CN113556672A - 一种抗干扰集群无人机系统及其通讯与定位方法 - Google Patents

一种抗干扰集群无人机系统及其通讯与定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗干扰集群无人机系统及其通讯与定位方法，包括信标无人机，任务无人机。本发明的集群无人机之间主要技术是通过无线紫外光通信，紫外光的通信具有抗干扰、全天候工作、高保密性、非视距通信等优点；本方案的信标无人机可重构坐标,实现任务无人机在近地面存在电磁干扰环境下的精准定位、任务执行、任务评估等，该无人机系统不受任何形式电磁干扰的影响，可充分发挥集群无人机系统的特点和优势。

Description

一种抗干扰集群无人机系统及其通讯与定位方法
技术领域
本发明涉及航空技术领域，特别涉及一种抗干扰集群无人机系统及其通讯与定位方法。
背景技术
集群无人机是未来的无人机发展的一个重要方向，随着世界智能化的来到，智能化设备机器人也大量出现在社会中，而集群无人机任务作为智能化的重要形式，正在崭露头角。未来世界在通信和智能化愈加复杂的情况下，我们所处的环境将会充满各种各样的无线电，这样的环境对于集群无人机的通信极其不利。
但是不论无人机集群不论如何发展都离不开通信技术。在复杂电磁环境中，如何保障无人机通信及精准定位成为重中之重。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述问题，提供一种抗干扰集群无人机系统及其通讯与定位方法。
为达到上述目的，本发明采用的方法是：提供一种抗干扰集群无人机系统，包括信标无人机、任务无人机；任务开始时，所述的信标无人机通过卫星定位或者差分定位方式获得精准位置信息，通过被运送或者自主飞行到达预先设定的被干扰区域范围以外坐标的位置；所述的信标无人机测算自身的绝对坐标，并根据所述的信标无人机的绝对坐标计算一个定位所述的任务无人机的相对坐标系；所述的信标无人机持续的、实时的向所述的任务无人机广播非无线电信号，信标无人机作为低空通信与定位中继平台为所述的任务无人机提供近空定位作用和指挥作用；所述的任务无人机接收所述的信标无人机的非无线电信号，计算自己的坐标位置进行自身定位并接收任务信息；所述的任务无人机进入复杂的电磁环境区域，所述的任务无人机按照信标无人机的指令前往目标点，精准执行任务。
作为本发明的一种优选，所述的信标无人机、任务无人机所携带的非无线信号接收发送设备为日盲紫外光通信设备；所述的信标无人机广播的非无线电信号是抗无线电干扰的日盲紫外光信号。
作为本发明的一种优选，所述的信标无人机为任务无人机提供目标的精准坐标点；所述的任务无人机得到目标点的精准坐标，前往目标点执行任务。
作为本发明的一种优选，所述的任务无人机携带识别跟踪设备；所述的任务无人机前往目标范围区域，通过识别跟踪设备搜索、识别或跟踪目标并执行任务；
作为本发明的一种优选，所述的信标无人机可以通过北斗系统、GPS系统或RTK差分等任意方式进行经纬绝对坐标下的初始精准定位；
作为本发明的一种优选，所述的信标无人机是可悬停或可低速飞行的一种飞行器；所述的任务无人机是任何一种飞行器。
本发明还提供一种抗干扰集群无人机通讯与定位方法，其方法具体包括以下步骤：（1）信标无人机按照程序被运送或者自主飞行至目标空域，到达预定坐标附近，并借助自身携带的无线电定位系统确定自身绝对位置，并构建相对坐标系，形成近空定位系统和指挥系统；（2）任务无人机被运送或者自主飞行至目标空域；（3）任务无人机通过信标无人机的日盲紫外光信号导航进入复杂的电磁环境，接收信标无人机的实时定位和指挥，执行任务；（4）任务完成后，无人机返航。
作为本发明的一种优选，指挥任务由所述的信标无人机其中一架做指挥工作。
