CN110462418A - 使用毫米波波束基础设施对无人机的定位 - Google Patents

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Abstract

实施例提供了一种包含接收器和位置确定器的无人机。接收器被配置为接收从无人机导航系统的两个间隔开的基站发射的两个周期性宽带信号，其中两个周期性宽带信号是时间同步的。位置确定器被配置为基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个基站的位置。

Description

使用毫米波波束基础设施对无人机的定位
技术领域
实施例涉及无人机。其他实施例涉及用于无人机的导航系统。一些实施例涉及使用毫米波波束基础设施的无人机的定位。
背景技术
在所谓的城市“低速局部交通”区域中的低高度无人机(UAV)的自动导航【AmazonPrime Air，“Revising the Airspace Model for the Safe Integration of SmallUnmanned Aircraft Systems”，2015年7月】需要适合的无人机交通管理(UTM)系统。这种系统的主要目的是在不造成任何危害或危险的情况下在城市环境中安全操纵UAV。另一目的是高成本效益地且可靠地实施这种系统。
为了保持对整个无人机机群的控制，还需要区域内的UAV与UAV指挥中心之间的稳定可靠的通信链接。
与位于房屋上方的UAV飞行路径不同，在靠近密集城市环境的地平面的狭窄街道峡谷中的高层建筑之间的飞行路径具有有限的定位卫星覆盖。因此，这种系统可以不依赖于全球卫星导航系统(GNSS)卫星定位。这种情况对于室内环境中的自动UAV飞行的导航更为甚之。
卫星定位系统固有的附加问题如下：GNSS易受干扰或欺骗【M.L.Psiaki andT.E.Humphreys，″GNSS Spoofing and Detection，″in Proceedings of the IEEE，vol.104，no.6，pp.1258-1270，2016年6月】，这会导致危险的情况。
为了在没有GNSS的情况下导航UAV，【Aasish C，Ranjitha E.，Razeen Ridhwan U，Bharath Raj S and Angelin Jemi L.，″Navigation of UAV without GPS，″Robotics，Automation，Control and Embedded Systems(RACE)，2015International Conferenceon，Chennai，2015，pp.1-3】提出了“光流导航”，这是一种用于确定对象相对于观察者的运动的技术。所提出的技术需要在UAV中安装摄像头传感器和适合的数据处理算法，增加了UAV的复杂性和成本。此外，该方法不能确保UAV沿预先定义的航线飞行。
“微波着陆系统(MLS)是全天候、精确的着陆系统，其具有很多操作优势，包括：宽泛的频道选择以避免干扰附近的其他机场、全天候表现优异、在机场上“占地范围”小、且允许从机场周围更广阔的区域进入的宽垂直和水平“捕获”角度”【https：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_landing_system】。
“微波扫描波束着陆系统(MSBLS)是NASA航空飞机先前使用的Ku波段进场和着陆导航辅助。它提供精确的仰角、方向及距离数据，用于在飞行的最后两分钟引导轨道器直至降落为止”【https：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_Scanning_Beam_Landing_System】。
图1示出了仪表着陆系统(ILS)和由ILS使用的波束图案的示意图。如图1中所示，ILS使用分别以例如50赫兹和75赫兹发射部分交叠的左右波束的发射(Tx)站。飞行器将沿着左右波束的交叠路径飞行，沿着该路径，左右波束的接收功率是相等的。换言之，图1在左侧示出了导航系统的操作并在右侧示出了从透镜和波束截面测量得到的数值生成的波束图案。
【A.Tang and Q.Gu，″A high-precision millimeter-wave navigation systemfor indoor and urban environment autonomous vehicles，″Microwave SymposiumDigest(IMS)，2013IEEE MTT-S International，Seattle，WA，2013年，第1-3页】提出用于室内或城市环境自主车辆的高精确度毫米波导航系统。该系统适用于要求小型自主车辆沿精确路径的精确引导的应用场合，比如在室内或杂乱的城市环境中导航。
