CN112083736B - 一种无人机跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人机跟踪方法，包括获取无人机机巢位置M0；获取所述无人机机巢上的天线的初始方向T0与正北方向形成的角度θ；获取无人机当前的飞行位置M1；根据所述无人机机巢位置M0和无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0；根据所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0，计算所述无人机机巢位置M0和所述无人机当前的飞行位置M1的连线与所述无人机机巢位置M0沿正北方方向延伸的直线之间的夹角α；根据所述角度θ和夹角α计算所述天线的转动角度β；使所述天线按照所述转动角度β转动到目标方向T1。本发明的无人机跟踪方法可以降低所述无人机失联的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及无人机跟踪技术领域，具体涉及一种无人机跟踪方法。
背景技术
远距离操控无人机时，一般通过无人机机巢上的定向天线对无人机进行通信传输，然而所述无人机的位置会随着飞行而变化，导致所述定向天线对无人机的通信传输十分不稳定，容易导致无人机失联的情况发生。
在失联时，现有技术是通过人工调整所述定向天线的方向，然后再查看所述定向天线与无人机的通信传输情况，无法快速准确地获得最合适的所述定向天线的方向，存在效率极低的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种无人机跟踪方法。
本发明的一个实施例提供一种无人机跟踪方法，包括：
获取无人机机巢位置M0；
获取所述无人机机巢上的天线的初始方向T0与正北方向形成的角度θ；
获取无人机当前的飞行位置M1；
根据所述无人机机巢位置M0和无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0；
根据所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0，计算所述无人机机巢位置M0和所述无人机当前的飞行位置M1的连线与所述无人机机巢位置M0沿正北方方向延伸的直线之间的夹角α；
根据所述角度θ和夹角α计算所述天线的转动角度β；
使所述天线按照所述转动角度β转动到目标方向T1。
相对于现有技术，本发明的无人机跟踪方法基于所述墨卡托坐标，计算出所述天线的转动角度β，使所述天线按照所述转动角度β转动到目标方向T1。从而是所述天线朝向所述无人机的当前位置，提高所述天线与无人机的通信信号的强度，可以降低所述无人机失联的可能性。
进一步，所述无人机机巢位置M0的经纬度坐标为(L0，B0)，所述无人机当前飞行位置的坐标M1为(L1，B1)，所述无人机在墨卡托坐标的X轴上的位移X0的计算公式为：
X0＝log(tan((90+(|L1-L0|))*π/360))*(20037508.34*π)；
所述无人机在墨卡托坐标的Y轴上的位移Y0的计算公式为：
Y0＝(|B1-B0|)*20037508.34/180。
进一步，所述夹角α的计算公式为：
α＝arctan(X0/Y0)；所述天线的转动角度β的计算公式为：β＝α+θ。将经纬度坐标转化成墨卡托坐标并计算出所述天线的转动角度β。
进一步，若所述无人机丢失GPS的时间超过设定的时间阈值，基于失联返航路径、预设无人机失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长，预测所述无人机的当前飞行位置，并将所述预测的所述无人机的当前飞行位置位置代入M1中，并计算所述天线的转动角度β。在所述无人机失联的情况下预测所述无人机的当前飞行位置并计算所述天线的转动角度β，可以快速与失联的所述无人机恢复通信信号。
进一步，实时检测所述天线与所述无人机的通信信号的信号数值，当所述天线与所述无人机的通信信号的信号数值低于预设的信号阈值时，记录所述无人机的当前位置M2，将所述位置M2设置到所述失联返航路径中。合理修正所述失联返航路径，使所述无人机快速回到可以与所述天线良好通信的位置上。
进一步，当所述无人机返航过程中经过所述位置M2时，将所述位置M2代入所述无人机当前飞行位置的位置M1中，并重新计算所述天线的转动角度β。确保所述无人机返航过程中与所述天线保持通信。
进一步，当所述无人机返航过程中经过所述位置M2时，所述天线转动回所述初始方向T0上。防止所述无人机经过所述位置M2后再次失联。确保所述无人机返航过程中与所述天线保持通信。
进一步，所述天线根据所述转动角度β转动时，实时检测所述天线与所述无人机的通信信号的信号值H；
记录所述天线转动过程中与所述无人机的通信信号最强的信号数值H1，并将此时所述天线的方向记为对比方向T2，记录所述天线从对比方向T2转动到所述目标方向T1的转动角度γ；
记录所述天线转动到所述目标方向T1时与所述无人机的通信信号的信号数值H2；
将记录的信号数值H2和H1对比，若所述信号数值H2小于所述信号数值H1，则所述天线反向转动所述转动角度γ的数值，否则所述天线保持在目标方向T1上。根据所述通信信号的信号数值对修正所述天线的最终方向。
进一步，所述获取无人机机巢位置M0，具体包括以下步骤：通过所述无人机机巢上的GPS定位装置获取所述无人机机巢位置M0。可以快速且准确地获取所述无人机机巢位置M0的信息。
