还包括响应于所测算的所述无人机的定向来生成到所述无人机的指令。
25.如权利要求24所述的方法，还包括从所述基站发送所述指令到所述无人机。
26.一种控制无人机系统的方法，所述无人机系统包括：
无人机部件，所述无人机部件具有固定的有向天线部件、旋转定向检测器、绝对位置检测系统、飞行控制系统和方位角计算单元；
与所述无人机无线通信的基站部件，所述基站部件具有RF收发器和控制站绝对位置检测系统，其中，所述基站部件被配置成从所述无人机的旋转定向检测器接收绝对位置数据并测算所述无人机的定向，所述方法的步骤包括
建立所述无人机和所述基站之间的无线通信链路；
确定所述无人机的位置；
测算用于所述飞行控制系统改变所述无人机的俯仰、翻滚和偏航中的一个或多个的指令以改变所述固定的有向天线的定向。
27.如权利要求26所述的方法，还包括响应于所测算的所述无人机的定向来生成到所述无人机的指令。
28.如权利要求26所述的方法，还包括从所述基站发送所述指令到所述无人机。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108520640A (zh) * 2018-03-23 2018-09-11 清研讯科（北京）科技有限公司 基于超宽带的无人机导航方法、导航设备、无人机
CN109196794A (zh) * 2018-08-30 2019-01-11 北京小米移动软件有限公司 飞行路径的配置方法及装置、飞行方法及装置和基站
CN112770376A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 深圳市微网力合信息技术有限公司 一种基于5G与Wi-Fi 6的通信方法及通信设备
CN112909547A (zh) * 2019-12-04 2021-06-04 中国移动通信集团上海有限公司 无人机定向天线的调整系统和方法
US11693431B2 (en) 2018-12-10 2023-07-04 Industrial Technology Research Institute Method and system of measuring radio wave distribution of a radio signal source and estimating corresponding radio characteristics by using a flying vehicle

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10211524B2 (en) 2015-07-08 2019-02-19 Qualcomm Incorporated Antenna isolation systems and methods
US10879975B2 (en) 2015-07-08 2020-12-29 Qualcomm Incorporated Beamforming based on adjacent beams systems and methods
KR20180026470A (ko) 2015-07-29 2018-03-12 퀄컴 인코포레이티드 안테나들의 어레이들을 이용한 각도 및 위치 감지
US10396443B2 (en) 2015-12-18 2019-08-27 Gopro, Inc. Integrated antenna in an aerial vehicle
CN108429576B (zh) * 2018-03-06 2021-07-06 深圳市道通智能航空技术股份有限公司 无人机通信方法、控制终端及无人机控制系统
US10790579B2 (en) 2018-05-24 2020-09-29 At&T Intellectual Property I, L.P. Adjustable antenna system for unmanned aerial vehicle
EP3667355A1 (en) * 2018-12-12 2020-06-17 Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG Method for radio direction finding, direction finding system as well as platform
KR102649597B1 (ko) * 2019-01-02 2024-03-20 한국전자통신연구원 무인 비행체를 이용한 신호원의 위치정보 확인 방법 및 장치
US20200005656A1 (en) * 2019-09-13 2020-01-02 Intel Corporation Direction finding in autonomous vehicle systems
US11687072B2 (en) * 2020-05-08 2023-06-27 Honeywell International Inc. Automatic UAV landing pad
WO2024004162A1 (ja) * 2022-06-30 2024-01-04 株式会社Acsl 無人航空機

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111256537A (zh) * 2013-10-31 2020-06-09 威罗门飞行公司 显示目标区域的遥感图像的交互式武器瞄准系统
JP6316568B2 (ja) * 2013-10-31 2018-04-25 株式会社トプコン 測量システム
US9952307B2 (en) * 2015-08-31 2018-04-24 Facebook, Inc. Adaptive antenna tracking of moving transmitters and receivers
US9979463B1 (en) * 2016-04-16 2018-05-22 Arizona Board Of Regents Acting For And On Behalf Of Northern Arizona University UAV wildlife monitoring system and related methods

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108520640A (zh) * 2018-03-23 2018-09-11 清研讯科（北京）科技有限公司 基于超宽带的无人机导航方法、导航设备、无人机
CN108520640B (zh) * 2018-03-23 2022-07-01 清研讯科（北京）科技有限公司 基于超宽带的无人机导航方法、导航设备、无人机
CN109196794A (zh) * 2018-08-30 2019-01-11 北京小米移动软件有限公司 飞行路径的配置方法及装置、飞行方法及装置和基站
US11995997B2 (en) 2018-08-30 2024-05-28 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Methods and apparatuses for configuring flight route, flight methods and apparatuses, and base stations
US11693431B2 (en) 2018-12-10 2023-07-04 Industrial Technology Research Institute Method and system of measuring radio wave distribution of a radio signal source and estimating corresponding radio characteristics by using a flying vehicle
CN112909547A (zh) * 2019-12-04 2021-06-04 中国移动通信集团上海有限公司 无人机定向天线的调整系统和方法
CN112909547B (zh) * 2019-12-04 2022-12-02 中国移动通信集团上海有限公司 无人机定向天线的调整系统和方法
CN112770376A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 深圳市微网力合信息技术有限公司 一种基于5G与Wi-Fi 6的通信方法及通信设备
CN112770376B (zh) * 2020-12-29 2022-05-24 深圳市微网力合信息技术有限公司 一种基于5G与Wi-Fi 6的通信方法及通信设备

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