CN113835444A - 编队无人机地面磁场自动检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及编队无人机地面磁场自动检测系统及方法，包括地面控制站，用于设定扫描行进轨迹并显示扫描结果；差分GPS定位模块，包括基准站和差分GPS定位天线，基准站与地面控制站无线连接，差分GPS定位天线用于接收基准站传输的定位数据；地磁检测装置，用于感应空间中的磁场强度，并将测得的数值实时传输给地面控制站；运载平台，用于搭载地磁检测装置和差分GPS定位天线，并根据差分GPS定位信息和预设行进轨迹，在场地上进行地磁扫描。本发明基于编队无人机的差分GPS定位，将地磁检测装置安装到运输装置上，便于工作人员在地面控制站上就能直观地看到整个起降场地的地磁干扰情况，并能快速对该场地是否合适作为起降场地做出评估。
Description
技术领域
本发明涉及地面磁场检测的技术领域，具体涉及编队无人机地面磁场自动检测系统及方法。
背景技术
目前，在编队无人机行业里面，每一次执行编队飞行项目前，都需要对其预设的起降场地进行地面磁场的检测，以确定这片起降场地是否存在大范围的磁场干扰。磁场干扰严重时，会使大量的编队无人机无法通过自身的磁罗盘校验，无法正常进行编队飞行。
而每一次编队无人机飞行表演，所需的起降场地面积都是数千平方米，甚至上万平方米。在这么大的面积内，用人力手持勘验装置，徒步进行地面磁场勘验是非常低效的。很可能会得出错误的勘验信息，进而导致在项目进行过程中，出现大批量的编队无人机因为地面磁场干扰，无法正常起飞的情况，影响编队飞行的表演质量。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的之一在于提供编队无人机地面磁场自动检测系统，该系统是基于编队无人机的差分GPS定位模式，将地磁检测装置安装到运输装置上，利用机械设备的行进检测取代人工勘测，减轻工作人员的劳动负担，并有更高的勘验准确性，确保编队飞行的表演质量。本发明目的之二在于提供编队无人机地面磁场自动检测方法，该方法便于工作人员在地面控制站上就能直观地看到整个起降场地的地磁干扰情况，并能快速对该场地是否合适作为起降场地做出评估。
本发明所述的编队无人机地面磁场自动检测系统，包括：
地面控制站，用于人机交互，设定扫描行进轨迹并显示扫描结果；
差分GPS定位模块，包括无线连接的基准站和差分GPS定位天线，所述基准站与所述地面控制站无线连接，所述差分GPS定位天线用于接收所述基准站传输的定位数据；
地磁检测装置，用于感应空间中的磁场强度，并将测得的数值实时传输给所述地面控制站；
运载平台，用于搭载所述地磁检测装置和所述差分GPS定位天线，并根据差分GPS定位信息和预设行进轨迹，在场地上进行地磁扫描；
所述运载平台与所述地面控制站无线通讯连接，使所述运载平台接收扫描轨迹指令，并将扫描结果反馈到所述地面控制站。
在其中一个实施例中，所述运载平台为四轮运载车，且所述运载平台上设有动力机构和电源，所述动力机构用于分别调整两侧车轮的转速，从而使所述运载平台沿直线前进和转向；所述电源用于为所述动力机构、所述地磁检测装置以及所述差分GPS 定位天线供电。
在其中一个实施例中，所述电源为锂电池并位于所述运载平台的上表面，所述地磁检测装置位于所述运载平台内，且所述地磁检测装置的探头延伸至所述运载平台的前侧；所述差分GPS定位天线位于所述运载平台的上表面。
编队无人机地面磁场自动检测方法，应用于上述编队无人机地面磁场自动检测系统中，并包括如下步骤：
S1、在预设起降场地旁架设所述基准站，并搭设所述地面控制站，将所述运载平台放置在待测的起降场地边缘；
S2、确认所述地磁检测装置连接到所述地面控制站，设定所述地磁检测装置的数据采集有效范围，在所述地面控制站上规划扫描行进轨迹和行进速度，并初始化所述地磁检测装置；