作为本发明的一种优选，所述的无人机系统通过紫外光发射接收设备发射或接受无线紫外光脉冲，并对接收到的脉冲信号进行调制解调以及时差相位差测算，获得相应的距离信息；所述的无人机系统通过四节点三维空间定位或者AOA三维空间定位的方式计算出任务无人机的精准绝对位置，并根据任务要求进行位置修正与任务执行。
有益效果：
本发明相比于一些现有的无人机集群系统，其精确的定位方式不需要提前在任务区域布置任何基站，天线等辅助设备；
本发明采用的日盲紫外光技术的无人机通信，不受任何形式电磁干扰的影响，并且紫外光具有一定的绕障能力、抗遮挡能力；本发明的坐标定位具有地理围栏防撞功能，防止飞行器远离信号覆盖区域，导致失联；
本发明的集群无人机可以做到可全天候应用，受环境的影响较小；
本发明的相比于一些现有的无人机集群系统，信号具有较强的保密性。
附图说明
图1为本发明的工作原理示意图；
图2为本发明的四节点三维空间定位原理示意图；
图3为本发明的AOA三维空间定位原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种抗干扰集群无人机系统，包括信标无人机、任务无人机；任务开始时，所述的信标无人机通过卫星定位或者差分定位方式获得精准位置信息，通过被运送或者自主飞行到达预先设定的被干扰区域范围以外坐标的位置；所述的信标无人机测算自身的绝对坐标，并根据所述的信标无人机的绝对坐标计算一个定位所述的任务无人机的相对坐标系；所述的信标无人机持续的、实时的向所述的任务无人机广播非无线电信号，信标无人机作为低空通信与定位中继平台为所述的任务无人机提供近空定位作用和指挥作用；所述的任务无人机接收所述的信标无人机的非无线电信号，计算自己的坐标位置进行自身定位并接收任务信息；所述的任务无人机进入被干扰区域，所述的任务无人机按照信标无人机的指令前往目标点，精准执行任务。
所述的信标无人机、任务无人机所携带的非无线信号接收发送设备为日盲紫外光通信设备；所述的信标无人机广播的非无线电信号是抗无线电干扰的日盲紫外光信号。无线紫外光通信主要是以大气散射和吸收为基础，利用中紫外波段的紫外光进行的通信。太阳光的紫外辐射在通过地球大气层时，大气平流层中的臭氧层对250nm的波长附近的紫外线有强烈的吸收作用，使得这一波段的紫外辐射在海平面附近几乎衰减为零，属于“日盲区”，该波段为中紫外光波段（UVC），波长范围为200～280nm。紫外光通信正是利用这一波段进行传输，因此也常称紫外光通信为“日盲”紫外光通信。
所述的信标无人机为任务无人机提供目标的精准坐标点；所述的任务无人机得到目标点的精准坐标，前往目标点执行任务。
所述的任务无人机携带识别跟踪设备；所述的任务无人机前往目标范围区域，通过识别跟踪设备搜索、识别或跟踪目标并执行任务；
所述的信标无人机可以通过北斗系统、GPS系统或RTK差分等任意方式进行经纬绝对坐标下的初始精准定位；
所述的信标无人机是可悬停或可低速飞行的一种飞行器；所述的任务无人机是任何一种飞行器。
一种抗干扰集群无人机通讯与定位方法，其方法具体包括以下步骤：（1）信标无人机按照程序被运送或者自主飞行至目标空域，到达预定坐标附近，并借助自身携带的无线电定位系统确定自身绝对位置，并构建相对坐标系，形成近空定位系统和指挥系统；（2）任务无人机被运送或者自主飞行至目标空域；（3）任务无人机通过信标无人机的日盲紫外光信号导航进入干扰区域，接收信标无人机的实时定位和指挥，执行任务；（4）任务完成后，无人机返航。
指挥任务由所述的信标无人机其中一架做指挥工作。
所述的无人机系统通过紫外光发射接收设备发射或接受无线紫外光脉冲，并对接收到的脉冲信号进行调制解调以及时差相位差测算，获得相应的距离信息；所述的无人机系统通过四节点三维空间定位（图2）或者AOA三维空间定位（图3）的方式计算出任务无人机的精准绝对位置，并根据任务要求进行位置修正与任务执行。
