CN113790915A - 一种农用无人机飞行精度测试系统及方法 - Google Patents

一种农用无人机飞行精度测试系统及方法 Download PDF

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张建军
栾佩霞
吴孟
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Abstract

本发明公开了一种农用无人机飞行精度测试系统及方法，属于无人机测试领域，其技术方案为：包括基准站、移动站、位置信息数据传输单元和监控平台，包括基准站、移动站、位置信息数据传输单元和监控平台，位置信息数据传输单元用于将移动站接收的粗位位置信息上传至位置服务平台以获取差分数据；基准站用于接收卫星信号，并将接收的信号发送至移动站作为差分信息源；移动站能够接收差分信息源和差分数据，经差分运算得到精确位置信息并传递至监控平台，经监控平处理得到基准点坐标。本发明基于MEMS融合差分GPS技术，实现基准点的高精度、高重复性获取；通过自动和手动两种控制模式下的高精度测量，满足各种工况下对农用无人机飞行精度测量需求。

Description

一种农用无人机飞行精度测试系统及方法
技术领域
本发明涉及无人机测试领域，尤其涉及一种农用无人机飞行精度测试系统及方法。
背景技术
农用无人机作为农业领域重要的航空工具，起到非常重要的作用；其飞行精度影响农业作业安全和作业效率。目前，农用无人机飞行精度测试领域缺乏与之相适用的测试系统与测试方法，也存在着不少安全隐患。
当前无人机领域主要侧重无人机导航系统的研究，其系统主要构成模块为移动站和基准站，例如现有技术公开一种基于GPS RTK技术的电力巡线无人机导航系统，其基本原理是通过无人机上的移动站与塔架上的基准站接收的卫星数据进行差分运算，以确定无人机的空间相对位置，以实现电力巡线，其设计初衷是解决无人机巡线时的导航而不是对导航系统飞行精度的检测。其设置多个基准站的目的是基于多个基准站观测的卫星数据经移动站差分运算处理来降低各个基准站自身的位置误差，因此仅使用基准站来获取基准点的方式很难满足检测上对高精度、高重复性基准点的要求。
而农用无人机飞行精度的检测，是对无人机在自身的导航系统和飞行控制系统相互协同下飞行轨迹的检测。测试系统要满足飞行精度检测要求，就要解决测试系统自身精度及高精度、高重复性基准点等方面存在的技术难点。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种农用无人机飞行精度测试系统及方法，基于MEMS融合差分GPS技术，实现基准点的高精度、高重复性获取；通过自动和手动两种控制模式下的高精度测量，满足各种工况下对农用无人机飞行精度测量需求。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种农用无人机飞行精度测试系统，包括基准站、移动站、位置信息数据传输单元和监控平台，
位置信息数据传输单元用于将移动站接收的粗位位置信息上传至位置服务平台以获取所处位置的差分数据；
所述基准站用于接收卫星信号，并将接收的信号发送至移动站作为差分信息源；移动站能够接收差分信息源和差分数据，经差分运算得到精确位置信息并传递至监控平台，经监控平处理得到基准点坐标。
作为进一步的实现方式，所述移动站连接第一云数据传输设备，基准站连接第二云数据传输设备。
作为进一步的实现方式，所述第一云数据传输设备、第二云数据传输设备内均集成锂电池，基准站、移动站分别通过电源线连接对应的锂电池。
作为进一步的实现方式，所述基准站连接基准站天线，基准站天线用于获取基准站观测信息。
作为进一步的实现方式，所述移动站一侧连接移动站主天线，另一侧连接移动站从天线，用于获取卫星监测数据。
第二方面，本发明的实施例还提供了一种农用无人机飞行精度测试方法，采用所述的测试系统，包括：
测试前，将移动站、位置信息数据传输单元、监控平台组成基准点测量模式，移动站接收粗位位置卫星信息，经位置信息数据传输单元上传至位置服务平台以获取所处位置的差分数据；
差分数据经位置信息数据传输单元传至移动站，经移动站差分运算后传递至监控平台，通过监控平台处理得到精确的基准点坐标；
基准站获取基准点位置信息，并将基准站天线放置于已测得的基准点位置处；
将移动站搭载于无人机；启动监控平台，待差分标志位数据到达预设值时，设置参数信息；
预设测试航线，并确定测试控制模式；无人机按照测试航线飞行，得到测试结果。
作为进一步的实现方式，将第二云数据传输设备、基准站、基准站天线组成的基准固定端置于水平地面，其中基准站天线置于已测得的基准点位置处。
作为进一步的实现方式，将移动站安装于无人机中心位置，且移动站主天线在后侧，移动站从天线在前侧。