【https：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_landing_system】、【https：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_Scanning_Beam_Landing_System】和【A.Tang andQ.Gu，″A high-precision millimeter-wave navigation system for indoor and urbanenvironment autonomous vehicles，″Microwave Symposium Digest(IMS)，2013IEEEMTT-S International，Seattle，WA，2013年，第1-3页】中提出的解决方案支持UAV的精确着陆过程，但不适用于UAV航线系统。这就要求UAV不仅要估计信号的来源以便相应地调整其飞行路径，而且一个适合的UAV航线系统必须允许沿指定航线路径进行精确的位置估计，从而估计在三维空间中的位置。
上述解决方案的另一问题在于其容易受到在室内环境中经常发生的多径的影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进在密集城市环境中对无人机的定位的构思。
该目的通过独立权利要求来实现。
在从属权利要求中提出了有利的实施方式。
实施例提供了一种包含接收器和位置确定器的无人机。接收器被配置为接收从无人机导航系统的两个间隔开的基站发射的两个周期性宽带信号，其中两个周期性宽带信号是时间同步的。位置确定器被配置为基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个基站的位置。
其他实施例提供了一种用于无人机的导航系统，所述导航系统包含被配置为发射两个时间同步的周期性宽带信号的两个基站，其中两个基站被适配为使用彼此相对的波束来发射两个周期性宽带信号，以便为无人机创建飞行路径。
其他实施例提供一种方法，该方法包含接收从两个间隔开的位置发射的两个周期性宽带信号的步骤，其中两个周期性宽带信号是时间同步的；以及基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个间隔开的位置的位置的步骤。
其他实施例提供一种方法，该方法包含使用彼此相对的波束从两个间隔开的位置发射两个时间同步的周期性宽带信号以便为无人机创建飞行路径的步骤。
其他实施例提供一种方法，该方法包含使用彼此相对的波束从间隔开的位置发射两个时间同步的周期性宽带信号以便为无人机创建飞行路径的步骤；在无人机处接收两个周期性宽带信号的步骤；以及基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个间隔开的位置的位置的步骤。
附图说明
参照附图来描述本发明的实施例。
图1示出了仪表着陆系统和由仪表着陆系统使用的波束图案的说明图；
图2示出了根据实施例的无人机的示意框图；
图3示出了根据实施例的用于无人机的导航系统的示意框图；
图4示出了根据实施例的用于无人机的导航系统和该无人机的示意俯视图；
图5示出了根据实施例的用于无人机的导航系统和该无人机的示意俯视图；
图6a示出了根据实施例的用于无人机的导航系统和两个无人机的示意侧视图；
图6b在图中示出了根据实施例的相对沿两个基站之间的飞行路径的位置绘制的对两个周期性宽带信号的接收的时间延迟；
图6c在图中示出了根据实施例的相对沿两个基站之间的飞行路径的位置绘制的两个周期性宽带信号的接收功率；
图7a示出了根据实施例的用于无人机的导航系统和四个无人机的示意俯视图；
图7b示出了根据实施例的从第二基站到第一基站的两条飞行路径和四个无人机的截面图；
图8示出了根据实施例的用于无人机的导航系统的应用示例，其中基站被集成到路灯中；
图9示出了根据实施例的UAV导航系统120的示意俯视图；
图10示出了根据实施例的UAV导航系统120的示意俯视图；
图11示出了根据实施例的方法的流程图；
图12示出了根据实施例的方法的流程图；以及
图13示出了根据实施例的方法的流程图；
在以下描述中，通过相同或等同附图标记来表示相同或等同元件或者具有相同或等同功能的元件。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了多个细节以提供对本发明的实施例的更透彻的解释。然而，本领域技术人员将清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，以框图形式而不是具体地示出了公知的结构和设备，以避免对本发明的实施例造成混淆。此外，除非另外具体指示，否则下文所述的不同实施例的特征可以彼此组合。