S3、参数设定完成后，启动所述运载平台并沿设定好的扫描行进轨迹开始扫描，并在扫描的同时，所述地磁检测装置通过无线传输将测得的地磁参数实时回传到所述地面控制站的控制界面上；
S4、扫描完成后，所述运载平台自动返回到起点位置，并转换为待机状态。
在其中一个实施例中，在所述步骤S2中，所述地面控制站还预设有磁场强度阈值。
在其中一个实施例中，在所述步骤S3中，当所述地磁检测装置测到超过预设的磁场强度阈值时，所述地面控制站的控制界面立刻将此时所述运载平台的行进轨迹用不同颜色标出，直到磁场强度减弱到预设的磁场强度阈值以内。
在其中一个实施例中，在所述步骤S3中，当所述运载平台需要转向时，所述运载平台的动力机构通过调整两侧车轮处于不同的转速，从而使所述运载平台向车轮转速较慢的一侧转向。
在其中一个实施例中，所述地磁检测装置的最大扫描半径为0.3～1.2m。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1、本发明是基于编队无人机的差分GPS定位模式，将地磁检测装置安装到运输装置上，利用机械设备的行进检测取代人工勘测，减轻工作人员的劳动负担，并有更高的勘验准确性，确保编队飞行的表演质量。
2、本发明的实施方法便于工作人员在地面控制站上就能直观地看到整个起降场地的地磁干扰情况，并能快速对该场地是否合适作为起降场地做出评估。
3、在备选的起降场地上，使用该套系统进行地磁情况检测，能通过精确的定位进行区间扫描，确保检测结果的准确性。运载平台的行进速度比人力扫描要快，能有效提高检测速度，缩短场地勘验时长。工作人员不再需要在烈日暴晒下，扛着检测设备进行场地勘测。可以在遮阳处，对地磁自检装置进行扫描航迹规划，并得到地磁检测结果，提高了工作人员的工作舒适度。
附图说明
图1是本发明编队无人机地面磁场自动检测系统的结构示意图；
图2是本发明的运载平台的结构放大示意图。
附图标记说明：1-地面控制站，2-基准站，3-差分GPS定位天线，4-地磁检测装置，5-运载平台，6-电源。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明的编队无人机地面磁场自动检测系统，包括：
地面控制站1，用于人机交互，设定扫描行进轨迹并显示扫描结果；
差分GPS定位模块，包括无线连接的基准站2和差分GPS定位天线3，基准站2 与地面控制站1无线连接，差分GPS定位天线3用于接收基准站2传输的定位数据；
地磁检测装置4，用于感应空间中的磁场强度，并将测得的数值实时传输给地面控制站1；
运载平台5，用于搭载地磁检测装置4和差分GPS定位天线3，并根据差分GPS 定位信息和预设行进轨迹，在场地上进行地磁扫描；
运载平台5与地面控制站1无线通讯连接，使运载平台5接收扫描轨迹指令，并将扫描结果反馈到地面控制站1。
本发明是基于编队无人机的差分GPS定位模式，将地磁检测装置4安装到运输装置上，利用机械设备的行进检测取代人工勘测，减轻工作人员的劳动负担，并有更高的勘验准确性，确保编队飞行的表演质量。差分GPS定位技术是将一台GPS接收机安置在基准站2上进行观测，根据基准站2已知精密坐标，计算出基准站2到卫星的距离改正数，并由基准站2实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站2发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分定位，也叫相对定位，是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。在已知坐标的点上安置基准站2，利用已知坐标和卫星星历计算出观测值的校正值，并通过无线电设备将校正值发送给运动中的GPS 接收机即本发明中的差分GPS定位天线3，运载平台5应用接收到的校正值对自己的 GPS观测值进行改正，以消除卫星钟差、接收机钟差、大气电离层和对流层折射误差的影响。
