CN113157004A - 一种基于uwb的无人机辅助降落方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上述基于UWB的无人机辅助降落方法及系统，检测到无人机飞入起降平台上的两个不同位置的UWB信号源的信号区域；以无人机的两个不同的接收位置分别接收两个UWB信号源所发出的信号，以得出每个接收位置与每个UWB信号源的直线距离；根据直线距离、接收位置相对起降平台的竖直高度及两个UWB信号源的间距，筛出预设降落位置的两种可能目标位置；然后控制无人机朝向两种目标位置中的一者飞行，通过检测无人机相对两个UWB信号源的距离变化，找到预设降落位置。采用上述方法，仅需起降平台上配置两个UWB信号源即可，并且能够准确找到预设降落位置，大大降低了成本的耗费。

Description

一种基于UWB的无人机辅助降落方法及系统

技术领域

本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种基于UWB的无人机辅助降落方法及系统。

背景技术

当前的无人机自主降落到指定平台主要通过对降落点预设图案进行识别，相应的设备存在识别距离近，受光线、沙尘等影响较大等缺点，对降落精度有一定影响，容易出现降落位置不准确的问题。

目前也有基于UWB的无人机辅助降落方式，但是一般都至少布置3个或者3个以上的UWB模块才能实现无人机的准确降落，成本相对较高。

综上所述，如何解决基于UWB的无人机辅助降落耗费成本较高的问题已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于UWB的无人机辅助降落方法及装置，以解决基于UWB的无人机辅助降落耗费成本较高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于UWB的无人机辅助降落方法，该方法用于无人机降落至起降平台时辅助无人机找到预设降落位置，具体按照以下步骤辅助无人机找到预设降落位置：

检测到无人机飞入起降平台上的两个不同位置的UWB信号源的信号区域；

以无人机的两个不同的接收位置分别接收两个所述UWB信号源所发出的信号，以得出每个所述接收位置与每个所述UWB信号源的直线距离；

根据所述直线距离、所述接收位置相对所述起降平台的竖直高度及两个所述UWB信号源的间距，即可得出所述预设降落位置的两种可能目标位置；

从两种可能目标位置中筛选出无人机的预设降落位置：控制无人机朝向两种目标位置中的一者飞行，并检测无人机相对两个所述UWB信号源的距离，若距离均缩小，则判定当前飞行的目标位置为预设降落位置；若距离均变大，则判定另一目标位置为预设降落位置。

