CN110850456A - 一种高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置 - Google Patents

一种高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置 Download PDF

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史晓锋
盖文迪
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Abstract

本发明涉及一种高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置，通过采用RTK地面站获取机场的基准点信息，并根据基准点信息得到机场的差分数据后，将差分数据传输给地面数传电台；地面数传电台接收到差分数据，并将差分数据传输给机载数传电台；机载数传电台将接受到的所述差分数据传输给机载GNSS接收机；机载GNSS接收机获取无人机的实时位置，并根据所接收到的差分数据，对无人机的实时位置进行定位校准，以精确得到所述无人机的位置坐标。然后将所获取的高空无人机的位置坐标发送给民航空管系统，民航空管系统根据高空无人机的位置坐标对高空无人机进行实时监视。

Description

一种高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置
技术领域
本发明涉及无人机定位、监视领域，特别是涉及一种高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置。
背景技术
目前，诸如无人机等运动载体的定位与导航只能依靠GPS和惯性导航系统，但在惯性导航系统中，由于其传感器容易受到外界环境干扰，导致定位精度低。在对无人机进行实时监视的过程中，并不能精确检测得到无人机的准确位置。并且这些系统大多是针对无人机地面站的监视系统，并不能对高空无人机进行实时有效的定位和监视。
因此，提供一种既能精确定位高空无人机，又能完成对高空无人机进行实时监视的系统或装置，是本领域亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置，以能够在精确定位高空无人机的同时，完成对高空无人机的实时监视。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高空无人机定位设备，包括：RTK地面站、机载数传电台、机载GNSS接收机和机载ADS-B应答机；
所述RTK地面站与所述机载数传电台无线连接；所述机载数传电台、机载GNSS接收机和机载ADS-B应答机依次电连接；
所述RTK地面站用于获取机场的基准点信息，并根据所述基准点信息得到所述机场的差分数据后，将所述差分数据传输给所述机载数传电台；
所述机载数传电台用于将接受到的所述差分数据传输给所述机载GNSS接收机；
所述机载GNSS接收机用于将所接收到的差分数据传输给所述机载ADS-B应答机；
所述机载ADS-B应答机用于获取无人机的实时位置，并根据所接收到的差分数据，对无人机的实时位置进行定位校准，得到所述无人机的位置坐标。
可选的，所述RTK地面站包括：
地面数传电台，用于接收所述RTK地面站传入的所述差分数据，并将所述差分数据传输给所述机载数传电台；
GNSS接收机，用于根据所述机场的基准点信息的，得到所述机场的差分数据。
可选的，所述差分数据包括高度、纬度、经度和基准点的差分GPS修正量。
可选的，所述基准点信息包括：高度，纬度和经度。
可选的，所述机载ADS-B应答机的型号为VT-01UAV-X。
一种高空无人机定位方法，应用于上述的高空无人机定位设备中，所述高空无人机定位方法包括：
获取机场的基准点信息；
根据所述基准点信息，确定机场的差分数据；
获取无人机的实时位置，并根据所述机场的差分数据，对所述无人机的实时位置进行定位校准，得到所述无人机的位置坐标。
一种高空无人机监视装置，包括：上述的高空无人机定位设备和民航空管系统；
所述高空无人机定位设备和所述民航空管系统无线连接；
所述高空无人机定位设备，用于获取无人机的位置坐标，并将所述位置坐标发送给所述民航空管系统；所述民航空管系统，用于根据所接收到的无人机的位置坐标，对无人机进行实时监视。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置，通过采用RTK地面站获取机场的基准点信息，并根据基准点信息得到机场的差分数据后，将差分数据传输给地面数传电台；地面数传电台接收到差分数据，并将差分数据传输给机载数传电台；机载数传电台将接受到的所述差分数据传输给机载GNSS接收机；机载GNSS接收机获取无人机的实时位置，并根据所接收到的差分数据，对无人机的实时位置进行定位校准，以精确得到所述无人机的位置坐标。然后将所获取的高空无人机的位置坐标发送给民航空管系统，民航空管系统根据高空无人机的位置坐标对高空无人机进行实时监视。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的高空无人机定位设备的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的高空无人机定位方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的高空无人机监视装置的结构示意图。
