CN109866938A - 一种舰面无线紫外光的无人机助降系统及其助降引导方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰面无线紫外光的无人机助降系统，包括信息处理中心，信息处理中心分别连接收发一体装置、环境传感器及状态传感器，收发一体装置分别安装在甲板允降区域边角和无人机底部。本发明还公开了一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法。本发明解决了现有的无人机助降系统受气候环境影响大、成功着舰率不高、有电磁干扰、设备复杂的问题。

Description

一种舰面无线紫外光的无人机助降系统及其助降引导方法

技术领域

本发明属于光电信息技术领域，具体涉及一种舰面无线紫外光的无人机助降系统，本发明还涉及上述助降系统的助降引导方法。

背景技术

舰载无人机主要装备航空母舰、战列舰、驱逐舰、护卫舰和两栖舰等军舰,利用机载照相、光电、红外、电子侦察等先进传感器,实施空中监视、侦察、通信中继、炮火校正、目标指示、充当诱饵、电子对抗、毁伤评估,以及配备机载导弹等武器，完成封锁、反舰或对陆攻击等作战任务。由于舰载无人机具有成本低、体积小、作战使用灵活、费效比高、可避免人员伤亡等优势,因而备受世界各国海军的青睐。但是由于水面舰艇的搭载平台空间很有限还放有桅杆等比较高的设备，而且航行时舰艇甲板处于不停的横纵摇摆状态，因此对于重量较轻的无人机进行降落引导和控制成为不小的难题。

目前各国采用的舰载无人机回收方式主要有降落伞回收、拦截网回收以及垂直着舰回收。降落伞回收方法是使用降落伞将无人机降至舰艇附近的海面，然后再使用回收设备将其打捞，该方法容易使无人机体与机内贵重精密设备受到海水的腐蚀，花费时间长且受天气影响大；拦截网回收方式是通过操纵人员通过修正无人机的飞行路线，使其飞撞向拦截网，它可以减少无人机体及机载设备的损坏，但该方法主要针对小型无人机，且需要设置笨重的拦网装置，加装复杂的导引辅助设备，冲击载荷大，对操作员要求高；垂直着舰回收方法是通过引导装置对无人机的返航航线不断精确调整，直至无人机的气动式“鱼叉”甲板锁定装置对准降落格栅的中心，这种方法精度很高，但是需要依靠雷达、微波等会产生大量电磁干扰的辅助降落技术，为舰艇的电磁环境增加了负担，而且对设备、操作人员的要求也极高。

考虑到以上各种因素，基于无线紫外光的舰面无人机助降系统具有很大的优势。它通过无线紫外光引导无人机降落在甲板上的指定区域，继承了垂直着舰方式的优点但不用安装甲板锁定装置等，设备较简单。而且无线紫外光的传播路径可以绕过障碍物实现非直视通信，还具有可全天候工作、背景噪声小、抗干扰能力强、不产生电磁干扰等优点。而且紫外光适用于保密通信，符合军事通信的应用背景。

发明内容

本发明的目的是提供一种舰面无线紫外光的无人机助降系统，解决了现有的无人机助降系统受气候环境影响大、成功着舰率不高、有电磁干扰、设备复杂的问题。

本发明的另一个目的是提供一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种舰面无线紫外光的无人机助降系统，包括信息处理中心，信息处理中心分别连接收发一体装置、环境传感器及状态传感器，收发一体装置分别安装在甲板允降区域边角和无人机底部。

本发明第一种技术方案的特点还在于：

信息处理中心包括微处理器模块；

收发一体装置包括信号发送机和信号接收机，信号发送机内部包含调制器、驱动电路以及紫外LED阵列光源；调制器采用PPM调制电路，调制器对输入的数字电信号进行调制得到窄脉冲信号，窄脉冲信号经过驱动电路的电流放大作用后通过紫外LED阵列光源发送到大气信道内，完成电/光转换的任务；

信号接收机内部包含光电转换模块、功率测量模块以及运算模块，信号接收机内光电转换模块的作用是将接收到的光信号转换成电信号，通过功率测量模块测出接收信号的光功率，将光功率输入运算模块内即可计算出该无人机与甲板上各个信号发送机的距离。

本发明所采用的第二种技术方案是：一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法，具体包括如下步骤：

