CN108802676A - 一种植保无人机作业区域自主定位方法 - Google Patents

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CN108802676A CN201810695844.0A CN201810695844A CN108802676A CN 108802676 A CN108802676 A CN 108802676A CN 201810695844 A CN201810695844 A CN 201810695844A CN 108802676 A CN108802676 A CN 108802676A
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张天勇
尤波
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Harbin University of Science and Technology
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    • 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
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations

Abstract

本发明公开了一种植保无人机作业区域自主定位方法，包括：（1）数个无线通讯模块（WCM）安置于作业区域的边界节点；（2）植保无人机机载WCM分别向各边界节点上的WCM发送指令，并接收各WCM回传指令，计算各通讯回环时间；（3）基于植保无人机机载WCM与各边界节点WCM间的通讯回环时间即可计算植保无人机与各边界节点间距；（4）通过已知的各边界节点距离，结合植保无人机与上述各边界节点间距，即可得到植保无人机在作业区域内的相对位置，同时实现自主定位。通过上述方式，本发明能够根据WCM间通讯回环时间确定植保无人机与各边界节点之间的距离，使得植保无人机无需配置额外的导航定位系统即可实现作业区域内自主定位。

Description

一种植保无人机作业区域自主定位方法
技术领域
本发明涉及植保无人机作业区域内自主定位技术领域，具体涉及一种植保无人机作业区域自主定位方法。
背景技术
目前市场上常见的植保无人机，均由专业驾驶人员通过远距离遥控的方式实施农药喷洒等植保作业活动，植保无人机的作业区域完全取决于驾驶人员的视野范围，这导致植保作业的区域有效性无法保障。随着植保无人机技术的不断发展，越来越多的科技工作者开始研究基于植保无人机的自主作业方法，这对植保无人机在作业区域内的精确定位提出了较高的要求。
现有的植保无人机作业区域内定位方式主要基于北斗定位模块或GPS模块，上述定位模块的定位精度较高，但其开发、维护成本非常高。同时，如果操作不当导致上述定位模块损坏，将带来极大的人力物力财力损耗，这些因素都限制了植保无人机自主植保作业向大规模化应用方向的发展。
因此，本发明提出了一种植保无人机作业区域自主定位方法，通过数个廉价的无线通讯模块（WCM）即可实现植保无人机在其作业区域内的自主定位。同时，当作业区域边界节点的某个WCM出现损毁等极端情况下，植保无人机依然能够保持一定的自主定位能力。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种植保无人机作业区域自主定位方法，能够解决目前植保无人机所采用定位模块（如北斗、GPS）面临的开发、维护成本高昂，且损毁后会造成极大人力物力财力等损耗的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种植保无人机作业区域自主定位方法，包括如下步骤：
（1）数个无线通讯模块（WCM）安置于作业区域的边界节点；
（2）植保无人机机载WCM分别向上述步骤（1）中各边界节点上的WCM发送指令，并接收各边界节点上WCM回传指令，计算各通讯回环时间；
（3）基于步骤（2）中得到的通讯回环时间计算植保无人机与各边界节点之间的相对距离；
（4）基于已知各边界节点间的距离，结合步骤（3）中得到的植保无人机与各边界节点间距，即可得到植保无人机在作业区域内的相对位置，同时实现自主定位。
进一步地，所述步骤（1）进一步包括用于安装、固定WCM的支架以及为WCM提供电能的独立供电模块，且所述独立供电模块为可充电蓄电池或太阳能电池板。
更进一步地，所述步骤（2）进一步包括植保无人机机载控制系统，所述机载控制系统通过机载WCM按指定顺序或同时向所述步骤（1）中位于各边界节点的WCM发送无线指令，同时接收所述各边界节点WCM的回传指令，并于机载控制系统内计算机载WCM与各边界节点WCM间的通讯回环时间。
更进一步地，所述步骤（3）进一步包括距离算法公式，通过所述步骤（2）中计算得到的机载WCM与各边界节点WCM间的通讯回环时间即可解算出机载WCM与各边界节点WCM间的相对距离，所述解算过程在权利要求4中所述的机载控制系统内部完成。
更进一步地，所述步骤（4）进一步包括植保无人机相对位置解算公式，基于权利要求5中所述机载WCM与各边界节点WCM间的相对距离，结合已知的各边界节点WCM的间距，即可解算出植保无人机在作业区域内的相对位置，实现自主定位。所述植保无人机在作业区域内相对位置的解算过程在权利要求4中所述的机载控制系统内部完成。
更进一步地，所述的无线通讯模块（WCM）可采用但不局限于ZigBee、Bluetooth、RFID、WIFI及无线电台等设备。
更进一步地，所述的机载控制系统包括但不局限于STM32、ARM、DSP、OMAP、PC104及POWERPC等处理器。
本发明的有益效果是：
首先，本发明通过植保无人机机载无线通讯模块（WCM）与数个安置于作业区域边界节点上的WCM进行通讯，基于通讯回环时间确定植保无人机与各边界节点的间距，从而间接实现植保无人机在作业区域内的自主定位。
其次，相比较于传统的北斗、GPS等高端定位模块，本发明所采用的WCM具有结构简单，成本低廉且易于维护等优点，即便位于某些边界节点上的WCM出现故障或损毁（非作业区域边界中的关键节点），也不会对植保无人机的自主定位能力造成显著影响。
最后，本发明所提出的基于多WCM实现植保无人机作业区域内自主定位方法，可以根据作业区域地貌特征及实际需要，适时的增加或减少边界节点数量。边界节点数量越多，植保无人机在作业区域内的自主定位精度越高，而整体成本并不会显著增加，表明本发明具有强大的可拓展能力。
附图说明
图1是本发明一种植保无人机作业区域自主定位方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种植保无人机作业区域自主定位方法示意图，包括如下步骤：
1）数个无线通讯模块（WCM）安置于作业区域的边界节点，如图中所示的边界节点1，边界节点2，边界节点3及边界节点n，其中n≥3，且每个边界节点的WCM配备有独立供电模块；
2）植保无人机机载WCM分别向上述各边界节点上的WCM发送指令，并接收各WCM回传指令，计算各通讯回环时间。如机载WCM与边界节点1之间的通讯回环时间为T1，与边界节点2之间的通讯回环时间为T2，与边界节点3之间的通讯回环时间为T3，与边界节点n之间的通讯回环时间为Tn；
3）基于上述通讯回环时间T1~Tn，可计算得出植保无人机与各边界节点之间的相对距离分别为，，，，其中L1~Ln表示距离，单位为米，340为无线信号传输速度，单位为米/秒；
4）基于已知各边界节点间的距离L12，L13，L2n及L3n，结合上述植保无人机与各边界节点间距L1，L2，L3，Ln，以边界节点1作为坐标系原点，即可根据三角函数关系得出植保无人机在作业区域内的坐标(x,y)，即实现了植保无人机在其作业区域内的自主定位。
以上所述仅为本发明的实施例，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。