作为进一步的实现方式，无人机沿预设航线飞行时，通过实际测试指标值与设定测试指标值对比，判断测试是否完成。
作为进一步的实现方式，测试指标包括水平偏航距离、垂直偏航距离和速度偏差。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的位置信息采用基于MEMS技术融合差分GPS技术的增强型双天线组合导航系统获取，相比仅通过基准站自身获取卫星信息的方式，本发明通过运用移动站的差分运算同位置信息传输单元配合实现基准点获取，保证测试中基准点的精度。
(2)本发明通过位置信息数据传输单元获取测试基准点处的位置差分数据，为高精度静态基准点获取提供保证。
(3)本发明通过自动和手动两种控制模式下的高精度测量，满足各种工况下对农用无人机飞行精度测量需求。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的测试系统示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的基准点获取示意图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的流程图；
其中，1、移动站，2-1、移动站主天线，2-2、移动站从天线，3、第一云数据传输设备，4、监控平台，5、第二云数据传输设备，6、基准站，7、基准站天线，8、位置信息数据传输单元。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供了一种农用无人机飞行精度测试系统，如图1所示，包括基准站6、移动站1、监控平台4，所述移动站1连接第一云数据传输设备3，基准站6连接第二云数据传输设备5，通过第一云数据传输设备3和第二云数据传输设备5实现与监控平台4的信息传输。
进一步的，所述移动站1一侧连接移动站主天线2-1，另一侧连接移动站从天线2-2，移动站主天线2-1和移动站从天线2-2分别通过数据通讯线与移动站1连接，能够获取无人机位置信息。
移动站1通过数据传输线与第一云数据传输设备3连接，将差分运算后的无人机实时位置信息通过第一云数据传输设备3经4G网络传递给监控平台4。第一云数据传输设备3内集成锂电池，并通过电源线与移动站1连接，以向移动站1提供电能。
进一步的，所述基准站6连接基准站天线7，基准站天线7用于获取基准位置信息；所述基准站天线7通过数据通讯线与基准站6连接。第二云数据传输设备5内集成锂电池，并通过电源线与基准站6连接，以向基准站6提供电能。
基准站6通过数据传输线与第二云数据传输设备5连接，并将基准位置信息通过第二云数据传输设备5经4G网络传给移动站1；监控平台4完成位置信息处理与显示。
在本实施例中，所述第一云数据传输设备3、第二云数据传输设备5为4G云数据传输设备；可以理解的，在其他实施例中，第一云数据传输设备3、第二云数据传输设备5也可以为5G云数据传输设备。
进一步的，如图2所示，移动站1和位置信息数据传输单元8通过RS232接口与监控平台4连接，以完成高精度、高重复性基准点的获取。位置信息数据传输单元8主要由DTU(数据传输单元)、高精度定位服务账号(例如千寻位置账号)构成，可通过4G网络来获取测试基准点处的位置差分数据，为高精度静态基准点获取提供保证。
本实施例的位置信息数据传输单元、移动站、监控平台组成基准点测量模式，位置信息数据传输单元能够将移动站接收的粗位位置卫星信息上传至高精度位置服务平台并获取所处位置的差分数据。
基准站能够接收卫星信号，并将观测信息及站点基准信息经第二云数据传输设备发送至移动站，为移动站提供差分信息源。移动站能够接收卫星信号及基准站信息，经差分运算得到自身精确位置信息，并通过第一云数据传输设备传至监控平台，监控平台完成数据解算并实时显示测试结果。
实施例二：
本实施例提供了一种农用无人机飞行精度测试方法，如图3所示，采用实施例一所述的测试系统，包括：
(1)获取基准点：
测试系统中基准站与移动站经载波相位差分运算后相对坐标精度比较高，但相对位置关系并不是所需最终值，要得到移动站的绝对坐标，需要进行坐标转换，坐标转换会带来误差，该误差主要取决于已知基准点的精度，因此移动站的绝对坐标精度主要取决于基准站绝对坐标精度。仅通过基准站自身获取卫星信息难以降低卫星信号传播误差而不能保证基准点的精度，为了保证测试中基准点的精度，需要运用移动站的差分运算同位置信息传输单元配合实现基准点获取。
移动站1接收到卫星信号后，将所在地点的粗位位置数据通过位置信息传输单元8经互联网传递至高精度服务平台(例如千寻位置平台)，高精度服务平台获得位置数据后会通过网络将所在位置的差分数据回传至移动站1，移动站1运用差分解算功能，结合原始观测数据和差分数据，进行解算实现纠偏，完成高精度、高重复性的基准位置坐标的获取。