步骤1，助降准备；

在甲板允降区域的四个角落和每架无人机底部分别安装一个收发一体装置，在甲板上安装环境传感器和状态传感器各两个，并对紫外LED阵列光源进行调试和校准工作，检查信号发送机是否正常工作，为无人机降落做好准备；

步骤2，信息收集；

甲板上的信号接收机不断的探测是否有无人机发送的紫外光信号，环境传感器和状态传感器也实时将捕捉到的甲板数据发送给信息处理中心，当检测到紫外光信号时，信号接收机会对该信号进行分析得出无人机当前高度、速度、航向等状态信息并发送给信息处理中心；

步骤3，生成导航指令：

环境传感器收集甲板周围风速、温度、大气压强和湍流信息，状态传感器收集甲板姿态和运动趋势信息，当无人机进入备降区域时，信息处理中心内部的微处理器模块会以信息接收机发送来的信息为主，并结合环境传感器、状态传感器捕捉到的甲板附近信息生成导航指令。

步骤4，降落阶段；

当无人机接收到由指挥中心通过信号发送机发送的引导指令时，会不断调整自身飞行状态直至满足降落状态要求，当满足要求时继续降落，不满足要求时无人机抬高高度重新降落，当无人机安全降落在甲板上预先设定的降落区域内并由工作人员回收后，降落工作完成。

本发明第二种技术方案的特点还在于，

步骤2中信号接收机对接收到的紫外光信号进行分析的过程如下：

步骤A，信号接收机中的光电转化模块将接收到的紫外光信号转化成电信号，功率测量模块记录接收到的光信号所对应紫外LED阵列光源的俯仰角θ₁和θ₂；

步骤B，t时刻，在紫外光非直视条件，信号接收机内部的运算模块按公式(1)可以计算出无人机与甲板上四个信号发送机8之间的距离r₁，r₂，r₃，r₄，由于无人机接收到甲板上四个信号发送机所发送光信号的功率P_r、俯仰角θ₁和θ₂等信息的数值不同，所以r₁，r₂，r₃，r₄的值也有所差异；

公式(1)的推导过程如下：

紫外光直视链路功率在大气自由空间中呈指数衰减，大气衰减可表示为自由空间路径损耗和r²成反比接收机的接收增益为直视条件下紫外光通信的接收光功率，如式(2)所示：

式(2)中，r为直视条件下无人机与信息接收机的通信距离；P_t是发送功率；P_r是接收光功率；A_r是光电转化模块上接收孔径的面积；表示大气衰减；

无人机通过功率测量模块计算信号接收机非直视光功率，如式(3)所示：

式(3)中，r表示非直视情况下无人机与信号接收机的通信距离；

由非直视条件下紫外光接收光功率式(3)和lambertw函数，可得直视条件下无人机与信号接收机的通信距离r，如式(4)所示：

将式(3)代入式(4)中，得到无人机与信号接收机的距离r，如式(1)所示：

式(1)中，lambertw函数是f(w)＝w*exp(w)的反函数，即w＝lambertw(f(w))，其中exp(w)是指数函数，w是任意复数；

式(2)、式(3)和式(4)中，P_t是发送功率；P_r是接收光功率；A_r是光电转换模块上接收孔径的面积；K_s为散射系数；P_s是散射相函数；φ₁是发射光束孔径角；φ₂是信号接收机的接收视场角；K_e为大气衰减系数，由散射系数K_s和大气吸收系数K_a组成(K_e＝K_s+K_a)；θ₁是信号发送机的仰角；θ₂是信号接收机的仰角；

式(1)中，所述P_t，A_r，K_e，P_s，φ₁，φ₂及K_s均为已知量，接收光功率P_r通过功率测量模块得出，θ₁、θ₂通过安装于功率测量模块测得，r₁，r₂，r₃，r₄通过将公式(1)导入运算模块进行计算；

步骤C，根据t时刻的下一个时刻t₁的测量结果计算出r₁′，r₂′，r₃′，r₄′；

步骤D，甲板上信号接收机内部的运算模块可以对两个连续时刻计算出的与无人机间距离进行分析得出无人机当前位置、速度、航向。

步骤D的具体过程如下：

步骤a，以舰艇航向为前，甲板右前方的收发一体装置a为坐标原点，以正东方向为x轴，正南方向为y轴，正上方为z轴建立一个坐标系，则甲板上的四个收发一体装置a、b、c、d的坐标分别为a(x_a,y_a,z_a),b(x_b,y_b,z_b),c(x_c,y_c,z_c),d(x_d,y_d,z_d)；

