一种定向天线的无人机跟踪方法及装置
技术领域
本发明涉及无人机通信技术领域,特别是涉及一种定向天线的无人机跟踪方法及装置。
背景技术
随着科技水平的不断发展,无人机技术日益成熟,其应用范围也已从军事领域逐渐扩展至普通的民用领域,如城市道路监控、灾情监控、电网巡检等。目前,一般采用定向天线进行定向天线云台与无人机之间的远距离通信传输。
采用定向天线进行通信传输时,需要获取到无人机的实时位置信息,通过定向天线自动跟踪控制系统解算得到定向天线云台的实时位置,根据无人机的实时位置信息和定向天线云台的实时位置,计算出定向天线偏航电机轴目标角度及俯仰电机轴目标角度,然后控制驱动电机转动,将定向天线偏航电机轴当前角度及俯仰电机轴当前角度分别调整为定向天线偏航电机轴目标角度及俯仰电机轴目标角度,以使定向天线对准无人机,进而实现定向天线云台与无人机之间的通信传输。
但是,当无人机遭遇飞行故障或受到恶劣天气及复杂环境影响时,很有可能发生失联,此时,定向天线无法获取到无人机的实时位置信息,无法将其偏航电机轴当前角度及俯仰电机轴当前角度分别调整为偏航电机轴目标角度及俯仰电机轴目标角度,进而也无法实现定向天线与无人机间的对准,导致不能跟踪无人机方位。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种定向天线的无人机跟踪方法及装置,以实现在无人机失联后,定向天线可以跟踪无人机方位的目的。具体技术方案如下:
第一方面,本发明实施例提供了一种定向天线的无人机跟踪方法,所述方法包括:
在确定无人机失联时,获取所述无人机的返航点的位置信息、所述无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;
基于所述返航点的位置信息及所述失联点的位置信息,确定所述无人机的失联返航路径;
基于所述失联返航路径、所述预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定所述无人机的实时预测位置;
控制所述定向天线指向所述实时预测位置。
进一步的,所述失联点的位置信息为:在所述无人机失联前,最后一次接收到的所述无人机发送的位置信息。
进一步的,所述失联时长为:从所述无人机失联前最后一次接收到所述无人机发送的位置信息的时刻至当前时刻的总时长。
进一步的,所述方法还包括:
获取预设返航高度;
所述基于所述返航点的位置信息、所述失联点的位置信息,确定所述无人机的失联返航路径,包括:
基于所述返航点的位置信息和所述失联点的位置信息,计算所述失联点与所述返航点的相对高度;
根据所述相对高度与所述预设返航高度的大小关系,确定所述无人机的失联返航路径。
进一步的,所述根据所述相对高度与所述预设返航高度的大小关系,确定所述无人机的失联返航路径,包括:
当所述相对高度小于所述预设返航高度时,确定所述无人机的失联返航路径为第一预设返航路径,所述第一预设返航路径由所述失联点、第一过渡点、第二过渡点及所述返航点组成的路径,其中,所述第一过渡点为处于所述失联点正上方、且与所述返航点的相对高度等于所述预设返航高度的位置点;所述第二过渡点为处于所述返航点正上方、且与所述第一过渡点处于同一水平面上的位置点;
或者,
当所述相对高度大于或者等于所述预设返航高度时,确定所述无人机的失联返航路径为第二预设返航路径,所述第二预设返航路径为由所述失联点、第三过渡点及所述返航点组成的路径,其中,所述第三过渡点为处于所述返航点正上方、且与所述失联点处于同一水平面上的位置点。
进一步的,所述基于所述失联返航路径、所述预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定所述无人机的实时预测位置,包括:
根据所述失联返航路径,计算所述返航点与所述失联点的距离矢量:
基于所述失联时长及所述预设失联返航速度,确定所述无人机所处的子路径,所述子路径为所述第一预设返航路径或者所述第二预设返航路径中两个位置点之间的路径;
基于所述返航点与所述失联点的距离矢量以及所述无人机所处的子路径,确定所述无人机的实时预测点与所述返航点间的距离矢量,所述无人机的实时预测点与所述返航点间的距离矢量为所述无人机的实时预测位置。
进一步的,所述控制所述定向天线指向所述实时预测位置,包括:
根据所述实时预测位置,计算所述定向天线的偏航电机轴的第一目标角度及俯仰电机轴的第二目标角度;
将所述定向天线的偏航电机轴的当前角度调整为所述第一目标角度、所述定向天线的俯仰电机轴的当前角度调整为所述第二目标角度。
进一步的,所述无人机的实时预测位置为所述无人机的实时预测点与所述返航点间的距离矢量;
所述根据所述实时预测位置信息,计算定向天线的偏航电机轴的第一目标角度及俯仰电机轴的第二目标角度,包括:
获取定向天线云台的位置信息;
基于所述返航点的位置信息和所述定向天线云台的位置信息,计算所述返航点与所述定向天线云台间的距离矢量;
根据所述返航点与所述定向天线云台间的距离矢量、所述无人机的实时预测点与所述返航点间的距离矢量,计算所述无人机的实时预测位置与所述定向天线云台间的距离矢量;
根据所述无人机的实时预测位置与所述定向天线云台间的距离矢量,计算所述第一目标角度和所述第二目标角度。
第二方面,本发明实施例提供了一种定向天线的无人机跟踪装置,装置包括:定向天线云台导航控制模块、定向天线云台主控处理模块及定向天线云台电机控制模块;