图2示出了根据实施例的无人机(UAV)100的示意框图。UAV 100包含接收器102和位置确定器104。接收器102被配置为接收从UAV导航系统的两个间隔开的基站发射的两个周期性宽带信号106和108，其中两个周期性宽带信号106和108是时间同步的。位置确定器104被配置为基于两个周期性宽带信号110和112的接收时间之间的差异和/或基于两个周期性宽带信号110和112的接收强度来确定UAV 100相对于两个基站的位置。
详细地，接收器102可以被配置为从第一基站接收第一周期性宽带信号106并从第二基站接收第二周期性宽带信号108。第一周期性宽带信号106和第二周期性宽带信号108可以是时间同步的，例如，可以在相同的发射时间(或时刻)发射第一周期性宽带信号106和第二周期性宽带信号108。位置确定器104可以被配置为基于第一周期性宽带信号106的接收时间与第二周期性宽带信号108的接收时间之间的差异确定UAV 100相对于第一基站和第二基站的位置。另外地或备选地，位置确定器104可以被配置为基于第一周期性宽带信号106的接收强度以及第二周期性宽带信号108的接收强度来确定UAV 100相对于第一基站和第二基站的位置。
图3示出了根据实施例的用于UAV 100的导航系统120的示意框图。导航系统120包含被配置为发射两个时间同步的周期性宽带信号106和108的两个基站110和112，其中两个基站110和112被适配为使用彼此相对的波束114和116来发射两个周期性宽带信号106和108，以便为UAV 100创建飞行路径118。
详细地，第一基站110可以被配置为使用第一波束114发射第一周期性宽带信号106，其中第二基站112可以被配置为使用第二波束114发射第二周期性宽带信号108。从而，第一波束114和第二波束116彼此相对且交叠，以便为UAV 100创建飞行路径118。波束114和116可以具有10°(或20°、或15°、或7°、或5°)或更小的波束宽度。
换言之，第一基站110可以被配置为使用指向第二基站112的第一波束114发射第一周期性宽带信号106，其中第二基站112可以被配置为使用指向第一基站的第二波束114发射第二周期性宽带信号108，例如，使得第一波束114和第二波束116交叠从而为UAV 100定义飞行路径118。
为了使两个周期性宽带信号106和108的发射时间同步，两个基站110和112可以是彼此连接或通信的。另外地或附加地，导航系统120可以包括被配置为使两个周期性宽带信号106和108的发射时间同步的中央控制系统122，例如，通过控制基站110和112以在相同的发射时间(或时刻)发射两个周期性宽带信号106和108。
随后，更详细地描述UAV 100和UAV导航系统120二者的实施例。
第一周期性宽带信号106和第二周期性宽带信号108可以位于极高频带(或毫米带，例如30至300GHz)中。第一周期性宽带信号106和第二周期性宽带信号108可以具有1GHz(30cm精度)至30GHz(1cm精度)的宽带。例如，第一周期性宽带信号106和第二周期性宽带信号108可以是周期性宽带信标，比如脉冲和FMCW(FMCW＝调频连续波雷达)。
第一周期性宽带信号106和第二周期性宽带信号108可以互为正交。例如，不同的频带(f_a至f_b&f_b至f_c)利用正交扩频码(例如Gold码)或空间复用(无人机上的定向天线朝向不同方向)进行扩频。
UVA的接收器102可以被配置为使用用于接收第一周期性宽带信号106和第二周期性宽带信号108的(一个或多个)窗函数。例如，接收器102可以被配置成将(一个或多个)窗函数应用到接收信号，以便接收第一周期性宽带信号106和第二周期性宽带信号108。窗函数可以减少多径传播的影响，从而提高位置确定的准确度。
如前所述，为了给UAV 100定义在第一基站110与第二基站112之间延伸的飞行路径118，基站110和112将相对的波束114和116用于发射周期性宽带信号114和116。
UAV 100可以被配置为沿着由相对的波束114和116定义的飞行路径118飞行。
UAV导航系统120可以被配置为将控制信号发射给UAV 100，该控制信号包含向UAV100指派飞行方向的飞行方向指派信息。在这种情况下，UAV 100可以被配置为接收控制信号100并根据飞行方向指派信息调整其飞行方向。