步骤b，假设无人机的当前时刻坐标为A(x₁,y₁,z₁),它距甲板上四个收发一体装置的距离分别为r₁，r₂，r₃，r₄，则无人机的位置可由下列方程式计算：

其中，r₁，r₂，r₃，r₄为已知量，易求得无人机当前时刻的坐标；

设无人机下个时刻的坐标为B(x₂,y₂,z₂)，由于下个时刻的r₁′，r₂′，r₃′，r₄′已知，则分别将公式(5)～(8)中的A(x₁,y₁,z₁)替换为B(x₂,y₂,z₂)，同时将公式(5)～(8)中的r₁，r₂，r₃，r₄分别替换为r₁′，r₂′，r₃′，r₄′，即可求得无人机下个时刻的坐标B(x₂,y₂,z₂)；

步骤c，将连续两个时刻无人机的坐标代入公式(9)可算出无人机的速度：

连接两个相连时刻的始坐标与末坐标，即可测出无人机的航向。

本发明的有益效果是，在舰艇出海环境复杂的条件下，利用紫外光可以实现非直视通信，克服恶劣天气对舰面和无人机之间通信的影响。它可以借助智能导航技术实现在甲板上最多同时降落四台无人机，大大提高了降落效率。利用紫外光通信还有全天候工作、背景噪声小、抗干扰能力强、隐蔽性好的优点，即使是在无线电静默的要求下也可以为无人机提供导航信息助降。利用紫外光通信还可以减少舰艇上的电磁干扰，为舰艇上的良好电磁环境做了贡献。

附图说明

图1是本发明一种舰面无线紫外光的无人机助降系统的结构示意图；

图2是本发明一种舰面无线紫外光的无人机助降系统的内部结构示意图；

图3是本发明一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法的工作流程图；

图4是本发明一种舰面无线紫外光的的无人机助降引导方法中的无人机定位原理图；

图5是本发明一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法中的导航信息界面示意图。

图中，1.信息处理中心，2.收发一体装置，3.环境传感器，4.状态传感器，5.甲板，6.无人机，7.微处理器模块，8.信号发送机，9.信号接收机，10.调制器，11.驱动电路，12.紫外LED阵列光源，13.光电转换模块，14.功率测量模块，15.运算模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种舰面无线紫外光的无人机助降系统，结构如图1所示，包括信息处理中心1，信息处理中心1分别连接收发一体装置2、环境传感器3及状态传感器4，收发一体装置2分别安装在甲板5允降区域边角和无人机6底部。

如图2所示，信息处理中心1包括微处理器模块7，微处理器模块7的型号为STM32F407。

收发一体装置2包括信号发送机8和信号接收机9，信号发送机8内部包含调制器10、驱动电路11以及紫外LED阵列光源12，信号接收机9内部包含光电转换模块13、功率测量模块14(型号：HM3015)以及运算模块15。

信号发送机8内的调制器10采用PPM调制电路，它对输入的数字电信号进行调制得到窄脉冲信号，该信号经过驱动电路11的电流放大作用后通过紫外LED阵列光源12发送到大气信道内，完成电/光转换的任务。信号接收机9内光电转换模块13的作用是将接收到的光信号转换成电信号，通过功率测量模块14测出接收信号的光功率，将其输入运算模块15内即可根据公式计算出该无人机6与甲板5上各个信号发送机8的距离。

收发一体装置2安装在甲板5允降区域的边角处和无人机6的底部，二者间可以互传信息。状态传感器4用来检测甲板5局部动态信息，环境传感器3用来检测舰面附近的风速、温度、大气压强和湍流等情况。甲板5上的信号接收即9可以对接收到的紫外光信号进行处理和分析，得出无人机6当前的高度、速度、航向等实时飞行状态信息并将其发送给信息处理中心1，信息处理中心1可以结合状态传感器4、环境传感器3捕捉的甲板5信息进行分析，根据分析结果选择一个最优降落区域生成导航信息并发送给无人机6，引导它准确降落在指定区域。

本发明一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法，具体包括如下步骤：

步骤1，助降准备

在甲板5允降区域的四个角落和每架无人机6底部分别安装一个收发一体装置2，在甲板5上安装环境传感器3和状态传感器4各两个，并对紫外紫外LED阵列光源12进行调试和校准工作，检查信号发送机8是否正常工作，为无人机6降落做好准备。