进一步，所述根据所述无人机机巢位置M0和无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0，具体包括以下步骤：以所述无人机机巢位置M0为原点建立墨卡托坐标，根据所述无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0。通过以所述无人机机巢位置M0为原点建立墨卡托坐标，简化计算过程。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明一个实施例的无人机跟踪方法的流程图。
图2为本发明一个实施例的无人机跟踪方法的墨卡托坐标示意图。
图3为本发明一个实施例的无人机跟踪方法的步骤S7的流程图。
图4为本发明一个实施例的无人机跟踪方法的步骤S7的墨卡托坐标示意图。
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。
请参阅图1和2，其中，图1为本发明一个实施例的无人机跟踪方法的流程图；图2为本发明一个实施例的无人机跟踪方法的墨卡托坐标示意图。
本发明一个实施例的无人机跟踪方法，包括：
S1：获取无人机机巢位置M0；
S2：获取所述无人机机巢上的天线的初始方向T0与正北方向形成的角度θ；
S3：获取无人机当前的飞行位置M1；
S4：根据所述无人机机巢位置M0和无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0；
S5：根据所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0，计算所述无人机机巢位置M0和所述无人机当前的飞行位置M1的连线与所述无人机机巢位置M0沿正北方方向延伸的直线之间的夹角α；
S6：根据所述角度θ和夹角α计算所述天线的转动角度β；
S7：使所述天线按照所述转动角度β转动到目标方向T1。
所述角度θ是所述天线的初始方向T0与正北方向的夹角，夹角α是所述天线的所述目标方向T1与正北方向的夹角，两者都是以正北方向作为参照，因此所述角度θ和夹角α基于正北方向存在相关性，利用所述所述角度θ和夹角α的值进行简单的加减法运算即可得到所述天线的初始方向T0与所述目标方向T1的夹角角度，即所述转动角度β。
在本实施例中，步骤S1、S2和S3并没有限定的执行顺序，本领域技术人员可以更改所述步骤S1、S2和S3的执行顺序，也可以同时执行所述步骤S1、S2和S3。
在步骤S1中，具体地，通过所述无人机机巢上的GPS定位装置获取所述无人机机巢位置M0。
在步骤S2中，具体地，通过所述无人机机巢上的指南针装置获取正北方向，测量所述无人机机巢上的天线的初始方向T0与正北方向形成的角度θ。
在步骤S3中，具体地，利用所述天线和无人机的通信获得所述无人机上的GPS定位器的数据，从而使所述无人机机巢得到所述无人机当前的飞行位置M1。
在步骤S4中，具体地，建立墨卡托坐标，通过计算公式，利用所述无人机机巢位置M0和所述无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在所述墨卡托坐标的位移信息。其中，所述无人机机巢位置M0的经纬度坐标为(L0，B0)，所述无人机当前飞行位置的坐标M1为(L1，B1)，通过计算公式计算所述无人机在所述墨卡托坐标的X轴上的位移X0和Y轴上的位移Y0：
X0＝log(tan((90+(|L1-L0|))*π/360))*(20037508.34*π)；
Y0＝(|B1-B0|)*20037508.34/180。
优选地，所述步骤4还可以是将所述无人机机巢位置M0设为原点并建立墨卡托坐标，即位置M0在所述墨卡托坐标上为(0，0)，根据所述无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0，其计算公式变为：
X0＝log(tan((90+(|L1|))*π/360))*(20037508.34*π)
Y0＝(|B1|)*20037508.34/180。
在步骤S5中，具体地，将步骤S4计算得到的X0和Y0代入夹角α的计算公式中，从而计算出夹角α的值，所述夹角α的计算公式为：α＝arctan(X0/Y0)；
在步骤S6中，具体地，根据所述步骤S5获得的夹角α和步骤S2获得的角度θ计算出所述天线的转动角度β，其计算公式为：β＝α+θ。
在一个实施例中，所述步骤S3还包括：判断所述无人机丢失GPS的时间是否超过设定的时间阈值，若所述无人机丢失GPS的时间超过设定的时间阈值，则判断所述无人机失联，并基于失联返航路径、预设无人机失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长，预测所述无人机的当前飞行位置，并将所述预测的所述无人机的当前飞行位置位置代入M1中，并计算所述天线的转动角度β。
优选地，在判断所述无人机失联之前，还包括以下步骤：实时检测所述天线与所述无人机的通信信号的信号数值，当所述天线与所述无人机的通信信号的信号数值低于预设的信号阈值时，记录所述无人机的当前位置M2，将所述位置M2设置到所述失联返航路径中。由于在所述位置M2代表了所述无人机与天线的通信信号强度的一个分界位置，当所述无人机返航过程中到达所述位置M2时，所述无人机与天线的通信信号强度已经恢复到预设的信号阈值，有利于提早恢复所述无人机与天线的通信。
进一步地，当所述天线位于所述目标方向T1上，且所述无人机返航过程中经过所述位置M2时，所述天线再次转动，具体地，可以是将所述位置M2代入所述无人机当前飞行位置的位置M1中，并重新计算所述天线的转动角度β；或者所述天线转动回所述初始方向T0上。
当所述天线位于所述目标方向T1上，且所述无人机返航过程中经过所述位置M2时，所述无人机与天线的通信信号强度将再次降低甚至断开通信，通过再次转动所述天线，使所述无人机返航过程与所述天线保持通信，避免所述无人机再次失联。
请参阅图3和图4，在一个实施例中，在步骤S7中，还包括：