Claims (8)

1.一种植保无人机作业区域自主定位方法，其特征在于，包括：
（1）数个无线通讯模块（WCM）安置于作业区域的边界节点；
（2）植保无人机机载WCM分别向上述各边界节点上的WCM发送指令，并接收各WCM回传指令，计算各通讯回环时间；
（3）基于步骤（2）中得到的通讯回环时间计算植保无人机与各边界节点之间的相对距离；
（4）基于已知各边界节点间的距离，结合步骤（3）中得到的植保无人机与各边界节点间距，即可得到植保无人机在作业区域内的相对位置，同时实现自主定位。
2.根据权利要求1所述的一种植保无人机作业区域自主定位方法，其特征在于，所述步骤（1）进一步包括用于安装、固定WCM的支架以及为WCM提供电能的独立供电模块。
3.根据权利要求2所述的一种植保无人机作业区域自主定位方法，其特征在于，所述独立供电模块为可充电蓄电池或太阳能电池板。
4.根据权利要求1所述的一种植保无人机作业区域自主定位方法，其特征在于，所述步骤（2）进一步包括植保无人机机载控制系统，所述机载控制系统通过机载WCM按指定顺序或同时向所述步骤（1）中位于各边界节点的WCM发送无线指令，同时接收所述各边界节点WCM的回传指令，并于机载控制系统内计算机载WCM与各边界节点WCM间的通讯回环时间。
5.根据权利要求1所述的一种植保无人机作业区域自主定位方法，其特征在于，所述步骤（3）进一步包括距离算法公式，通过所述步骤（2）中计算得到的机载WCM与各边界节点WCM间的通讯回环时间即可解算出植保无人机与各边界节点间的相对距离，所述解算过程在权利要求4中所述的机载控制系统内部完成。
6.根据权利要求1所述的一种植保无人机作业区域自主定位方法，其特征在于，所述步骤（4）进一步包括植保无人机相对位置解算公式，该解算公式采用但不局限于三角函数计算公式；基于权利要求5中所述植保无人机与各边界节点间的相对距离，结合已知各边界节点的间距，即可解算出植保无人机在作业区域内的相对位置，实现自主定位；所述植保无人机在作业区域内相对位置的解算过程在权利要求4中所述的机载控制系统内部完成。
7.根据权利要求1、2、3、4、5、6所述的一种植保无人机作业区域自主定位方法，其特征在于，无线通讯模块（WCM）可采用但不局限于ZigBee、Bluetooth、RFID、WIFI及无线电台等设备。
8.根据权利要求4、5、6所述的一种植保无人机作业区域自主定位方法，其特征在于，所述的机载控制系统包括但不局限于STM32、ARM、DSP、OMAP、PC104及POWERPC等处理器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20130009823A1 (en) * 2010-03-17 2013-01-10 Honeywell International Inc. Systems and methods for short baseline, low cost determination of airborne aircraft location
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CN107479513A (zh) * 2017-07-05 2017-12-15 纳恩博（北京）科技有限公司 一种定位方法及系统、电子设备

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