UAV 100可以被配置为根据飞行方向调整其飞行方向。此外，UAV导航系统120可以被配置为将控制信号发射给UAV 100，该控制信号包含向UAV 100指派飞行高度的飞行高度指派信息。在这种情况下，UAV 100可以被配置为接收控制信号并根据飞行高度指派信息调整其飞行高度。UAV 100可以包含例如用于确定器其飞行高度的气压计。从而，有可能给不同的UAV指派不同的飞行高度，使得相同的飞行路径118可以同时被多于一个的UAV使用。
注意，UAV 100可以不必在飞行路径118的中心飞行，飞行路径118可以沿两束相对的波束114和116的主波束方向或中心波束方向延伸。还有可能的是将UAV 100配置为偏移飞行路径118的中心飞行(偏移导航)，例如，平行于飞行路径118的中心且与飞行路径118的中心相距一限定距离。从而，UAV可以被配置为根据飞行方向或从UAV导航系统120接收的控制信号调整距离飞行路径的中心的距离，该控制信号包含飞行偏移指派信息。从而，多于一个的UAV有可能可以同时使用相同的飞行路径118。
更需要注意，UAV的飞行路径118可以包含至少两条飞行航线，例如每个飞行方向的一个或多个飞行航线，随着下面图4的讨论将变得清楚，其中图4示出了根据实施例的UAV导航系统120的和UAV 100的示意俯视图。如图4中所示，间隔开的航线124和126可以彼此平行延伸，例如在水平方向和/或垂直方向上。UAV 100可以被配置为基于飞行方向从该至少两条航线124和126中选出一条。此外，UAV导航系统120有可能将包含飞行航线指派信息的控制信息发送到UAV 100，其中飞行航线指派信息指派两条飞行航线124和126中的一条。在这样的情况下，UAV 100可以被配置为基于从UAV导航系统100接收的飞行航线指派信息从两条飞行航线124和126中选出一条。从而，有可能向不同的UAV指派不同的航线，使得相同的飞行路径118可以同时被多于一个的UAV使用。
图5示出了根据实施例的UAV导航系统120和UAV 100的示意俯视图。在图5中，两个基站110和112被配置为使用四束波束114_1、114_2、116_1和116_2发射四个时间同步的周期性宽带信号106_1、106_2、108_1和108_2，其中两个基站的四束波分别两两相对，以在两个基站110和112之间创建两条飞行路径118_1和118_2。
详细地，第一基站110可以被配置为使用第一波束114_1发射第一周期性宽带信号106_1且使用第二波束114_2发射第二周期性宽带信号106_2。第二基站112可以被配置为使用第三波束116_1发射第三周期性宽带信号108_1且使用第四波束116_2发射第四周期性宽带信号108_2。第一波束114_1和第三波束116_1彼此相对以为UAV 100定义第一飞行路径118_1，其中第二波束114_2和第四波束116_2彼此相对以为UAV 100定义第二飞行路径118_2。
UAV 100可以被配置为基于飞行方向从两个基站110和112之间的两条飞行路径118_1和118_2中选出一条。此外，UAV导航系统120可以被配置为将控制信号发射给UAV100，该控制信号包含向UAV 100指派两条飞行路径118_1和118_2之一的飞行路径指派信息。在这种情况下，UAV 100可以被配置为基于从UAV导航系统120接收的飞行路径指派信息，从两个基站110和112之间的两条飞行路径118_1和118_2中选出一条。
注意，飞行路径118_1和118_2中的至少一条有可能包含至少两条飞行航线，如参照图4所讨论的那样，这样可以应用图5的飞行路径118_1和118_2中的一条或两条。
图6a示出了UAV导航系统120以及两个UAV 100_1和UAV 100_2的示意侧视图。如上详细描述地，UAV导航系统120包含使用彼此相对的波束114和116发射周期性宽带信号106和108的两个基站110和112。图6b在图中示出了相对沿两个基站110和112之间的飞行路径118的位置绘制的对两个周期性宽带信号106和108的接收的时间延迟。图6c在图中示出了相对沿两个基站110和112之间的飞行路径118的位置绘制的两个周期性宽带信号106和108的接收功率。
提出的解决方案的基本结构是基于强指向性毫米波波束114和116的和同步发射宽带脉冲106和108的UAV定位系统120。配备有简易无线电接收器模块102(参照图2)，UAV100能够可靠地确定其当前位置和指定的飞行方向。这个解决方案与卫星定位系统的可用性无关，因此可在室内使用或作为具有有限GNSS覆盖的区域的备用系统，例如在接近地平面的城市峡谷中。
可以利用宽带脉冲106和108的同步发射和在UAV处对这些脉冲的检测来完成定位。脉冲106和108之间的检测时间差异允许UAV100沿波束114和116估计其位置。除了时间差以外，可以将脉冲106和108的强度用于估计当前位置。与仅使用信号强度相比，脉冲使定位不易受多径反射的影响，其中多径反射在室内环境中是常见的。例如，使用1GHz的脉冲和时间窗函数能够消除等同于30cm路径长度差的多径分量。这种多径抑制能力对于所设想的应用场景来说是足够的。