步骤2，信息收集；

如图3所示，甲板5上的信号接收机9不断的探测是否有无人机6发送的紫外光信号，环境传感器3和状态传感器4也实时将捕捉到的甲板数据发送给信息处理中心1，当检测到紫外光信号时，信号接收机9会对该信号进行分析得出无人机当前高度、速度、航向等状态信息并发送给信息处理中心1；

具体分析步骤如下:

步骤A，信号接收机9中的光电转化模块13将接收到的紫外光信号转化成电信号，功率测量模块14记录接收到的光信号所对应紫外LED阵列光源12的俯仰角θ₁和θ₂；

步骤B，t时刻，在紫外光非直视条件，信号接收机9内部的运算模块15按公式(1)可以计算出无人机6与甲板5上四个信号发送机8之间的距离r₁，r₂，r₃，r₄。由于无人机6接收到甲板5上四个信号发送机8所发送光信号的功率P_r、俯仰角θ₁和θ₂等信息的数值不同，所以r₁，r₂，r₃，r₄的值也有所差异；

公式(1)的推导过程如下：

紫外光直视链路功率在大气自由空间中呈指数衰减，大气衰减可表示为自由空间路径损耗和r²成反比接收机的接收增益为直视条件下紫外光通信的接收光功率，如式(2)所示：

式(2)中，r为直视条件下无人机6与信息接收机9的通信距离；P_t是发送功率；P_r是接收光功率；A_r是光电转化模块13上接收孔径的面积；表示大气衰减；

无人机6通过功率测量模块14计算信号接收机9非直视光功率，如式(3)所示：

式(3)中，r表示非直视情况下无人机6与信号接收机9的通信距离；

由非直视条件下紫外光接收光功率式(3)和lambertw函数，可得直视条件下无人机6与信号接收机9的通信距离r，如式(4)所示：

将式(3)代入式(4)中，得到无人机6与信号接收机9的距离r，如式(1)所示：

式(1)中，lambertw函数是f(w)＝w*exp(w)的反函数，即w＝lambertw(f(w))，其中exp(w)是指数函数，w是任意复数；

式(2)、式(3)和式(4)中，P_t是发送功率；P_r是接收光功率；A_r是光电转换模块13上接收孔径的面积；K_s为散射系数；P_s是散射相函数；φ₁是发射光束孔径角；φ₂是信号接收机9的接收视场角；K_e为大气衰减系数，由散射系数K_s和大气吸收系数K_a组成(K_e＝K_s+K_a)；θ₁是信号发送机8的仰角；θ₂是信号接收机9的仰角；

式(1)中，所述P_t，A_r，K_e，P_s，φ₁，φ₂及K_s均为已知量，接收光功率P_r通过功率测量模块14得出，θ₁、θ₂通过安装于功率测量模块14测得，r₁，r₂，r₃，r₄通过将公式(1)导入运算模块15进行计算；

步骤C，根据t时刻的下一个时刻t₁的测量结果计算出r₁′，r₂′，r₃′，r₄′，(r₁′，r₂′，r₃′，r₄′指的是t₁时刻测量的无人机6与甲板5上四个信号发送机8之间的距离)时间间隔是1秒。例如t时刻是0点整，则t₁时刻是0：0′1"；

步骤D，甲板5上信号接收机9内部的运算模块15可以对两个连续时刻计算出的与无人机6间距离进行分析得出无人机当前位置、速度、航向；

具体分析步骤如下：

步骤a，如图4所示，以舰艇航向为前，甲板5右前方的收发一体装置a为坐标原点，以正东方向为x轴，正南方向为y轴，正上方为z轴建立一个坐标系。则甲板上的四个收发一体装置a、b、c、d的坐标分别为a(x_a,y_a,z_a),b(x_b,y_b,z_b),c(x_c,y_c,z_c),d(x_d,y_d,z_d)；

步骤b，假设无人机6的坐标为A(x₁,y₁,z₁),它距甲板上四个收发一体装置的距离分别为r₁，r₂，r₃，r₄，略去修正量，则无人机6的位置可由下列方程式计算：

