CN115639574A

CN115639574A - 一种无人机组合导航系统

Info

Publication number: CN115639574A
Application number: CN202211261228.7A
Authority: CN
Inventors: 李磊
Original assignee: Zhongtian Feilong Xi'an Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Zhongtian Feilong Xi'an Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2023-01-24

Abstract

本发明公开了一种无人机组合导航系统，涉及卫星定位技术领域，所述系统包括：依次连接的卫星差分定位模块、组合导航模块和飞控模块；卫星差分定位模块和组合导航模块均与观测卫星连接；观测卫星至少为四个；卫星差分定位模块根据第一卫星定位信号和第二卫星定位信号集确定差分修正信息；组合导航模块根据第一卫星定位信号确定第一位置信息；根据卫星差分定位模块发送的差分修正信息，对第一位置信息进行修正，得到修正后的第一位置信息；飞控模块利用组合导航模块发送的修正后的第一位置信息，控制目标无人机飞行。本发明在进行无人机定位时，在利用至少四个观测卫星的信号进行定位的基础上，增加了卫星差分定位模块，提高了无人机的定位精度。

Description

一种无人机组合导航系统

技术领域

本发明涉及卫星定位技术领域，特别是涉及一种无人机组合导航系统。

背景技术

随着无人机应用日益广泛，应用领域不断扩大，功能不断增强，研制生产和使用维护成本不断提高，对组合导航系统的精度要求也越来越高。组合导航系统精度设计的优劣直接影响着飞行器的飞行安全。

现有的无人机导航系统位置精度未采用差分系统，定位精度低，严重影响了无人机的安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机组合导航系统，提高了无人机的定位精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无人机组合导航系统，包括：依次连接的卫星差分定位模块、组合导航模块和飞控模块；所述卫星差分定位模块和所述组合导航模块均与观测卫星连接；所述观测卫星至少为四个；

所述卫星差分定位模块，用于：

获取第一卫星定位信号和第二卫星定位信号集；所述第一卫星定位信号为当前时刻的所述观测卫星的卫星定位信号，所述第二卫星定位信号集包括在预设时间段内的所述观测卫星的多个卫星定位信号；

根据所述第一卫星定位信号和所述第二卫星定位信号集确定差分修正信息；

所述组合导航模块，用于：

获取所述第一卫星定位信号；

根据所述第一卫星定位信号确定第一位置信息；所述第一位置信息为当前时刻的所述组合导航模块的位置信息；所述第一位置信息包括目标无人机的经度、纬度和高度；

根据所述卫星差分定位模块发送的所述差分修正信息，对所述第一位置信息进行修正，得到修正后的第一位置信息；

所述飞控模块，用于：

利用所述组合导航模块发送的所述修正后的第一位置信息，控制所述目标无人机飞行。

可选地，所述卫星差分定位模块包括：基站天线；

所述基站天线用于获取所述第一卫星定位信号和所述第二卫星定位信号集。

可选地，所述卫星差分定位模块包括：基站卫星接收机；所述基站卫星接收机与所述基站天线连接；

所述基站卫星接收机，用于：

根据所述第一卫星定位信号确定第二位置信息；所述第二位置信息为当前时刻的所述基站卫星接收机的位置信息；

根据所述第二卫星定位信号集确定第三位置信息；所述第三位置信息为在所述预设时间段内的所述基站卫星接收机的位置信息的平均值；

计算所述第二位置信息和第三位置信息的差，得到所述差分修正信息。

可选地，所述卫星差分定位模块还包括：基站电台和机载电台；所述基站卫星接收机、所述基站电台、所述机载电台与所述组合导航模块依次连接；

所述基站电台用于将所述差分修正信息发送至所述机载电台；

所述机载电台用于将所述差分修正信息发送至所述组合导航模块。

可选地，所述卫星差分定位模块还包括：基站电台天线和机载电台天线；所述基站电台天线与所述基站电台连接，所述机载电台天线与所述机载电台连接；

所述基站电台依次通过所述基站电台天线和所述机载电台天线，将所述差分修正信息发送至所述机载电台。

可选地，所述组合导航模块包括：组合导航主机和卫星定位天线；所述组合导航主机与所述卫星定位天线连接；

所述卫星定位天线，用于：

获取所述第一卫星定位信号；

所述组合导航主机，用于：

根据所述第一卫星定位信号确定所述第一位置信息；

根据所述卫星差分定位模块发送的所述差分修正信息，对所述第一位置信息进行修正，得到修正后的第一位置信息。

可选地，所述组合导航模块至少为一个。

可选地，所述卫星定位天线至少为一个。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种无人机组合导航系统，包括：依次连接的卫星差分定位模块、组合导航模块和飞控模块；卫星差分定位模块和组合导航模块均与观测卫星连接；观测卫星至少为四个；卫星差分定位模块根据第一卫星定位信号和第二卫星定位信号集确定差分修正信息；第一卫星定位信号为当前时刻的观测卫星的卫星定位信号，第二卫星定位信号集包括在预设时间段内的观测卫星的多个卫星定位信号；组合导航模块根据第一卫星定位信号确定第一位置信息；第一位置信息为当前时刻的组合导航模块的位置信息；第一位置信息包括目标无人机的经度、纬度和高度；根据卫星差分定位模块发送的差分修正信息，对第一位置信息进行修正，得到修正后的第一位置信息；飞控模块利用组合导航模块发送的修正后的第一位置信息，控制目标无人机飞行。本发明在进行无人机定位时，在利用至少四个观测卫星的信号进行定位的基础上，增加了卫星差分定位模块，提高了无人机的定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无人机组合导航系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的无人机组合导航系统结构组成图；