如图6中所示，所提出的解决方案还允许双向UAV交通流。这是通过给每个飞行方向指定不同的航路高度来完成的，所以无人机之间出现高度偏移。UAV可以通过使用足够精确以完成这项任务的气压计传感器来保持其指定高度。
例如，可以将第一高度指派给第一飞行方向(例如，朝向第一基站(毫米波信标节点A)110)并可以将第二高度指派给第二飞行方向(例如，朝向第二基站(毫米波信标节点B)112)，使在第一飞行方向上飞行的第一UAV 100_1以第一飞行高度飞行，其中在第二飞行方向上飞行的第二UAV 100_2以第二飞行高度飞行。
图7a示出了UAV导航系统120以及四个UAV 100_1和100_4的示意俯视图。类似于图5，两个基站110和112被配置为使用四束波束114_1、114_2、116_1和116v2发射四个时间同步的周期性宽带信号106_1、106_2、108_1和108_2，其中两个基站的四束波分别两两相对，以在两个基站110和112之间创建两条飞行路径。除图5以外，图7a表明不同飞行高度可以被指派给每个飞行路径中的不同飞行方向。在图7b中更详细地表明这点，其示出了从第二基站112到第一基站(毫米波信标节点A)110的两条飞行路径的截面图。
例如，第一飞行高度可以被指派给在第一方向(例如，朝向第一基站(毫米波信标节点A)110)上飞行的第三UAV 100_3和第四UAV 100_4，其中第二飞行高度可以被指派给在第二方向(例如，朝向第二基站(毫米波信标节点B)112)上飞行的第一UAV 100_1和第二UAV100_2。
图8示出了根据实施例的UAV导航系统120的示意俯视图。如图8中所示，导航系统可以进一步包含中继基站130，其被布置在两个基站110和120之间的飞行路径118中并被配置为使用与两个基站110和112的各自的波束相对的两束波束将从两个基站110和112接收的周期性宽带信号106、108重新发射到两个基站110和112的对应另一基站。
详细地，中继基站130可以被配置为从第一基站110接收第一周期性宽带信号106并使用与第二基站112的第二波束116相对的第三波束114’将第一周期性宽带信号106’重新发射到第二基站112。此外，中继基站130可以被配置为从第二基站112接收第二周期性宽带信号108并使用与第一基站110的第一波束114相对的第四波束116’将第二周期性宽带信号108’重新发射到第一基站。
图9示出了根据实施例的UAV导航系统120的示意俯视图。如图9中所示，导航系统120可以包含另外的两个基站132和133，被配置为使用彼此相对的另外的波束136和137来发射两个另外的时间同步的周期性宽带信号134和135，以创建另外的飞行路径138，其中飞行路径118和另外的飞行路径138互相交叉(相交)。
图10示出了UAV导航系统120的应用示例，其中在路灯140和142中集成基站110和112。换言之，图8示出了可行的应用示例，其中在两个灯柱上安装毫米波信标节点110和112且UAV 100沿着所定义的航线飞行。
实施例提供以下优点：第一，在有限的GNSS覆盖(街道峡谷中)或没有GNSS覆盖(室内)情况下自动且安全的UAV的导航。第二，由于昂贵的传感器和计算成本高昂的数据处理被废弃，所以毫米波波束基础设施减少每个UAV的成本。第三，毫米波波束基础设施可以用作导航系统和高数据速率通信系统二者。第四，抵御对GNSS信号的攻击：“GNSS欺骗”【M.L.Psiaki and T.E.Humphreys，″GNSS Spoofing and Detection，″in Proceedings ofthe IEEE，vol.104，no.6，pp.1258-1270，2016年6月】-因为其不使用GNSS。第五，由于系统直接检测视线波束的阻碍，因此可以容易地实现无障碍航线的安全。沿LOS波束的导航根据定义已没有障碍物。可飞行路径固有地无障碍(建筑等)，使得路径规划变得简单。这种基于所定义的UAV“航线”的系统的一个优势在于不再需要在没有任何障碍的前提下搜索“3D可飞行路径”，如【M.Shanmugavel，A.Tsourdos and B.A.White，″Collision avoidance andpath planning of multiple UAVs using flyable paths in 3D，″Methods and Modelsin Automation and Robotics(MMAR)，201015th International Conference on，Miedzyzdroje，2010年，第218-222页】中所陈述的。