优选地，两个不同的接收位置为设置于所述无人机的两个不同位置的接收器，且所述无人机处于飞行状态下，两个所述接收器向水平地面的投影位置不同。

优选地，两个所述接收器分别设置于所述无人机的机身的头部和尾部。

优选地，两个所述接收器分别设置于所述无人机的机身两侧的主翼的远端。

优选地，两个所述接收器分别设置于分别设置于所述无人机的对角机臂。

优选地，两个不同的接收位置为设置于所述无人机的一个接收器在无人机向前飞行的两个不同的飞行位置。

优选地，所述预设降落位置为以两个所述UWB信号源作为端点的连线上的任意一点的位置。

优选地，所述预设降落位置为以两个所述UWB信号源作为端点的连线的中点位置。

优选地，所述预设降落位置为以两个所述UWB信号源作为端点的连线向所述连线的任意一端延伸预设距离后的预设点位置。

相比于背景技术介绍内容，上述基于UWB的无人机辅助降落方法，辅助无人机寻找预设降落位置的具体过程：检测到无人机飞入起降平台上的两个不同位置的UWB信号源的信号区域；以无人机的两个不同的接收位置分别接收两个UWB信号源所发出的信号，以得出每个接收位置与每个UWB信号源的直线距离；根据直线距离和接收位置相对起降平台的竖直高度，即可得出两个接收位置相对于两个UWB信号源在起降平台所在平面的投影距离，分别以两个不同接收位置为圆心，对应的投影距离为半径作圆，通过两圆交点即可确定出两个UWB信号源可能的四种情况，由于两个UWB信号源的间距已知，即可筛出两个UWB信号源的两种可能目标位置，也即筛出预设降落位置的两种可能目标位置；然后控制无人机朝向两种目标位置中的一者飞行，并检测无人机相对两个UWB信号源的距离，若距离均缩小，则判定当前飞行的目标位置为预设降落位置；若距离均变大，则判定另一目标位置为预设降落位置。采用上述无人机辅助降落方法，仅需起降平台上配置两个UWB信号源即可，并且能够准确找到预设降落位置，大大降低了成本的耗费。

另外，本发明还提供了一种基于UWB的无人机辅助降落系统，该系统包括配备于无人机的接收器和处理器，所述接收器用于接收起降平台的两个UWB信号源所发出的信号，所述处理器用于按照上述任一方案所描述的基于UWB的无人机辅助降落方法得出无人机的预设降落位置。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的无人机向起降平台上预设降落位置飞行的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的无人机上配备两个接收器时确定预设降落位置的两种可能目标位置的示意图；

图3为本发明实施例中提供的无人机上配备一个接收器向前飞行的两个不同飞行位置下确定预设降落位置的两种可能目标位置的示意图。

图1-图3中，

无人机1、起降平台2、预设降落位置3、UWB信号源4。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于UWB的无人机辅助降落方法及装置，以解决基于UWB的无人机辅助降落耗费成本较高的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了本领域技术人员更好的理解本发明的设计初衷，下面对无人机降落的一些通用技术进行简要介绍：

通常无人机起降平台设置多个(2个或以上)UWB发射信号源，向外持续发送信号。无人机安装有接收装置，通过接收各个信号源发射的信号，计算距离各个信号源的距离，该距离是指在起降平台所在平面的投影距离。需要说明的是，除特别指明(比如，A与B的直线距离等)外，下文中出现的单独“距离”一词均指起降平面内的投影距离。

在常规降落模式下，各个UWB信号源的坐标已知，并已装订在无人机2的飞控系统中，预设降落点位于各个信号源的中心位置，与各个信号源等距。无人机完成任务，通过GPS导航到达预设降落点附近时，通过接收信号计算与各个UWB信号源的距离。当观测到与各个信号源距离不等时，无人机向距离较远的信号源靠近，直至与各个信号源等距后再执行降落动作，以修正GPS等导航系统的定位误差。

但当无人机位于室内、GPS信号不佳、拟将无人机降落在运动中的平台时，很难依赖GPS等系统的准确定位降落。

为此，如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种基于UWB的无人机辅助降落方法，该方法用于无人机1降落至起降平台2时辅助无人机1找到预设降落位置3，具体按照以下步骤辅助无人机1找到预设降落位置3：检测到无人机1飞入起降平台2上的两个不同位置的UWB信号源4的信号区域；以无人机1的两个不同的接收位置分别接收两个UWB信号源4所发出的信号，以得出每个接收位置与每个UWB信号源4的直线距离；根据直线距离、接收位置相对起降平台2的竖直高度及两个UWB信号源4的间距，即可得出预设降落位置的两种可能目标位置；从两种可能目标位置中筛选出无人机1的预设降落位置：控制无人机1朝向两种目标位置中的一者飞行，并检测无人机1相对两个UWB信号源4的距离，若距离均缩小，则判定当前飞行的目标位置为预设降落位置；若距离均变大，则判定另一目标位置为预设降落位置。