S701：所述天线根据所述转动角度β转动时，实时检测所述天线与所述无人机的通信信号的信号值H；
S702：记录所述天线转动过程中与所述无人机的通信信号最强的信号数值H1，并将此时所述天线的方向记为对比方向T2，记录所述天线从对比方向T2转动到所述目标方向T1的转动角度γ；
S703：记录所述天线转动到所述目标方向T1时与所述无人机的通信信号的信号数值H2；
S704：将记录的信号数值H2和H1对比，若所述信号数值H2小于所述信号数值H1，则所述天线反向转动所述转动角度γ的数值到达所述对比方向T2，否则所述天线保持在目标方向T1上。
所述信号数值H可以通过对比某一信号发送时间和接收时间的时间差得到，若所述时间差的值越小，则所述信号数值H越强。也可以通过现有的信号检测装置进行信号数值的计算或判断。
由于所述无人机与天线的通信信号强弱会受到其他条件的影响，如磁场、障碍物等，因此记录所述天线转动过程中与所述无人机的通信信号最强的数值及对比方向T2，并与所述天线在目标方向T1上与所述无人机的通信信号的数值对比，从而判断出所述天线实际与所述无人机通信信号最优的方向是所述目标方向T1还是对比方向T2。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种无人机跟踪方法，其特征在于，包括：
获取无人机机巢位置M0；
获取所述无人机机巢上的天线的初始方向T0与正北方向形成的角度θ；
获取无人机当前的飞行位置M1；
根据所述无人机机巢位置M0和无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0；
根据所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0，计算所述无人机机巢位置M0和所述无人机当前的飞行位置M1的连线与所述无人机机巢位置M0沿正北方方向延伸的直线之间的夹角α；
根据所述角度θ和夹角α计算所述天线的转动角度β；
使所述天线按照所述转动角度β转动到目标方向T1。
2.根据权利要求1所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于：所述无人机机巢位置M0的经纬度坐标为(L0，B0)，所述无人机当前飞行位置的坐标M1为(L1，B1)，所述无人机在墨卡托坐标的X轴上的位移X0的计算公式为：
X0＝log(tan((90+(|L1-L0|))*π/360))*(20037508.34*π)；
所述无人机在墨卡托坐标的Y轴上的位移Y0的计算公式为：
Y0＝(|B1-B0|)*20037508.34/180。
3.根据权利要求2所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于：所述夹角α的计算公式为：α＝arctan(X0/Y0)；所述天线的转动角度β的计算公式为：β＝α+θ。
4.根据权利要求1所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于：若所述无人机丢失GPS的时间超过设定的时间阈值，基于失联返航路径、预设无人机失联返航速度及无人机失联后统计的失联时长，预测所述无人机的当前飞行位置，并将所述预测的所述无人机的当前飞行位置位置代入M1中，并计算所述天线的转动角度β。
5.根据权利要求4所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于：实时检测所述天线与所述无人机的通信信号的信号数值，当所述天线与所述无人机的通信信号的信号数值低于预设的信号阈值时，记录所述无人机的当前位置M2，将所述位置M2设置到所述失联返航路径中。
6.根据权利要求5所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于：当所述无人机返航过程中经过所述位置M2时，将所述位置M2代入所述无人机当前飞行位置的位置M1中，并重新计算所述天线的转动角度β。
7.根据权利要求5所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于：当所述无人机返航过程中经过所述位置M2时，所述天线转动回所述初始方向T0上。
8.根据权利要求1所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于：
所述天线根据所述转动角度β转动时，实时检测所述天线与所述无人机的通信信号的信号值H；
记录所述天线转动过程中与所述无人机的通信信号最强的信号数值H1，并将此时所述天线的方向记为对比方向T2，记录所述天线从对比方向T2转动到所述目标方向T1的转动角度γ；
记录所述天线转动到所述目标方向T1时与所述无人机的通信信号的信号数值H2；
将记录的信号数值H2和H1对比，若所述信号数值H2小于所述信号数值H1，则所述天线反向转动所述转动角度γ的数值，否则所述天线保持在目标方向T1上。
9.根据权利要求1所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于，所述获取无人机机巢位置M0，具体包括以下步骤：通过所述无人机机巢上的GPS定位装置获取所述无人机机巢位置M0。
10.根据权利要求1所述的一种无人机跟踪方法，其特征在于，所述根据所述无人机机巢位置M0和无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0，具体包括以下步骤：以所述无人机机巢位置M0为原点建立墨卡托坐标，根据所述无人机当前飞行位置的坐标M1计算所述无人机在墨卡托坐标的X轴和Y轴上的位移X0和Y0。
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