实施例可以应用于若干领域。例如，用于送货服务的未来UAV系统通常沿着预先确定的路径飞行，以便到达其指派的目的地。与飞机相似，安装所谓的航线保证UAV在指定的路线上飞行。
提出的解决方案允许安装UAV导航网络。这种系统支持“大量相对低成本的UAV能够在没有昂贵的感测通信系统或在单独UAV控制中无需大量人为干预的情况下飞行到视线外。在目前的类似自由飞行模式下，只要避开限制的空域和高度，无人机就可沿任意路线飞行。然而，这需要昂贵的机载感测和通信以及大量人力干预以确保避开障碍和碰撞，。成本的增加阻碍了更广泛的UAV应用的出现和发展。可用的基于GPS的导航可以用于以相对低的额外成本沿着所选路线和时间表驾驶UAV，因此降低了进入新UAV应用市场的门槛。”
图11示出了根据实施例的方法200的流程图。方法200包含接收从两个间隔开的位置发射的两个周期性宽带信号的步骤202，其中两个周期性宽带信号是时间同步的。此外，方法202包含基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个间隔开的位置的位置的步骤204。
图12示出了根据实施例的方法210的流程图。方法210包含使用彼此相对的波束从两个间隔开的位置发射两个时间同步的周期性宽带信号以便为无人机创建飞行路径的步骤212。
图13示出了根据实施例的方法220的流程图。方法220包含使用彼此相对的波束从间隔开的位置发射两个时间同步的周期性宽带信号以便为UAV创建飞行路径的步骤222。此外，方法220包含在UAV处接收两个周期性宽带信号的步骤224。此外，方法包含基于两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异且基于两个周期性宽带信号的接收强度来确定无人机相对于两个间隔开的位置的位置的步骤226。
在实施例中，UAV导航系统120包含两个毫米波信标节点110和112，其使用彼此相对的窄波束发射同步正交信标106和108，以便为UAV 100创建飞行路径。从而，可以通过检测信标106和108的强度和时间差来完成UAV的定位。此外，可以执行UAV 100的基于位置的导航和控制。
一些实施例提供多径抑制。为此，可以发射正交宽带信标(脉冲、FMCW等)。另外地或附加地，可以使用时间窗来减少多径的影响。
一些实施例提供偏移导航。可以使用偏移飞行来在单个飞行路径上确保多个UAV避开阻挡。
一些实施例提供了每个节点(或基站)两个波束的延伸。可以引入每个节点两束波束以确保双向UAV飞行。此外，有可能使用气压计传感器，例如为了确定UAV的飞行高度并根据飞行方向调整飞行高度。
一些实施例提供了每个节点四束波束的延伸。从而，每条路径可以创建四条航线。此外，可以使用航线的自适应方向控制(信令)。
一些实施例提供飞行路径中继。从而，可以使用中继节点，中继节点具有不同方向的两个毫米波信标。此外，可以使用偏移导航以避免与中继节点的碰撞。
一些实施例提供了相交。从而，可以使用具有四个毫米波信标的中继节点以创建两条飞行路径的交点。此外，可以使用偏移导航以避免与相交节点的碰撞。此外，可以使用到不同飞行路径的转换。
一些实施例提供了中央控制系统。可以引入中央控制服务器和无线控制网络，例如以便采集现场所有UAV的位置并同时控制它们。
虽然已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是将清楚的是，这些方面还表示对应方法的描述，其中，块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤上下文中描述的方面也表示对相应块或项或者相应装置的特征的描述。可以由(或使用)硬件设备(诸如，微处理器、可编程计算机或电子电路)来执行一些或全部方法步骤。在一些实施例中，可以由这种装置来执行最重要方法步骤中的一个或多个方法步骤。
取决于某些实现要求，可以在硬件中或在软件中实现本发明的实施例。可以使用其上存储有电子可读控制信号的数字存储介质(例如，软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存)来执行实现，该电子可读控制信号与可编程计算机系统协作(或者能够与之协作)从而执行相应方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，其能够与可编程计算机系统协作以便执行本文所述的方法之一。
通常，本发明的实施例可以实现为具有程序代码的计算机程序产品，程序代码可操作以在计算机程序产品在计算机上运行时执行方法之一。程序代码可以例如存储在机器可读载体上。