所述定向天线云台主控处理模块,用于在确定无人机失联时,获取所述无人机的返航点的位置信息、所述无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;基于所述返航点的位置信息及所述失联点的位置信息,确定所述无人机的失联返航路径;基于所述失联返航路径、所述预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定所述无人机的实时预测位置;
所述定向天线云台导航控制模块和所述定向天线云台电机控制模块,用于控制所述定向天线指向所述实时预测位置。
进一步的,所述失联点的位置信息为:在所述无人机失联前,最后一次接收到的所述无人机发送的位置信息。
进一步的,所述失联时长为:从所述无人机失联前最后一次接收到所述无人机发送的位置信息的时刻至当前时刻的总时长。
所述定向天线云台主控处理模块,具体用于获取预设返航高度;基于所述返航点的位置信息和所述失联点的位置信息,计算所述失联点与所述返航点的相对高度;根据所述相对高度与所述预设返航高度的大小关系,确定所述无人机的失联返航路径。
进一步的,所述定向天线云台主控处理模块,具体用于当所述相对高度小于所述预设返航高度时,确定所述无人机的失联返航路径为第一预设返航路径,所述第一预设返航路径为由所述失联点、第一过渡点、第二过渡点及所述返航点组成的路径,其中,所述第一过渡点为处于所述失联点正上方、且与所述返航点间的相对高度等于所述预设返航高度的位置点;所述第二过渡点为处于所述返航点正上方、且与所述第一过渡点处于同一水平面上的位置点;或者,当所述相对高度大于或者等于所述预设返航高度时,确定所述无人机的失联返航路径为第二预设返航路径,所述第二预设返航路径为由所述失联点、第三过渡点及所述返航点组成的路径,其中,所述第三过渡点为处于所述返航点正上方、且与所述失联点处于同一水平面上的位置点。
进一步的,所述定向天线云台主控处理模块,具体用于根据所述失联返航路径,计算所述返航点与所述失联点的距离矢量:基于所述失联时长及所述预设失联返航速度,确定所述无人机所处的子路径,所述子路径为所述第一预设返航路径或者所述第二预设返航路径中两个位置点之间的路径;基于所述返航点与所述失联点的距离矢量以及所述无人机所处的子路径,确定所述无人机的实时预测点与所述返航点间的距离矢量,所述无人机的实时预测点与所述返航点间的距离矢量为所述无人机的实时预测位置。
进一步的,所述定向天线云台导航控制模块,具体用于根据所述实时预测位置,计算所述定向天线的偏航电机轴的第一目标角度及俯仰电机轴的第二目标角度;
所述定向天线云台电机控制模块,具体用于将所述定向天线的偏航电机轴的当前角度调整为所述第一目标角度、所述定向天线的俯仰电机轴的当前角度调整为所述第二目标角度。
进一步的,所述无人机的实时预测位置为所述无人机的实时预测点与所述返航点间的距离矢量;
所述定向天线云台导航控制模块,具体用于获取定向天线云台的位置信息;基于所述返航点的位置信息和所述定向天线云台的位置信息,计算所述返航点与所述定向天线云台间的距离矢量;根据所述返航点与所述定向天线云台间的距离矢量、所述无人机的实时预测点与所述返航点间的距离矢量,计算所述无人机的实时位置与所述定向天线云台间的距离矢量;根据所述无人机的实时位置与所述定向天线云台间的距离矢量,计算所述第一目标角度和所述第二目标角度。
第三方面,本发明实施例提供了一种定向天线云台,包括定向天线、俯仰电机、偏航电机、处理器和存储器,其中,
存储器,用于存放计算机程序;
处理器,用于执行所述存储器上所存放的程序时,实现上述任一定向天线的无人机跟踪方法,实现驱动所述俯仰电机和所述偏航电机,将所述俯仰电机轴当前角度调整为所述俯仰电机轴目标角度、将所述偏航电机轴当前角度调整为所述偏航电机轴目标角度,以使所述定向天线与所述无人机对准;
所述定向天线,用于通过发射射频信号,与所述无人机进行通信传输。
第四方面,本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有指令,当其在计算机上运行时,使得计算机执行上述任一定向天线的无人机跟踪方法。
本发明实施例提供的一种定向天线的无人机跟踪方法及装置,在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;基于返航点的位置信息、失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径;基于失联返航路径、预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定无人机的实时预测位置;控制所述定向天线指向所述实时预测位置。在无人机失联后,根据返航点的位置信息及失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径,再根据失联返航路径确定出无人机在的实时预测位置,再控制定向天线指向所述实时预测位置。在本发明实施例中,基于得到的无人机实时预测位置,可以在无法获取无人机实时位置信息的情况下,控制定向天线指向所述实时预测位置,即可以使定向天线对准无人机,从而达到跟踪无人机方位的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的定向天线的无人机跟踪方法的流程示意图;
图2为本发明另一实施例提供的定向天线的无人机跟踪方法的流程示意图;
图3为本发明一实施例提供的无人机的失联返航路径示意图;
图4为本发明实施例提供的定向天线的无人机跟踪装置的结构示意图;