附图标记：
1-高空无人机定位设备、11-RTK地面站、12-机载数传电台、13-机载GNSS接收机、14-机载ADS-B应答机、2-民航空管系统。
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。
本发明的目的是提供一种高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置，以能够在精确定位高空无人机的同时，完成对高空无人机的实时监视。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
ADS-B的英文全称为：Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，中文名称为：播式自动相关监视。
RTK的英文全称为：Real - time kinematic，中文名称为：实时动态载波相位差分技术。
GNSS的英文全称为：Global Navigation Satellite System，中文名称为：全球导航卫星系统。
ATM的英文全称为：air traffic management，中文名称为：空中交通管理。
其中，ADS-B主要实施空对空监视。一般情况下，只需机载电子设备(GPS接收机、数据链收发机及其天线、驾驶舱冲突信息显示器CDTI)，不需要任何地面辅助设备即可完成相关功能。装备了ADS-B的飞机可通过数据链广播其自身的精确位置和其它数据(如速度、高度及飞机是否转弯、爬升或下降等)。ADS-B接收机与空管系统、其它飞机的机载ADS-B结合起来，在空地都能提供精确、实时的冲突信息。
ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B的主要信息是飞机的4维位置信息(经度、纬度、高度和时间)和其它可能附加信息(冲突告警信息、飞行员输入信息、航迹角、航线拐点等信息)以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包括一些别的附加信息，如航向、空速、风速、风向和飞机外界温度等。
采用ADS-B监视技术，充分利用无人机的地面站控制平台系统，获取无人机的飞行数据，把无人机的位置、高度、速度等信息进行编码，转换为TIS-B报文以满足民航的数据处理标准，发送给ADS-B数据控制中心，从而实现了民航对无人机的监控。同时，利用ADS-B 地面站，获取地面站作用范围内的载人机的空间数据，与无人机数据进行避碰检测，无人机地面站通过避碰检测结果，对无人机的飞行进行控制，从而实现了无人机避让载人机的目的。
并且，利用ADS-B技术在地面、机场塔台实时监视高空的中大型无人机，有助于机场塔台对机场周边空域飞行器的管制。以及空中民航客机能够及时识别空中无人机，能够保障空中航路的运输安全。
因此，本发明基于ADS-B提供了一种高空无人机定位设备，如图1所示，该高空无人机定位设备包括：RTK地面站11、机载数传电台12、机载GNSS接收机13和机载ADS-B应答机14。
所述RTK地面站11与所述机载数传电台12无线连接。所述机载数传电台12、机载GNSS接收机13和机载ADS-B应答机14依次电连接。
所述RTK地面站11用于获取机场的基准点信息，并根据所述基准点信息得到所述机场的差分数据后，将所述差分数据传输给所述机载数传电台12。其中，差分数据就是基准点的精确定位信息，其主要包括高度、纬度、经度和基准点的差分GPS修正量（差分GPS修正量的具体获取方法请参见http://www.doc88.com/p-6902032311554.html、差分GPS修正量算法的研究，袁翠，2006）。基准点信息包括：高度，纬度和经度。
所述机载数传电台12用于将接受到的所述差分数据传输给所述机载GNSS接收机13。
所述机载GNSS接收机13用于将所接收到的差分数据传输给所述机载ADS-B应答机14。
所述机载ADS-B应答机14用于获取无人机的实时位置，并根据所接收到的差分数据，对无人机的实时位置进行定位校准，得到所述无人机的位置坐标。
其中，所述RTK地面站11包括：地面数传电台和GNSS接收机。
其中，地面数传电台用于接收所述RTK地面站11传入的所述差分数据，并将所述差分数据传输给所述机载数传电台12。
GNSS接收机用于根据所述机场的基准点信息的，得到所述机场的差分数据。
本发明中所采用的机载ADS-B应答机14的型号为VT-01UAV-X，且该型号的ADS-B应答机具有ADS-B OUT功能。
此外，针对上述高空无人机定位设备1，还对应提供了一种高空无人机定位方法，其工作流程如图2所示，所述高空无人机定位方法包括：