完成基准点取点后，将基准站天线7放置于已知的基准点处，并将获得的基准点位置信息通过串口命令经RS232接口发送至基准站6。基准站6将载波相位观测值、站点坐标等信息由第二云数据传输设备5经网络发送给移动站1，移动站1将自身获得的载波相位观测值与基准站6的载波相位观测值进行求差运算，解算出移动站1相对于基准站6的坐标，然后根据基准站6提供的站点坐标反算出自身瞬坐标，进而完成精确定位。
(2)系统的安装：
将移动站1、移动站主天线2-1、移动站从天线2-2、第一云数据传输设备3组成的搭载端安装在无人机上，并保证移动站主天线2-1在后侧，移动站从天线2-2在前侧。在本实施例中，移动站1靠近无人机的中心位置安装。
将第二云数据传输设备5、基准站6、基准站天线7组成的基准固定端置于水平地面，其中基准站天线7置于已测得的基准点位置处。
(3)系统上电，启动监控平台4，等待并关注接收机定位标志Pos-type值，其值为0～50，其值越大表示系统双频差分定位精度越高。待差分标志位数据Pos-type值为50时，设置无人机参数、测试指标值等信息。
(4)预设测试航线，操纵无人机在预设航线上提取测试起点A、测试终点B，提取A、B完点后点击航迹生成。
(5)确认测试控制模式：
根据测试需求选择自动模式或手动模式，当选择自动模式时，无人机沿预设航线飞行时，此时系统会不断与设置的测试指标值比对，当农用无人机至测试点A时，其位置和速度精度达到水平偏航距离≤0.5m、垂直偏航距离≤0.5m、速度偏差≤0.5m/s时，系统会自动进入测试程序并自主完成测试数据的计算处理与结果显示；当位置和速度精度未达到设定值时，系统会自动退出自动模式。当选择手动模式时，点击开始，系统会开始记录测试数据，点击结束将自动停止测试数据记录，并完成测试数据的计算处理与结果显示。
测试结束后点击保存，完成试验结果的保存并生成测试结果打印表。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农用无人机飞行精度测试系统，其特征在于，包括基准站、移动站、位置信息数据传输单元和监控平台，
位置信息数据传输单元用于将移动站接收的粗位位置信息上传至位置服务平台以获取所处位置的差分数据；
所述基准站用于接收卫星信号，并将接收的信号发送至移动站作为差分信息源；移动站能够接收差分信息源和差分数据，经差分运算得到精确位置信息并传递至监控平台，经监控平处理得到基准点坐标。
2.根据权利要求1所述的一种农用无人机飞行精度测试系统，其特征在于，所述移动站连接第一云数据传输设备，基准站连接第二云数据传输设备。
3.根据权利要求2所述的一种农用无人机飞行精度测试系统，其特征在于，所述第一云数据传输设备、第二云数据传输设备内均集成锂电池，基准站、移动站分别通过电源线连接对应的锂电池。
4.根据权利要求1所述的一种农用无人机飞行精度测试系统，其特征在于，所述基准站连接基准站天线，基准站天线用于获取基准站观测信息。
5.根据权利要求1所述的一种农用无人机飞行精度测试系统，其特征在于，所述移动站一侧连接移动站主天线，另一侧连接移动站从天线，用于获取卫星监测数据。
6.一种农用无人机飞行精度测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一所述的测试系统，包括：
测试前，将移动站、位置信息数据传输单元、监控平台组成基准点测量模式，移动站接收粗位位置卫星信息，经位置信息数据传输单元上传至位置服务平台以获取所处位置的差分数据；
差分数据经位置信息数据传输单元传至移动站，经移动站差分运算后传递至监控平台，通过监控平台处理得到精确的基准点坐标；
基准站获取基准点位置信息，并将基准站天线放置于已测得的基准点位置处；
将移动站搭载于无人机；启动监控平台，待差分标志位数据到达预设值时，设置参数信息；
预设测试航线，并确定测试控制模式；无人机按照测试航线飞行，得到测试结果。
7.根据权利要求6所述的一种农用无人机飞行精度测试方法，其特征在于，将第二云数据传输设备、基准站、基准站天线组成的基准固定端置于水平地面，其中基准站天线置于已测得的基准点位置处。
8.根据权利要求6所述的一种农用无人机飞行精度测试方法，其特征在于，将移动站安装于无人机中心位置，且移动站主天线在后侧，移动站从天线在前侧。
9.根据权利要求6所述的一种农用无人机飞行精度测试方法，其特征在于，无人机沿预设航线飞行时，通过实际测试指标值与设定测试指标值对比，判断测试是否完成。
10.根据权利要求9所述的一种农用无人机飞行精度测试方法，其特征在于，测试指标包括水平偏航距离、垂直偏航距离和速度偏差。
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