其他实施例包括存储在机器可读载体上的计算机程序，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。
换言之，本发明方法的实施例因此是具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于在计算机程序在计算机上运行时执行本文所述的方法之一。
因此，本发明方法的另一实施例是其上记录有计算机程序的数据载体(或者数字存储介质或计算机可读介质)，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非瞬时性的。
因此，本发明方法的另一实施例是表示计算机程序的数据流或信号序列，所述计算机程序用于执行本文所述的方法之一。数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接(例如，经由互联网)传送。
另一实施例包括处理装置，例如，计算机或可编程逻辑器件，所述处理装置被配置为或适于执行本文所述的方法之一。
另一实施例包括其上安装有计算机程序的计算机，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。
根据本发明的另一实施例包括被配置为向接收机(例如，以电子方式或以光学方式)传送计算机程序的装置或系统，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。接收器可以是例如计算机、移动设备、存储设备等。装置或系统可以例如包括用于向接收器传送计算机程序的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可以用于执行本文所述的方法的功能中的一些或全部。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作以执行本文所述的方法之一。通常，方法优选地由任意硬件装置来执行。
本文描述的装置可以使用硬件装置、或者使用计算机、或者使用硬件装置和计算机的组合来实现。
本文描述的装置或本文描述的装置的任何组件可以至少部分地在硬件和/或软件中实现。
本文描述的方法可以使用硬件装置、或者使用计算机、或者使用硬件装置和计算机的组合来执行。
本文描述的方法或本文描述的装置的任何组件可以至少部分地由硬件和/或由软件执行。
上述实施例对于本发明的原理仅是说明性的。应当理解的是，本文所述的布置和细节的修改和变形对于本领域其他技术人员将是显而易见的。因此，旨在仅由所附专利权利要求的范围来限制而不是由借助对本文的实施例的描述和解释所给出的具体细节来限制。

Claims (23)

1.一种无人机(100)，包含：
接收器(102)，被配置为接收从用于无人机的导航系统(120)的两个间隔开的基站(110，112)发射的两个周期性宽带信号(106，108)，其中所述两个周期性宽带信号(106，108)是时间同步的；以及
位置确定器(104)，被配置为基于所述两个周期性宽带信号(106，108)的接收时间之间的差异和基于所述两个周期性宽带信号(106，108)的接收强度来确定无人机(100)相对于所述两个基站(110，112)的位置。
2.根据权利要求1所述的无人机(100)，其中所述两个周期性宽带信号(106，108)互为正交。
3.根据权利要求1至2之一所述的无人机(100)，其中所述接收器(102)被配置为使用时间窗函数接收所述两个周期性宽带信号(106，108)，以减少多径传播影响。
4.根据权利要求1至3之一所述的无人机(100)，其中所述无人机(100)被配置为沿着由波束(114，116)定义的飞行路径(118)飞行，所述两个基站(110，112)使用所述波束(114，116)来发射所述两个宽带信号(106，108)，其中所述波束(114，116)彼此相对。
5.根据权利要求1至4之一所述的无人机(100)，其中所述无人机被配置为根据飞行方向或从用于无人机的导航系统(120)接收的控制信号来调整其飞行高度，所述控制信号包含飞行高度指派信息。
6.根据权利要求5所述的无人机(100)，其中所述无人机(100)包括气压计以便确定其飞行高度。
7.根据权利要求1至6之一所述的无人机(100)，其中所述无人机(100)被配置为基于从用于无人机的导航系统(120)接收的控制信号，在两个基站(110，112)之间的至少两条飞行路径(118_1，118_2)中选出一条飞行路径，所述控制信号包含飞行路径指派信息，其中所述飞行路径(118_1，118_2)中的每一条是由两束波束(114_1，116_1；114_2，116_2)定义的，所述两个基站(110，112)使用所述两束波束发射与相应飞行路径(118_1，118_2)对应的两个宽带信号(106_1，108_1；106_2，108_2)，其中所述两束波束(114_1，116_1；114_2，116_2)彼此相对。