现有的无人机编队飞行，通常需要在表演前做好准备工作，以避免影响飞行表演质量。而尤其是对于起降场地的选择，除了需要一个较大的空间和较少的阻碍物外，还需要检测地磁的影响，避免对无人机飞行时造成电源6和信号等影响，从而损坏机体。而在备选的起降场地上，使用本发明的该套系统进行地磁情况检测，能通过精确的定位进行区间扫描，确保检测结果的准确性。运载平台5的行进速度比人力扫描要快，能有效提高检测速度，缩短场地勘验时长。工作人员不再需要在烈日暴晒下，扛着检测设备进行场地勘测。可以在遮阳处，对地磁自检装置进行扫描航迹规划，并得到地磁检测结果，提高了工作人员的工作舒适度。
在其中一个实施例中，运载平台5为四轮运载车，且运载平台5上设有动力机构和电源6，动力机构用于分别调整两侧车轮的转速，从而使运载平台5沿直线前进和转向；电源6用于为动力机构、地磁检测装置4以及差分GPS定位天线3供电。运载平台5采用如图2所示小车，利用小车装载地磁检测装置4和差分GPS定位天线3，其整体形成长方体状，内部可安置动力机构、控制芯片等元件，使小车整体结构紧凑，行进稳定，并可在车轮处增加防震结构，避免颠簸和抖动而造成内部线路连接断开等问题。而通过运载平台5对内部动力机构的控制，可以为本运载平台5实现前进后退和转向等操作，转向时只需分别控制两侧车轮的转速，使一侧转速较快，一侧转速较慢，那么运载平台5整体就会向转速慢的一侧转向。
在其中一个实施例中，电源6为锂电池并位于运载平台5的上表面，地磁检测装置4位于运载平台5内，且地磁检测装置4的探头延伸至运载平台5的前侧；差分 GPS定位天线3位于运载平台5的上表面。电源6位于顶侧便于更换和充电等，而地磁检测装置4的探头从运载平台5的前方引出，直接检测到地磁的大小而不会受运载平台5本身的阻碍和影响，并且可提前检测到超过地磁强度阈值的地方并发出信号，避免地磁过大而直接对运载平台5造成影响。差分GPS定位天线3则位于运载平台5 中部的上表面，便于接收定位信息和准确的纠正运载平台5的行进轨迹。
本发明还提供了编队无人机地面磁场自动检测方法，应用于上述编队无人机地面磁场自动检测系统中，并包括如下步骤：
S1、在预设起降场地旁架设基准站2，并搭设地面控制站1，将运载平台5放置在待测的起降场地边缘；
S2、确认地磁检测装置4连接到地面控制站1，设定地磁检测装置4的数据采集有效范围，在地面控制站1上规划扫描行进轨迹和行进速度，并初始化地磁检测装置 4；
S3、参数设定完成后，启动运载平台5并沿设定好的扫描行进轨迹开始扫描，并在扫描的同时，地磁检测装置4通过无线传输将测得的地磁参数实时回传到地面控制站1的控制界面上；
S4、扫描完成后，运载平台5自动返回到起点位置，并转换为待机状态。
本发明的实施方法便于工作人员在地面控制站1上就能直观地看到整个起降场地的地磁干扰情况，并能快速对该场地是否合适作为起降场地做出评估。地磁检测装置4使用前需检查各项无线连接的稳定性，并设置好对应参数，规划合理的运载平台5行进路线，之后便可利用地面控制站1对运载平台5发出指令，使其沿预设路线移动，如图1所示，运载平台5沿虚线所示路线在待测起降场地来回往复运动，使运载平台5前侧的地磁检测装置4能扫描到路过的整个场地，并把实时地磁强度数据传输到地面控制站1，以便于进行分析，运载平台5最后需沿边缘返回起点，等待回收。
此外，在步骤S2中，地面控制站1还预设有磁场强度阈值，以便于与检测数据进行对比。而进一步地，可以在步骤S3中，当地磁检测装置4测到超过预设的磁场强度阈值时，地面控制站1的控制界面立刻将此时运载平台5的行进轨迹用不同颜色标出，直到磁场强度减弱到预设的磁场强度阈值以内。通过在地面控制站1预设磁场强度阈值，地磁检测装置4反馈后，系统可直接对比数据，实时得出高阈值的位置，可及时作出运载平台5行进路线的调整，以及若长时间检测到高磁场强度，可直接作出不能作为起降场地的评估，无需等待运载平台5把整个场地检测完。