其中，r₁，r₂，r₃，r₄为已知量，易求得无人机6当前的坐标，同理也可以求得下个时刻无人机的坐标B(x₂,y₂,z₂)；

步骤c，将连续两个时刻无人机6的坐标代入公式(9)可算出无人机的速度：

S表示无人机6在两个连续时刻内坐标移动的距离，t为两个连续时刻移动的时间差。

连接两个相连时刻的始坐标与末坐标，即可测出无人机的航向。

步骤3，生成导航信息

环境传感器3收集甲板5周围风速、温度、大气压强和湍流信息，状态传感器4收集甲板5姿态和运动趋势信息，当无人机6进入备降区域(据舰面80m-120m处)时，信息处理中心1内部的微处理器模块7会以信息接收机9发送来的信息为主，并综合考虑环境传感器3、状态传感器4捕捉到的甲板5附近信息生成最优导航指令。

如图1所示，甲板5的允降区域被大致分为四个区域分别记为I、II、III、IV，微处理器模块7会将无人机6分别降落到这四个区域的状态调整信息以及根据数据分析得出的以百分比形式表示的降落难易值N一起发送给控制中心，此时给无人机6匹配降落区域有两种模式：自动模式和手动模式。自动模式是信息处理中心1选择一个N值最低的降落区域并将实时导航信息(高度、航向、速度、偏角等)发送给无人机，当该区域已经被其他无人机6选择时，则按N值升序选择数值第二低的区域进行降落，依此类推，而手动模式是指挥中心的工作人员根据接收到如图5的导航界面信息以及实际情况手动选择合适的降落区域进行匹配。

步骤4，降落阶段：

当无人机6接收到由指挥中心通过信号发送机8发送的引导指令时，会不断调整自身飞行状态直至满足降落状态要求，当满足要求时继续降落，不满足要求时无人机6抬高高度重新降落，当无人机6安全降落在甲板5上预先设定的降落区域内(允许误差3m)并由工作人员回收后，降落工作完成。此时该区域可以接受未匹配降落区域的无人机6的降落请求。

Claims (5)

1.一种舰面无线紫外光的无人机助降系统，其特征在于：包括信息处理中心，信息处理中心分别连接收发一体装置、环境传感器及状态传感器，收发一体装置分别安装在甲板允降区域边角和无人机底部。

2.根据权利要求1所述的一种舰面无线紫外光的无人机助降系统，其特征在于：信息处理中心包括微处理器模块；

收发一体装置包括信号发送机和信号接收机，信号发送机内部包含调制器、驱动电路以及紫外LED阵列光源；调制器采用PPM调制电路，调制器对输入的数字电信号进行调制得到窄脉冲信号，窄脉冲信号经过驱动电路的电流放大作用后通过紫外LED阵列光源发送到大气信道内，完成电/光转换的任务；

信号接收机内部包含光电转换模块、功率测量模块以及运算模块，信号接收机内光电转换模块的作用是将接收到的光信号转换成电信号，通过功率测量模块测出接收信号的光功率，将光功率输入运算模块内即可计算出该无人机与甲板上各个信号发送机的距离。

3.根据权利要求2所述的一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1，助降准备；

在甲板允降区域的四个角落和每架无人机底部分别安装一个收发一体装置，在甲板上安装环境传感器和状态传感器各两个，并对紫外LED阵列光源进行调试和校准工作，检查信号发送机是否正常工作，为无人机降落做好准备；

步骤2，信息收集；

甲板上的信号接收机不断的探测是否有无人机发送的紫外光信号，环境传感器和状态传感器也实时将捕捉到的甲板数据发送给信息处理中心，当检测到紫外光信号时，信号接收机会对该信号进行分析得出无人机当前高度、速度、航向等状态信息并发送给信息处理中心；

步骤3，生成导航指令：

环境传感器收集甲板周围风速、温度、大气压强和湍流信息，状态传感器收集甲板姿态和运动趋势信息，当无人机进入备降区域时，信息处理中心内部的微处理器模块会以信息接收机发送来的信息为主，并结合环境传感器、状态传感器捕捉到的甲板附近信息生成导航指令；

步骤4，降落阶段；

当无人机接收到由指挥中心通过信号发送机发送的引导指令时，会不断调整自身飞行状态直至满足降落状态要求，当满足要求时继续降落，不满足要求时无人机抬高高度重新降落，当无人机安全降落在甲板上预先设定的降落区域内并由工作人员回收后，降落工作完成。