S200、获取机场的基准点信息。
S201、根据所述基准点信息，确定机场的差分数据。
S202、获取无人机的实时位置，并根据所述机场的差分数据，对所述无人机的实时位置进行定位校准，得到所述无人机的位置坐标。
而为了对高空无人机进行实时监视，本发明还提供了一种高空无人机监视装置，如图3所示，该监视装置包括：上述高空无人机定位设备1和民航空管系统2。所述高空无人机定位系1和所述民航空管系统2无线连接。
所述高空无人机定位设备1用于获取无人机的位置坐标，并将所述位置坐标发送给所述民航空管系统2。所述民航空管系统2用于根据所接收到的无人机的位置坐标，对无人机进行实时监视。
其中民航空管系统2采用的是ATM技术，也可以将民航空管系统2称为民航ATM系统。
本发明所提供的高空无人机的定位设备、定位方法及监视装置，其具体的工作流程如下：
在机场基准点架设RTK地面站11，将基准点信息输入至RTK地面站11的GNSS接收机中，RTK地面站11的GNSS接收机根据基准点信息得到该位置的差分数据；RTK地面站11的GNSS接收机将差分数据传输至地面数传电台。
在地面数传电台将得到的差分数据发送至机载数传电台12时，需要将地面数传电台与无人机机载数传电台12设置为同一频率。
机载数传电台12将差分数据传输至机载GNSS接收机13，机载GNSS接收机13根据此时飞机的实时位置，利用差分数据对其定位结果进行校正，从而得到飞机的精确定位。
机载GNSS接收机13将差分后的定位数据传输至机载ADS-B应答机14，此时机载ADS-B应答机14中飞机的实时位置便是差分后的精准定位，由于该ADS-B应答机已加入民航空管系统2，此时便可在运输机场塔台及航路航班上实时监视到无人机的位置。
因此，基于本发明所提供的技术方案，其具有以下优点：
1、对于机场塔台，可在塔台ATM空管系统中实时接收到加入ADS-B信息无人机的位置信息，以实时监视无人机飞行动态，确保机场塔台对空中飞行器的管制要求，如发生紧急情况，要求空中无人机避让或返航，塔台可直接与无人机运营人联系，执行相应程序。
2、对于空中民航客机，在其客机的空管系统中也能够实时接收到加入ADS-B信息无人机的位置信息，及时识别空中无人机，保障空中运输航线的安全。一旦无人机出现妨碍客机运输情况，由客机机长向机场塔台通报，塔台进而向无人机运营人发布紧急避让或返航命令。
3、对于无人机运营人，能够及时避让航班，在保证自身安全的同时，切实保障空中安全。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种高空无人机定位设备，其特征在于，包括：RTK地面站、机载数传电台、机载GNSS接收机和机载ADS-B应答机；
所述RTK地面站与所述机载数传电台无线连接；所述机载数传电台、所述机载GNSS接收机和所述机载ADS-B应答机依次电连接；
所述RTK地面站用于获取机场的基准点信息，并根据所述基准点信息得到所述机场的差分数据后，将所述差分数据传输给所述机载数传电台；
所述机载数传电台用于将接受到的所述差分数据传输给所述机载GNSS接收机；
所述机载GNSS接收机用于将所接收到的差分数据传输给所述机载ADS-B应答机；
所述机载ADS-B应答机用于获取无人机的实时位置，并根据所接收到的差分数据，对无人机的实时位置进行定位校准，得到所述无人机的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的一种高空无人机定位设备，其特征在于，所述RTK地面站包括：
地面数传电台，用于接收所述RTK地面站传入的所述差分数据，并将所述差分数据传输给所述机载数传电台；
GNSS接收机，用于根据所述机场的基准点信息，得到所述机场的差分数据。
3.根据权利要求1所述的一种高空无人机定位设备，其特征在于，所述差分数据包括高度、纬度、经度和基准点的差分GPS修正量。
4.根据权利要求1所述的一种高空无人机定位设备，其特征在于，所述基准点信息包括：高度、纬度和经度。
5.根据权利要求1所述的一种高空无人机定位设备，其特征在于，所述机载ADS-B应答机的型号为VT-01UAV-X。
6.一种高空无人机定位方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任意一项所述的高空无人机定位设备中；所述高空无人机定位方法包括：
获取机场的基准点信息；
根据所述基准点信息，确定机场的差分数据；
获取无人机的实时位置，并根据所述机场的差分数据，对所述无人机的实时位置进行定位校准，得到所述无人机的位置坐标。
7.一种高空无人机监视装置，其特征在于，包括：民航空管系统和如权利要求1-5任意一项所述的高空无人机定位设备；所述高空无人机定位设备和所述民航空管系统无线连接；
所述高空无人机定位设备用于获取无人机的位置坐标，并将所述位置坐标发送给所述民航空管系统；所述民航空管系统用于根据所接收到的无人机的位置坐标，对无人机进行实时监视。
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