图5本发明实施例提供的定向天线云台的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了实现在无人机失联后,定向天线可以跟踪无人机方位的目的,本发明实施例提供了一种定向天线的无人机跟踪方法、装置及定向天线云台。
下面对本发明实施例所提供的一种定向天线的无人机跟踪方法进行介绍。
如图1所示,本发明实施例所提供的一种定向天线的无人机跟踪方法,具体可以包括如下步骤:
步骤101,在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度。
预设失联返航速度及无人机返航点的位置信息可以是在无人机出厂时就设置好的参数,也可以是在无人机每次执行飞行任务之前,由定向天线云台针对本次任务设置的。当上述参数为定向天线云台针对每次飞行任务设定的时,其设定过程为:在无人机开始执行飞行任务时,定向天线云台与无人机之间会建立通信,此时,定向天线云台会将无人机返航点的位置信息及预设的失联返航速度传输至无人机,无人机在接收到上述信息后,会按照上述参数进行系统参数设置,并在设置成功后,将无人机返航点的位置信息及预设的失联返航速度回传至定向天线云台,定向天线云台在接收到无人机实时位置信息、无人机返航点的位置信息及预设的失联返航速度后,会对上述信息进行存储。
进一步的,失联点的位置信息为:在无人机失联前,最后一次接收到的无人机发送的位置信息。
进一步的,失联时长为:从无人机失联前最后一次接收到无人机发送的位置信息的时刻至当前时刻的总时长。
正常情况下,无人机在飞行过程中每隔固定时间段T1会向定向天线云台发送一次无人机实时位置信息,当定向天线云台在某预设时间段T2(T2>T1)内未接收到无人机的实时位置信息时,则判断为无人机已经失联,此时,定向天线云台会将最后一次接收到的无人机的实时位置信息确定为无人机的失联点位置信息,最后一次接收到无人机实时位置信息的时刻确定为无人机的失联时刻,从失联时刻起至当前时刻的总时长即为失联时长。
步骤102,基于返航点的位置信息、失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径。
无人机失联返航路径一般是在无人机执行飞行任务之前设定好的,并且可以与上述返航点及无人机失联点之间的相对位置关系有关。
步骤103,基于失联返航路径、预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定无人机的实时预测位置。
无人机失联后,在失联返航路径已知的情况下,会按照该失联返航路径,以预设失联返航速度匀速飞行至返航点,因此,可以根据步骤102中确定出的失联返航路径、返航点的位置信息、失联点的位置信息、预设失联返航速度及统计的无人机的失联时长,确定无人机的实时预测位置。
步骤104,控制定向天线指向实时预测位置。
实时预测位置可以是无人机在某一预设坐标系中的坐标信息,也可以是无人机实时预测位置相对于某一已知位置(如返航点或者定向天线云台等)在某一预设坐标系中的距离矢量(该距离矢量既能表示两个位置间的距离大小,同时还可以表示两个位置间的相对位置关系),对此,不作限定。例如,当根据步骤103得到无人机的实时预测位置为在东北天坐标系(原点在定向天线云台处)中的坐标为(0,0,100)时,此时可以直接通过上述坐标信息,控制定向天线指向实时预测位置。
进一步的,可以具体通过如下步骤,控制定向天线指向实时预测位置:
根据实时预测位置,计算定向天线的偏航电机轴的第一目标角度及俯仰电机轴的第二目标角度;
将定向天线的偏航电机轴的当前角度调整为第一目标角度、定向天线的俯仰电机轴的当前角度调整为第二目标角度。
驱动定向天线转动的电机有两个:俯仰电机和偏航电机,俯仰电机控制定向天线俯仰方向的转动;偏航电机控制定向天线偏航方向的转动。定向天线的偏航电机轴的第一目标角度为在偏航方向上,定向天线云台与无人机实时预测位置的连线与第一基准轴之间的夹角;定向天线的俯仰电机轴的第一目标角度为在俯仰方向上,定向天线云台与无人机实时预测位置的连线与第二基准轴之间的夹角。
将定向天线的偏航电机轴的当前角度调整为第一目标角度、定向天线的俯仰电机轴的当前角度调整为第二目标角度,此时,即完成了定向天线与无人机之间的对准操作。
进一步的,无人机的实时预测位置可以为无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量,由于定向天线的偏航电机轴的第一目标角度及俯仰电机轴的第二目标角度均为与无人机的实时预测位置及定向天线云台间的距离矢量有关的物理量,因此,可以根据定向天线云台的位置信息和返航点的位置信息,计算出返航点与定向天线云台间的距离矢量,通过矢量运算,计算出无人机的实时预测位置与定向天线云台间的距离矢量,进而得到定向天线的偏航电机轴的第一目标角度及俯仰电机轴的第二目标角度。
进一步的,上述距离矢量均可以为在东北天坐标系中的距离矢量,在本实施例中,东北天坐标系为以返航点为坐标系原点O,Z轴与地球椭球法线重合,向上为正(U向),Y轴与椭球短半轴重合(N向),X轴与地球椭球的长半轴重合(E向)所构成的直角坐标系。
此时,基于返航点的位置信息和定向天线云台的位置信息,可以采用如下第一几何关系式,计算返航点与定向天线云台在东北天坐标系中的距离矢量,第一几何关系式为:
根据返航点与定向天线云台间的距离矢量、无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量,可以采用第二几何关系式,计算无人机的实时预测位置与定向天线云台间的距离矢量,第二几何关系式为:
其中,RE为地球半径常量;(lgtuav_back,latuav_back,altuav_back)为无人机的返航点的位置信息、lgtuav_back为返航点的经度、latuav_back为返航点的纬度、altuav_back为返航点的高度;(lgtta,latta,altta)为定向天线云台的位置信息、lgtta为定向天线云台的经度、latta为定向天线云台的纬度、altta为定向天线云台的高度;(DE,DN,DU)为无人机的实时预测位置与返航点在东北天坐标系中的距离矢量、DE为无人机的实时预测位置与返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN为无人机的实时预测位置与返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU为无人机的实时预测位置与返航点在东北天坐标系的U向垂直距离;(PE,PN,PU)为返航点和定向天线云台位置在东北天坐标系中的距离矢量、PE为返航点和定向天线云台位置在东北天坐标系的E向水平距离、PN为返航点和定向天线云台位置在东北天坐标系的N向水平距离、PU为返航点和定向天线云台位置在东北天坐标系的U向垂直距离;(DPE,DPN,DPU)为无人机的实时预测位置与定向天线云台位置在东北天坐标系中的距离矢量、DPE为无人机的实时预测位置与定向天线云台位置在东北天坐标系的E向水平距离、DPN为无人机的实时预测位置与定向天线云台位置在东北天坐标系的N向水平距离、DPU为无人机的实时预测位置与定向天线云台位置在东北天坐标系的U向垂直距离。
可以采用如下目标角度计算公式,计算第一目标角度和第二目标角度:
其中:θyaw、θpitch分别为定向天线的偏航电机轴目标角度和俯仰电机轴目标角度;(DPE,DPN,DPU)为无人机的实时预测位置与定向天线云台位置在东北天坐标系中的距离矢量、DPE为无人机的实时预测位置与定向天线云台位置在东北天坐标系的E向水平距离、DPN为无人机的实时预测位置与定向天线云台位置在东北天坐标系的N向水平距离、DPU为无人机的实时预测位置与定向天线云台位置在东北天坐标系的U向垂直距离。
进一步的,为了将定向天线的偏航电机轴的当前角度调整为第一目标角度、定向天线的俯仰电机轴的当前角度调整为第二目标角度,可以计算出定向天线的偏航电机轴转动角度和俯仰电机轴转动角度,然后分别控制偏航电机轴和俯仰电机轴转动对应角度,即可达到将偏航电机轴的当前角度调整为第一目标角度、定向天线的俯仰电机轴的当前角度调整为第二目标角度的目的。
在本步骤中,可以采用如下角度变换关系,计算定向天线的偏航电机轴转动角度和定向天线的俯仰电机轴转动角度:
其中,φyaw、φpitch分别为定向天线的偏航电机轴转动角度和俯仰电机轴转动角度;θyaw、θpitch分别为定向天线的偏航电机轴目标角度和俯仰电机轴目标角度;ψyaw、ψpitch分别为定向天线的偏航电机轴当前角度和俯仰电机轴当前角度;为定向天线的俯仰电机轴码盘角度。
在本发明实施例提供的图1所示的定向天线的无人机跟踪方法中,在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;基于返航点的位置信息、失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径;基于失联返航路径、预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定无人机的实时预测位置;控制定向天线指向实时预测位置。在无人机失联后,根据返航点的位置信息及失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径,再根据失联返航路径确定出无人机在的实时预测位置,再控制定向天线指向实时预测位置。在本发明实施例中,基于得到的无人机实时预测位置,可以在无法获取无人机实时位置信息的情况下,控制定向天线指向实时预测位置,即可以使定向天线对准无人机,从而达到跟踪无人机方位的目的。
下面结合图2,对本发明实施例提供的另一种定向天线的无人机跟踪方法进行介绍,具体可以包括如下步骤:
步骤201,在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度。
步骤201中的内容对应于步骤101中的具体内容,在此不再赘述。
步骤202,获取预设返航高度;
步骤203,基于无人机的返航点的位置信息和无人机的失联点的位置信息,计算失联点与返航点的相对高度。
当无人机的返航路径与失联点和返航点间的相对高度有关时,可以先计算出无人机的失联点与返航点的相对高度,然后通过相对高度与预设返航高度的大小关系,确定出无人机的失联返航路径,以便后续对无人机实时位置的预测。
步骤204,当相对高度小于预设返航高度时,确定无人机的失联返航路径为第一预设返航路径;当相对高度大于或者等于预设返航高度时,确定无人机的失联返航路径为第二预设返航路径。
其中,第一预设返航路径为由失联点、第一过渡点、第二过渡点及返航点组成的路径,其中,第一过渡点为处于失联点正上方、且与返航点间的相对高度等于预设返航高度的位置点;第二过渡点为处于返航点正上方、且与第一过渡点处于同一水平面上的位置点。更进一步的,结合图3所示,当失联点为(207)时,失联点(207)与返航点(202)的相对高度小于预设返航高度H,此时,无人机的失联返航路径可以为由失联点(207)、第一过渡点(206)(该点与返航点(202)的相对高度等于预设返航高度)、第二过渡点(203)(该点在返航点(202)的正上方,且与第一过渡点(206)处于同一水平面上)及返航点(202)组成的路径。