所述的任务无人机通过顶部的紫外光接收装置获取到所述的信标无人机发送的相应脉冲并进行解码计算，得到包括任务信息、信标无人机的绝对位置信息及相对距离信息在内的综合数据，并可进一步通过所述的任务无人机的无线紫外光发射装置向所述的信标无人机进行数据反馈，协调优化任务执行方案；
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种抗干扰集群无人机系统，其特征在于：包括信标无人机、任务无人机；集群无人机任务开始时，所述的信标无人机通过卫星定位或者差分定位方式获得精准位置信息，通过被运送或者自主飞行到达预先设定的复杂电磁环境范围以外坐标的位置；所述的信标无人机测算自身的绝对坐标，并根据所述的信标无人机的绝对坐标计算一个定位所述的任务无人机需要的相对坐标系；所述的信标无人机持续的、实时的向所述的任务无人机广播非无线电信号，信标无人机作为低空通信与定位中继平台为所述的任务无人机提供近空定位作用和指挥作用；所述的任务无人机接收所述的信标无人机的非无线电信号，计算自己的坐标位置进行自身定位并接收任务信息；所述的任务无人机进入复杂的电磁环境区域，所述的任务无人机按照信标无人机的指令前往目标点，精准执行任务。
2.根据权利要求1所述的一种抗干扰集群无人机系统，其特征在于：所述的信标无人机、任务无人机所携带的非无线信号接收发送设备为日盲紫外光通信设备；所述的信标无人机广播的非无线电信号是抗无线电干扰的日盲紫外光信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗干扰集群无人机系统，其特征在于：所述的信标无人机为任务无人机提供目标的精准坐标点；所述的任务无人机得到目标点的精准坐标，前往目标点执行任务。
4.根据权利要求1或2所述的一种抗干扰集群无人机系统，其特征在于：所述的任务无人机携带识别跟踪设备；所述的任务无人机前往目标范围区域，通过识别跟踪设备搜索、识别和跟踪目标并执行任务。
5.根据权利要求1所述的一种抗干扰集群无人机系统，其特征在于：所述的信标无人机可以通过北斗系统、GPS系统或RTK差分等任意方式进行经纬绝对坐标下的初始精准定位。
6.根据权利要求1所述的一种抗干扰集群无人机系统，其特征在于：所述的信标无人机是可悬停或可低速飞行的一种飞行器；所述的任务无人机是任何一种飞行器。
7.一种抗干扰集群无人机系统的通讯与定位方法，其特征在于，所述的方法基于权利要求1-7中任意一项所述的无人机集群系统，其方法具体包括以下步骤：（1）信标无人机按照程序被运送或者自主飞行至目标空域，到达预定坐标附近，并借助自身携带的无线电定位系统确定自身绝对位置，并构建相对坐标系，形成近空定位系统和指挥系统；（2）任务无人机被运送或者自主飞行至目标空域；（3）任务无人机通过信标无人机的日盲紫外光信号导航进入干扰区域，接收信标无人机的实时定位和指挥，执行任务；（4）任务完成后，无人机返航。
8.根据权利要求7所述的一种抗干扰集群无人机系统的通讯与定位方法，其特征在于：指挥任务执行由所述的信标无人机其中一架做指挥工作。
9.根据权利要求7所述的一种抗干扰集群无人机系统的通信与定位方法，其特征在于：所述的无人机系统通过紫外光发射接收设备发射或接受无线紫外光脉冲，并对接收到的脉冲信号进行调制解调以及时差相位差测算，获得相应的距离信息；所述的无人机系统通过四节点三维空间定位或者AOA三维空间定位的方式计算出任务无人机的精准绝对位置，并根据任务要求进行位置修正与任务执行。
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