在其中一个实施例中，在步骤S3中，当运载平台5需要转向时，运载平台5的动力机构通过调整两侧车轮处于不同的转速，从而使运载平台5向车轮转速较慢的一侧转向。动力机构通过分别控制两侧车轮的转速，使一侧转速较快，一侧转速较慢，那么运载平台5整体就会向转速慢的一侧转向。而地磁检测装置4的最大扫描半径为 0.3～1.2m，通常设置为1m的扫描半径，使运载平台5转向后往复运动的过程中，地磁检测装置4扫描范围不过于重叠，同时又能覆盖整个起降场地。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.编队无人机地面磁场自动检测系统，其特征在于，包括：
地面控制站，用于人机交互，设定扫描行进轨迹并显示扫描结果；
差分GPS定位模块，包括无线连接的基准站和差分GPS定位天线，所述基准站与所述地面控制站无线连接，所述差分GPS定位天线用于接收所述基准站传输的定位数据；
地磁检测装置，用于感应空间中的磁场强度，并将测得的数值实时传输给所述地面控制站；
运载平台，用于搭载所述地磁检测装置和所述差分GPS定位天线，并根据差分GPS定位信息和预设行进轨迹，在场地上进行地磁扫描；
所述运载平台与所述地面控制站无线通讯连接，使所述运载平台接收扫描轨迹指令，并将扫描结果反馈到所述地面控制站。
2.根据权利要求1所述编队无人机地面磁场自动检测系统，其特征在于，所述运载平台为四轮运载车，且所述运载平台上设有动力机构和电源，所述动力机构用于分别调整两侧车轮的转速，从而使所述运载平台沿直线前进和转向；所述电源用于为所述动力机构、所述地磁检测装置以及所述差分GPS定位天线供电。
3.根据权利要求2所述编队无人机地面磁场自动检测系统，其特征在于，所述电源为锂电池并位于所述运载平台的上表面，所述地磁检测装置位于所述运载平台内，且所述地磁检测装置的探头延伸至所述运载平台的前侧；所述差分GPS定位天线位于所述运载平台的上表面。
4.编队无人机地面磁场自动检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-3任意一项所述编队无人机地面磁场自动检测系统中，并包括如下步骤：
S1、在预设起降场地旁架设所述基准站，并搭设所述地面控制站，将所述运载平台放置在待测的起降场地边缘；
S2、确认所述地磁检测装置连接到所述地面控制站，设定所述地磁检测装置的数据采集有效范围，在所述地面控制站上规划扫描行进轨迹和行进速度，并初始化所述地磁检测装置；
S3、参数设定完成后，启动所述运载平台并沿设定好的扫描行进轨迹开始扫描，并在扫描的同时，所述地磁检测装置通过无线传输将测得的地磁参数实时回传到所述地面控制站的控制界面上；
S4、扫描完成后，所述运载平台自动返回到起点位置，并转换为待机状态。
5.根据权利要求4所述编队无人机地面磁场自动检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述地面控制站还预设有磁场强度阈值。
6.根据权利要求5所述编队无人机地面磁场自动检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当所述地磁检测装置测到超过预设的磁场强度阈值时，所述地面控制站的控制界面立刻将此时所述运载平台的行进轨迹用不同颜色标出，直到磁场强度减弱到预设的磁场强度阈值以内。
7.根据权利要求6所述编队无人机地面磁场自动检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当所述运载平台需要转向时，所述运载平台的动力机构通过调整两侧车轮处于不同的转速，从而使所述运载平台向车轮转速较慢的一侧转向。
8.根据权利要求7所述编队无人机地面磁场自动检测方法，其特征在于，所述地磁检测装置的最大扫描半径为0.3～1.2m。
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