上述第一预设轨迹由上述几个位置点(失联点、第一过渡点、第二过渡点及返航点)组成,具体的,可以是以任意一种飞行过程从第一过渡点到达第二过渡点,例如,可以是按照半圆形路径飞行至第二过渡点,也可以是按照某种弧形路径飞行至第二过渡点,在此,对第一预设轨迹的具体飞行过程不作限定。
第二预设返航路径为由失联点、第三过渡点及返航点组成的路径,其中,第三过渡点为处于返航点正上方、且与失联点处于同一水平面上的位置点。更进一步的,结合图3所示,当失联点为(208)时,失联点(208)与返航点(202)的相对高度大于预设返航高度H,此时,无人机的失联返航路径为由失联点(208)、第三过渡点(204)(该点在返航点(202)的正上方,且与失联点(208)处于同一水平面上)及返航点(202)组成的路径。
与第一预设轨迹类似,上述第二预设轨迹也可以是以任意一种飞行过程从失联点到达第三过渡点,例如,可以是按照半圆形路径飞行至第三过渡点,也可以是按照某种弧形路径飞行至第三过渡点,在此,对第二预设轨迹的具体飞行过程不作限定。
步骤205,根据失联返航路径,计算返航点与失联点的距离矢量。
进一步的,可以采用第三几何关系式,根据失联返航路径,计算返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量,第三几何关系式为:
其中,RE为地球半径常量;(lgtuav_back,latuav_back,altuav_back)为无人机的返航点的位置信息、lgtuav_back为返航点的经度、latuav_back为返航点的纬度、altuav_back为返航点的高度;(lgtuav_loss,latuav_loss,altuav_loss)为失联点的位置信息、lgtuav_loss为失联点的经度、latuav_loss为失联点的纬度、altuav_loss为失联点的高度;(DE0,DN0,DU0)为返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、DE0为失联点和返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN0为失联点和返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU0为失联点和返航点在东北天坐标系的U向垂直距离。
步骤206,基于失联时长及预设失联返航速度,确定无人机所处的子路径。
其中,子路径为第一预设返航路径或者第二预设返航路径中两个位置点之间的路径。
本步骤中位置点包括:失联点、第一过渡点、第二过渡点、第三过渡点及返航点。
具体的,第一预设返航路径可以包括:失联点与第一过渡点间的第一子路径、第一过渡点与第二过渡点间的第二子路径及第二过渡点与返航点间的第三子路径;第二预设返航路径可以包括:失联点与第三过渡点间的第四子路径和第三过渡点与返航点间的第五子路径。
进一步的,当失联返航路径为第一预设返航路径时,可以采用如下步骤,确定无人机在第一预设路径中所处的子路径:
基于第一预设返航路径,计算无人机从失联点飞行至第一过渡点所需的第一时长、从失联点飞行至第二过渡点所需的第二时长及从失联点飞行至返航点的第三时长;
若失联时长小于或者等于第一时长,则确定无人机在第一预设路径中所处的子路径为第一子路径;
若失联时长大于第一时长、且小于或者等于第二时长,则确定无人机在第一预设路径中所处的子路径为第二子路径;
若失联时长大于第二时长、且小于第三时长,则确定无人机在第一预设路径中所处的子路径为第三子路径。
相应地,当失联返航路径为第二预设返航路径时,可以采用如下步骤,确定无人机在第二预设路径中所处的子路径:
基于第二预设返航路径,计算无人机从失联点飞行至第三过渡点所需的第四时长及从失联点飞行至返航点所需的第五时长;
若失联时长小于或者等于第四时长,则确定无人机在第二预设路径中所处的子路径为第四子路径;
若失联时长大于第四时长、小于第五时长,则确定无人机在第二预设路径中所处的子路径为第五子路径。
步骤207,基于返航点与失联点的距离矢量以及无人机所处的子路径,确定无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量。
其中,无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量即为无人机的实时预测位置。
进一步的,当无人机所处的子路径为第一子路径时,可以采用第四几何关系式,基于返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、预设失联返航速度及失联时长,确定无人机的实时预测点与返航点间在东北天坐标系中的距离矢量,第四几何关系式为:
其中,(DE0,DN0,DU0)为返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、DE0为失联点和返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN0为失联点和返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU0为失联点和返航点在东北天坐标系的U向垂直距离;v为预设失联返航速度;Δt为失联时长;(DE,DN,DU)为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的距离矢量、DE为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU分别为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的U向垂直距离。
当无人机所处的子路径为第二子路径时,可以采用第五几何关系式,基于返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、预设失联返航速度、失联时长及预设返航高度,确定无人机的实时预测点与返航点间在东北天坐标系中的距离矢量,第五几何关系式为:
其中,(DE0,DN0,DU0)为返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、DE0为失联点和返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN0为失联点和返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU0为失联点和返航点在东北天坐标系的U向垂直距离;v为预设失联返航速度;Δt为失联时长;(DE,DN,DU)为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的距离矢量、DE为无人机的实时位置与返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU分别为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的U向垂直距离;H为预设返航高度。
当无人机所处的子路径为第三子路径时,可以采用第六几何关系式,基于预设失联返航速度、失联时长及预设返航高度,确定无人机的实时预测点与返航点间在东北天坐标系中的距离矢量,第六几何关系式为:
其中,(DE,DN,DU)为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的距离矢量、DE为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU分别为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的U向垂直距离;H为预设返航高度;v为预设失联返航速度;Δt为失联时长。
当无人机所处的子路径为第四子路径时,可以采用第七几何关系式,基于返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、预设失联返航速度及失联时长,确定无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的距离矢量,第七几何关系式为:
其中,其中,(DE0,DN0,DU0)为返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、DU0为失联点和返航点在东北天坐标系的U向垂直距离;v为预设失联返航速度;Δt为失联时长;(DE,DN,DU)为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的距离矢量、DE为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN为为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的U向垂直距离。
当无人机所处的子路径为第五子路径时,可以采用第八几何关系式,则基于返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、预设失联返航速度及失联时长,确定无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的距离矢量,第八几何关系式为:
其中,(DE,DN,DU)为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系中的距离矢量、DE为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的E向水平距离、DN为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的N向水平距离、DU为无人机的实时预测点与返航点在东北天坐标系的U向垂直距离;v为预设失联返航速度;Δt为失联时长;(DE0,DN0,DU0)为返航点与失联点在东北天坐标系中的距离矢量、DU0为失联点和返航点在东北天坐标系的U向垂直距离。
步骤208,控制定向天线指向实时预测位置。
本步骤中的内容对应于步骤104中的具体内容,在此不再赘述。