上述基于UWB的无人机辅助降落方法，辅助无人机寻找预设降落位置的具体过程：检测到无人机飞入起降平台上的两个不同位置的UWB信号源的信号区域；以无人机的两个不同的接收位置分别接收两个UWB信号源所发出的信号，以得出每个接收位置与每个UWB信号源的直线距离；根据直线距离和接收位置相对起降平台的竖直高度，通过几何计算即可得出两个接收位置相对于两个UWB信号源在起降平台所在平面的投影距离，分别以两个不同接收位置为圆心，对应的投影距离为半径作圆，通过两圆交点即可确定出两个UWB信号源可能的四种情况，由于两个UWB信号源的间距已知，即可筛出两个UWB信号源的两种可能目标位置，也即筛出预设降落位置的两种可能目标位置；然后控制无人机朝向两种目标位置中的一者飞行，并检测无人机相对两个UWB信号源的距离，若距离均缩小，则判定当前飞行的目标位置为预设降落位置；若距离均变大，则判定另一目标位置为预设降落位置。采用上述无人机辅助降落方法，仅需起降平台上配置两个UWB信号源即可，并且能够准确找到预设降落位置，大大降低了成本的耗费。

需要说明的是，接收位置相对起降平台的竖直高度，具体可以通过在无人机上搭载高度计来实现，亦或者本领域技术人员所熟知的其他方式获知，在此不做具体的限定。

在一些具体的实施方案中，前述两个不同的接收位置具体可以为设置于无人机1的两个不同位置的接收器，且无人机1处于飞行状态下，两个接收器向水平地面的投影位置不同。

具体地，如图2所示，无人机1上设置有O1、O2两个接收装置，起降平台上安装有S1、S2两个信号源(三个或以上信号源原理相同)，无人机飞控系统中预先装订有S1、S2两点所构成线段长度L。无人机降落过程中，O1、O2能够各自获得两个UWB信号源距离自身的距离R，则S1必位于以O1为圆心，以O1测得距离R11为半径的圆周上，同理，S1也必位于以O2为圆心，以O2测得距离R21为半径的圆周上，因此S1定位于两圆所成的两交点之一的位置。基于同样方式，可知S2也分别位于两圆的两交点之一位置。因此由S1、S2两点所构成线段根据排列组合，共有四种可能性，参见图2中S1、S2两点的连线。

由于S1、S2两点所构成线段的长度已知，无人机只需对获取的四组可能位置进行逐一连线，并将其长度与已知的长度L对比，即可得到S1、S2的实际位置(图2中实线)，并向线段中点飞行并降落。

由于对称性，满足长度条件的点共有两组，因此需要采用额外方式进行进一步验证。无人机降落时，可向两可能点之一进行飞行，观察接收器与各信号源的距离变化。若距离减小，则认为当前目标点即为预设降落点；若距离变大，则另一点为降落点。此后在逐步飞至降落点上方的过程中，如非特殊情况(如信号中断重连、定位跳变等)，无人机无需在两可能点间持续进行判断。

需要说明的是，当无人机上配备两个接收器时，一般将两个接收器设置于无人机的机身上两个相对较远的位置，比如，可以将两个接收器分别设置于无人机1的机身的头部和尾部；也可以将两个接收器分别设置于无人机1的机身两侧的主翼的远端；还可以将两个接收器分别设置于分别设置于无人机1的对角机臂。实际应用过程中可以根据实际需求进行具体配置。

在一些更具体的实施方案中，前述两个不同的接收位置还可以为设置于无人机1的一个接收器在无人机1向前飞行的两个不同的飞行位置。

具体地，无人机仅一套接收器工作，通过无人机飞行中距离的变化，对UWB信号源进行定位。如图3所示，接收装置O在位置O1收到信号源S1的信号，得知两者距离为R11，无人机沿直线飞行距离D1后到达位置O2，观测距离变为R12，则S1应同时位于以O1为圆心，R11为半径的圆和以O2为圆心，R12为半径的圆上，两圆的两个交点之一即为S1的实际位置，同理可通过相同方法确定S2的可能位置，并通过已知的S1、S2之间的距离L确定可能的两组信号源位置。