4.根据权利要求3所述的一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法，其特征在于：所述步骤2中信号接收机对接收到的紫外光信号进行分析的过程如下：

步骤A，信号接收机中的光电转化模块将接收到的紫外光信号转化成电信号，功率测量模块记录接收到的光信号所对应紫外LED阵列光源的俯仰角θ₁和θ₂；

步骤B，t时刻，在紫外光非直视条件，信号接收机内部的运算模块按公式(1)可以计算出无人机与甲板上四个信号发送机8之间的距离r₁，r₂，r₃，r₄，由于无人机接收到甲板上四个信号发送机所发送光信号的功率P_r、俯仰角θ₁和θ₂等信息的数值不同，所以r₁，r₂，r₃，r₄的值也有所差异；

公式(1)的推导过程如下：

紫外光直视链路功率在大气自由空间中呈指数衰减，大气衰减可表示为自由空间路径损耗和r²成反比接收机的接收增益为直视条件下紫外光通信的接收光功率，如式(2)所示：

式(2)中，r为直视条件下无人机与信息接收机的通信距离；P_t是发送功率；P_r是接收光功率；A_r是光电转化模块上接收孔径的面积；表示大气衰减；

无人机通过功率测量模块计算信号接收机非直视光功率，如式(3)所示：

式(3)中，r表示非直视情况下无人机与信号接收机的通信距离；

由非直视条件下紫外光接收光功率式(3)和lambertw函数，可得直视条件下无人机与信号接收机的通信距离r，如式(4)所示：

将式(3)代入式(4)中，得到无人机与信号接收机的距离r，如式(1)所示：

式(1)中，lambertw函数是f(w)＝w*exp(w)的反函数，即w＝lambertw(f(w))，其中exp(w)是指数函数，w是任意复数；

式(2)、式(3)和式(4)中，P_t是发送功率；P_r是接收光功率；A_r是光电转换模块上接收孔径的面积；K_s为散射系数；P_s是散射相函数；φ₁是发射光束孔径角；φ₂是信号接收机的接收视场角；K_e为大气衰减系数，由散射系数K_s和大气吸收系数K_a组成(K_e＝K_s+K_a)；θ₁是信号发送机的仰角；θ₂是信号接收机的仰角；

式(1)中，所述P_t，A_r，K_e，P_s，φ₁，φ₂及K_s均为已知量，接收光功率P_r通过功率测量模块得出，θ₁、θ₂通过安装于功率测量模块测得，r₁，r₂，r₃，r₄通过将公式(1)导入运算模块进行计算；

步骤C，根据t时刻的下一个时刻t₁的测量结果计算出r₁′，r₂′，r₃′，r₄′；

步骤D，甲板上信号接收机内部的运算模块可以对两个连续时刻计算出的与无人机间距离进行分析得出无人机当前位置、速度、航向。

5.根据权利要求4所述的一种舰面无线紫外光的无人机助降引导方法，其特征在于：所述步骤D的具体过程如下：

步骤a，以舰艇航向为前，甲板右前方的收发一体装置a为坐标原点，以正东方向为x轴，正南方向为y轴，正上方为z轴建立一个坐标系，则甲板上的四个收发一体装置a、b、c、d的坐标分别为a(x_a,y_a,z_a),b(x_b,y_b,z_b),c(x_c,y_c,z_c),d(x_d,y_d,z_d)；

步骤b，假设无人机的当前时刻坐标为A(x₁,y₁,z₁),它距甲板上四个收发一体装置的距离分别为r₁，r₂，r₃，r₄，则无人机的位置可由下列方程式计算：

其中，r₁，r₂，r₃，r₄为已知量，易求得无人机当前时刻的坐标；

设无人机下个时刻的坐标为B(x₂,y₂,z₂)，由于下个时刻的r₁′，r₂′，r₃′，r₄′已知，则分别将公式(5)～(8)中的A(x₁,y₁,z₁)替换为B(x₂,y₂,z₂)，同时将公式(5)～(8)中的r₁，r₂，r₃，r₄分别替换为r₁′，r₂′，r₃′，r₄′，即可求得无人机下个时刻的坐标B(x₂,y₂,z₂)；

步骤c，将连续两个时刻无人机的坐标代入公式(9)可算出无人机的速度：

连接两个相连时刻的始坐标与末坐标，即可测出无人机的航向。