在本发明实施例提供的图2所示的定向天线的无人机跟踪方法中,在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息、预设失联返航速度及预设返航高度;基于无人机的返航点的位置信息和无人机的失联点的位置信息,计算失联点与返航点的相对高度,进而确定无人机所处的子路径;基于返航点与失联点的距离矢量以及无人机所处的子路径,确定无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量,其中,无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量即为无人机的实时预测位置;控制定向天线指向实时预测位置。本发明实施例中,基于得到的无人机实时预测位置,可以在无法获取无人机实时位置信息的情况下,控制定向天线指向实时预测位置,即可以使定向天线对准无人机,从而达到跟踪无人机方位的目的。
基于同一发明构思,根据本发明上述实施例提供的一种定向天线的无人机跟踪方法,相应地,本发明实施例提供了一种定向天线的无人机跟踪装置,其结构示意图如图4所示,包括:定向天线云台主控处理模块301、定向天线云台导航控制模块302、及定向天线云台电机控制模块303;
定向天线云台主控处理模块301,用于在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;基于返航点的位置信息、失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径;基于失联返航路径、预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定无人机的实时预测位置;
定向天线云台导航控制模块302和定向天线云台电机控制模块303,用于控制定向天线指向实时预测位置。
进一步的,失联点的位置信息为:在无人机失联前,最后一次接收到的无人机发送的位置信息。
进一步的,失联时长为:从无人机失联前最后一次接收到无人机发送的位置信息的时刻至当前时刻的总时长。
进一步的,定向天线云台主控处理模块301,具体用于获取预设返航高度;基于返航点的位置信息和失联点的位置信息,计算失联点与返航点的相对高度;根据相对高度与预设返航高度的大小关系,确定无人机的失联返航路径。
进一步的,定向天线云台主控处理模块301,具体用于当相对高度小于预设返航高度时,确定无人机的失联返航路径为第一预设返航路径,第一预设返航路径为由失联点、第一过渡点、第二过渡点及返航点组成的路径,其中,第一过渡点为处于失联点正上方、且与返航点间的相对高度等于预设返航高度的位置点;第二过渡点为处于返航点正上方、且与第一过渡点处于同一水平面上的位置点;或者,当相对高度大于或者等于预设返航高度时,确定无人机的失联返航路径为第二预设返航路径,第二预设返航路径为由失联点、第三过渡点及返航点组成的路径,其中,第三过渡点为处于返航点正上方、且与失联点处于同一水平面上的位置点。
进一步的,定向天线云台主控处理模块301,具体用于根据失联返航路径,计算返航点与失联点的距离矢量:基于失联时长及预设失联返航速度,确定无人机所处的子路径,子路径为第一预设返航路径或者第二预设返航路径中两个位置点之间的路径;基于返航点与失联点的距离矢量以及无人机所处的子路径,确定无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量,无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量为无人机的实时预测位置。
进一步的,定向天线云台导航控制模块302,具体用于根据实时预测位置,计算定向天线的偏航电机轴的第一目标角度及俯仰电机轴的第二目标角度;
定向天线云台电机控制模块303,具体用于将定向天线的偏航电机轴的当前角度调整为第一目标角度、定向天线的俯仰电机轴的当前角度调整为第二目标角度。
进一步的,无人机的实时预测位置可以为无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量;
定向天线云台导航控制模块302,具体用于获取定向天线云台的位置信息;基于返航点的位置信息和定向天线云台的位置信息,计算返航点与定向天线云台间的距离矢量;根据返航点与定向天线云台间的距离矢量、无人机的实时预测点与返航点间的距离矢量,计算无人机的实时位置与定向天线云台间的距离矢量;根据无人机的实时位置与定向天线云台间的距离矢量,计算第一目标角度和第二目标角度。
在发明实施例提供的定向天线的无人机跟踪装置中,定向天线云台主控处理模块301在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;基于返航点的位置信息、失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径;基于失联返航路径、预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定无人机的实时预测位置;定向天线云台导航控制模块302和定向天线云台电机控制模块303,用于控制定向天线指向实时预测位置。本发明实施例中,基于得到的无人机实时预测位置,可以在无法获取无人机实时位置信息的情况下,控制定向天线指向实时预测位置,即可以使定向天线对准无人机,从而达到跟踪无人机方位的目的。
基于同一发明构思,根据本发明上述实施例提供的定向天线的无人机跟踪方法,相应地,本发明实施例还提供了一种定向天线云台,如图5所示,包括定向天线401、俯仰电机402、偏航电机403、处理器404和存储器405,其中,
驱动定向天线401转动的电机有两个:俯仰电机402和偏航电机403,俯仰电机402控制定向天线401俯仰方向的转动;偏航电机403控制定向天线401偏航方向的转动。