8.根据权利要求7所述的无人机(100)，其中所述无人机被配置为根据飞行方向或从用于无人机的导航系统(120)接收的控制信号来调整在相应飞行路径(118_1，118_2)中的飞行高度，所述控制信号包含飞行高度指派信息。
9.根据权利要求1至8之一所述的无人机(100)，其中所述无人机(100)被配置为从用于无人机的导航系统(120)接收控制信号，所述控制信号包含飞行方向指派信息，其中所述无人机被配置为根据所述飞行方向指派信息调整其飞行方向。
10.一种用于无人机的导航系统(120)，所述导航系统包含：
两个基站(110，112)，被配置为发射时间同步的两个周期性宽带信号(106，108)；
其中所述两个基站(110，112)被适配成使用彼此相对的波束(114，116)发射所述两个周期性宽带信号(106，108)，以便为无人机(100)创建飞行路径(108)。
11.根据权利要求10所述的导航系统(120)，其中所述两个周期性宽带信号(106，108)互为正交。
12.根据权利要求10至11之一所述的导航系统(120)，其中所述波束(114，116)具有10°或更小的波束宽度。
13.根据权利要求10至12之一所述的导航系统(120)，其中所述两个基站(110，112)被配置为在极高的频带中发射所述两个周期性宽带信号(106，108)。
14.根据权利要求10至13之一所述的导航系统(120)，其中所述两个基站(110，112)被配置为使用四束波束(114_1，116_1；114_2，116_2)发射四个时间同步的周期性带宽信号(106_1，108_1；106_2，108_2)，其中所述两个基站的四束波束中的两束波束分别彼此相对，以在所述两个基站(110，112)之间创建两条飞行路径(118_1，118_2)。
15.根据权利要求14所述的导航系统(120)，其中所述导航系统(120)被配置为将控制信号发射给所述无人机(100)，所述控制信号包含向所述无人机(100)指派所述两条飞行路径(118_1，118_2)之一的飞行路径指派信息。
16.根据权利要求10至15之一所述的导航系统(120)，其中所述导航系统(120)被配置为将控制信号发射到所述无人机(100)，所述控制信号包含向所述无人机(100)指派飞行高度的飞行高度指派信息。
17.根据权利要求10至16之一所述的导航系统(120)，其中所述导航系统(120)被配置为将控制信号发射到所述无人机(100)，所述控制信号包含向所述无人机(100)指派飞行方向的飞行方向指派信息。
18.根据权利要求10至17之一所述的导航系统(120)，其中所述导航系统(120)包括中继基站，布置在所述两个基站(110，112)之间的所述飞行路径(118)中并被配置为使用与所述两个基站(110，112)的相应波束(114，116)相对的两束波束(114’，116’)将从所述两个基站(110，112)接收的周期性宽带信号(106，108)重新发射给所述两个基站(110，112)中的相应的另一基站。
19.根据权利要求10至18之一所述的导航系统(120)，其中所述导航系统(120)包含两个另外的基站(132、133)，被配置为使用另外的波束(136、137)发射两个另外的时间同步的周期性宽带信号(134、135)，以便创建另外的飞行路径(138)，
其中所述飞行路径(118)和所述另外的飞行路径(138)互相交叉。
20.一种方法(200)，所述方法包含：
接收(202)从两个间隔开的位置发射的两个周期性宽带信号，其中两个周期性宽带信号是时间同步的；以及
基于所述两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异和基于所述两个周期性宽带信号的接收强度，确定(204)无人机相对于所述两个间隔开的位置的位置。
21.一种方法(210)，所述方法包含：
使用彼此相对的波束从两个间隔开的位置发射(212)两个时间同步的周期性宽带信号，以便为无人机创建飞行路径。
22.一种方法(220)，所述方法包含：
使用彼此相对的波束从间隔开的位置发射(222)时间同步的两个周期性宽带信号，以便为无人机创建飞行路径；
在所述无人机处接收(224)所述两个周期性宽带信号；以及
基于所述两个周期性宽带信号的接收时间之间的差异和基于所述两个周期性宽带信号的接收强度，确定(226)无人机相对于两个间隔开的位置的位置。
23.一种用于执行根据权利要求20至22之一所述的方法的计算机程序。
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