同样由于对称性，满足长度条件的点共有两组，因此需要采用额外方式进行进一步验证。无人机降落时，可向两可能点之一进行飞行，观察接收器与各信号源的距离变化。若距离减小，则认为当前目标点即为预设降落点；若距离变大，则另一点为降落点。此后在逐步飞至降落点上方的过程中，如非特殊情况(如信号中断重连、定位跳变等)，无人机无需在两可能点间持续进行判断，通过上述的判断方式进行筛选，确定信号源的真实位置。

需要说明的是，预设降落位置具体可以为以两个UWB信号源4作为端点的连线上的任意一点的位置，比如，该预设降落位置为以两个UWB信号源4作为端点的连线的中点位置；又或者是连线的端点位置，也即UWB信号源4所在的位置。当然本领域技术人员都应该能够理解的是，该预设降落位置还可以为以两个UWB信号源4作为端点的连线向连线的任意一端延伸预设距离后的预设点位置，实际应用过程中么可以根据实际需求进行选择布置，在此不做更具体的限定。

另外，本发明还提供了一种基于UWB的无人机辅助降落系统，该系统包括配备于无人机的接收器和处理器，接收器用于接收起降平台的两个UWB信号源所发出的信号，处理器用于按照上述任一方案所描述的基于UWB的无人机辅助降落方法得出无人机的预设降落位置。

以上对本发明所提供的基于UWB的无人机辅助降落方法及系统进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“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，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，该方法用于无人机(1)降落至起降平台(2)时辅助无人机(1)找到预设降落位置(3)，具体按照以下步骤辅助无人机(1)找到预设降落位置(3)：

检测到无人机(1)飞入起降平台(2)上的两个不同位置的UWB信号源(4)的信号区域；

以无人机(1)的两个不同的接收位置分别接收两个所述UWB信号源(4)所发出的信号，以得出每个所述接收位置与每个所述UWB信号源(4)的直线距离；

根据所述直线距离、所述接收位置相对所述起降平台(2)的竖直高度及两个所述UWB信号源(4)的间距，即可得出所述预设降落位置的两种可能目标位置；

从两种可能目标位置中筛选出无人机(1)的预设降落位置：控制无人机(1)朝向两种目标位置中的一者飞行，并检测无人机(1)相对两个所述UWB信号源(4)的距离，若距离均缩小，则判定当前飞行的目标位置为预设降落位置；若距离均变大，则判定另一目标位置为预设降落位置。

2.如权利要求1所述基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，两个不同的接收位置为设置于所述无人机(1)的两个不同位置的接收器，且所述无人机(1)处于飞行状态下，两个所述接收器向水平地面的投影位置不同。

3.如权利要求2所述基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，两个所述接收器分别设置于所述无人机(1)的机身的头部和尾部。

4.如权利要求2所述基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，两个所述接收器分别设置于所述无人机(1)的机身两侧的主翼的远端。

5.如权利要求2所述基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，两个所述接收器分别设置于分别设置于所述无人机(1)的对角机臂。

6.如权利要求1所述基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，两个不同的接收位置为设置于所述无人机(1)的一个接收器在无人机(1)向前飞行的两个不同的飞行位置。

7.如权利要求1所述基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，所述预设降落位置为以两个所述UWB信号源(4)作为端点的连线上的任意一点的位置。

8.如权利要求7所述基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，所述预设降落位置为以两个所述UWB信号源(4)作为端点的连线的中点位置。

9.如权利要求1所述基于UWB的无人机辅助降落方法，其特征在于，所述预设降落位置为以两个所述UWB信号源(4)作为端点的连线向所述连线的任意一端延伸预设距离后的预设点位置。

10.一种基于UWB的无人机辅助降落系统，其特征在于，包括配备于无人机的接收器和处理器，所述接收器用于接收起降平台的两个UWB信号源所发出的信号，所述处理器用于按照如权利要求1-9中任一项所述的基于UWB的无人机辅助降落方法得出无人机的预设降落位置。

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