存储器405,用于存放计算机程序;
处理器404,用于执行存储器上所存放的程序时,实现权利要求1-8任一的方法步骤,实现驱动俯仰电机和偏航电机,将俯仰电机轴当前角度调整为俯仰电机轴目标角度、将偏航电机轴当前角度调整为偏航电机轴目标角度,以使定向天线与无人机对准。
定向天线,用于通过发射射频信号,与无人机进行通信传输。
例如,可以包括如下步骤:
在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;
基于返航点的位置信息、失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径;
基于失联返航路径、预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定无人机的实时预测位置;
控制定向天线指向实时预测位置。
进一步的,还可以包括本发明实施例提供的定向天线的无人机跟踪方法中的其他处理流程,在此不再进行详细描述。存储器可以包括随机存取存储器(英文:RandomAccessMemory,简称:RAM),也可以包括非易失性存储器(英文:Non-volatile Memory,简称:NVM),例如至少一个磁盘存储器。进一步的,存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器,包括中央处理器(英文:Central ProcessingUnit,简称:CPU)、网络处理器(英文:Network Processor,简称:NP)等;还可以是数字信号处理器(英文:Digital Signal Processor,简称:DSP)、专用集成电路(英文:ApplicationSpecific Integrated Circuit,简称:ASIC)、现场可编程门阵列(英文:Field-Programmable Gate Array,简称:FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
上述处理器404和存储器405可以通过地址总线、数据总线、控制总线等通信总线连接,通信总线可以是外设部件互连标准(英文:Peripheral Component Interconnect,简称:PCI)总线或扩展工业标准结构(英文:Extended Industry Standard Architecture,简称:EISA)总线等。电子设备可以通过通信接口与其他外部设备进行通信。
当然,上述处理器404和存储器405之间、定向天线云台和其他外部设备之间还可以通过无线模块的无线连接方式进行通信。
本发明实施例提供的定向天线云台中,其采用的方法为:在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;基于返航点的位置信息、失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径;基于失联返航路径、预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定无人机的实时预测位置;控制定向天线指向实时预测位置。在无人机失联后,根据返航点的位置信息及失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径,再根据失联返航路径确定出无人机在的实时预测位置,再控制定向天线指向实时预测位置。在本发明实施例中,基于得到的无人机实时预测位置,可以在无法获取无人机实时位置信息的情况下,控制定向天线指向实时预测位置,即可以使定向天线对准无人机,从而达到跟踪无人机方位的目的。
在本发明提供的又一实施例中,还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有指令,当其在计算机上运行时,使得计算机执行上述实施例中任一上述的定向天线的无人机跟踪方法。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质中,其采用的方法为:在确定无人机失联时,获取无人机的返航点的位置信息、无人机的失联点的位置信息及预设失联返航速度;基于返航点的位置信息、失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径;基于失联返航路径、预设失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长,确定无人机的实时预测位置;控制定向天线指向实时预测位置。在无人机失联后,根据返航点的位置信息及失联点的位置信息,确定无人机的失联返航路径,再根据失联返航路径确定出无人机在的实时预测位置,再控制定向天线指向实时预测位置。在本发明实施例中,基于得到的无人机实时预测位置,可以在无法获取无人机实时位置信息的情况下,控制定向天线指向实时预测位置,即可以使定向天线对准无人机,从而达到跟踪无人机方位的目的。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个......”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于装置、定向天线云台以及存储介质实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。