图3为本发明实施例提供的组合导航主机的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的组合导航主机的工作流程图。

附图说明：1-卫星差分定位模块，2-组合导航模块，3-飞控模块。

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。

本发明的目的是提供一种无人机组合导航系统，旨在提高无人机的定位精度，可应用于卫星定位技术领域。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的无人机组合导航系统结构示意图。图2为本发明实施例提供的无人机组合导航系统结构组成图。如图1-图2所示，本实施例中的无人机组合导航系统，包括：依次连接的卫星差分定位模块1、组合导航模块2和飞控模块3；卫星差分定位模块1和组合导航模块2均与观测卫星连接；观测卫星至少为四个。

卫星差分定位模块1，用于：

获取第一卫星定位信号和第二卫星定位信号集；第一卫星定位信号为当前时刻的观测卫星的卫星定位信号，第二卫星定位信号集包括在预设时间段内的观测卫星的多个卫星定位信号。

根据第一卫星定位信号和第二卫星定位信号集确定差分修正信息。

组合导航模块2，用于：

获取第一卫星定位信号。

根据第一卫星定位信号确定第一位置信息；第一位置信息为当前时刻的组合导航模块2的位置信息；第一位置信息包括目标无人机的经度、纬度和高度。

根据卫星差分定位模块1发送的差分修正信息，对第一位置信息进行修正，得到修正后的第一位置信息。

飞控模块3，用于：

利用组合导航模块2发送的修正后的第一位置信息，控制目标无人机飞行。

作为一种可选的实施方式，卫星差分定位模块1包括：基站天线。

基站天线用于获取第一卫星定位信号和第二卫星定位信号集。

作为一种可选的实施方式，卫星差分定位模块1包括：基站卫星接收机；基站卫星接收机与基站天线连接。

基站卫星接收机，用于：

根据第一卫星定位信号确定第二位置信息；第二位置信息为当前时刻的基站卫星接收机的位置信息。

根据第二卫星定位信号集确定第三位置信息；第三位置信息为在预设时间段内的基站卫星接收机的位置信息的平均值。

计算第二位置信息和第三位置信息的差，得到差分修正信息。

具体的，通过地面电源为基站卫星接收机供电。

基站卫星接收机选用NOVATel成熟产品ProPak6全系统全频点卫星接收机，向组合导航模块2发送差分修正信息，实现RTK定位，提供差分厘米级的定位精度。

作为一种可选的实施方式，卫星差分定位模块1还包括：基站电台和机载电台；基站卫星接收机、基站电台、机载电台与组合导航模块2依次连接。

基站电台用于将差分修正信息发送至机载电台。

机载电台用于将差分修正信息发送至组合导航模块2。

具体的，通过地面电源为基站电台供电。通过机上电源为机载电台供电。

电台：基站电台和机载电台均选用相同规格的电台，基站电台要实现卫星差分的发射，选用大功率电台ADLVantage 35，可实现30km基站的信号发射。机载电台主要实现差分信息的接收，选用同规格小功率ADLVantage。

作为一种可选的实施方式，卫星差分定位模块1还包括：基站电台天线和机载电台天线；基站电台天线与基站电台连接，机载电台天线与机载电台连接。

基站电台依次通过基站电台天线和机载电台天线，将差分修正信息发送至机载电台。

作为一种可选的实施方式，组合导航模块2包括：组合导航主机和卫星定位天线；组合导航主机与卫星定位天线连接。

卫星定位天线，用于：

获取第一卫星定位信号。

组合导航主机，用于：

根据第一卫星定位信号确定第一位置信息。

如图3所示，组合导航主机包括电源模块、卫星导航接收机(包括GPS、BD、GLONASS三种系统，三者互为备份)、三轴光纤陀螺、三轴线加速度计和计算机电路。

三轴光纤陀螺用于测量姿态信(包括航向角、俯仰角和滚转角)；三轴线加速度计用于测量速度信息(包括加速度和角速度)；卫星导航接收机用于接收卫星信号进行定位解算：卫星将生成的定位信号向地球发出，卫星导航接收机天线同时接收多个卫星定位信号的叠加信号；定位信号经过下变频和采集后，由定位板卡和基带信号处理部分进行处理，捕获各个定位信号分离数据码、测距码和载波信号，跟踪测距码和载波，并解码。卫星导航接收机信号板卡定时输出数据码内容和各个观测值，观测值实时解算，输出定位位置信息(包括：经度、纬度和高度)。

计算机电路接收传感器信息、运行误差补偿、初始对准计算和导航计算，并完成输入输出处理；电源模块将输入电源转换为各部件需要的电源电压。

如图4所示，组合导航主机的工作流程为：

(1)系统的启动和自检测：

系统启动之后，各个部件的工作是否正常，通过自检测程序进行检测，其中包括电源、Flash状态、PPS状态、陀螺和加速度计等状态，通过自检测，发现有不正常，则发出告警信息。

(2)系统初始化：

初始化位置和初始速度。

导航平台的初始对准，确定姿态矩阵的初始值，计算机中对准程序来完成。

对陀螺运行误差补偿，对加速度计进行测定标定。

(3)计算姿态矩阵。

(4)导航计算：把加速度计的输出信息交换到导航坐标系，然后计算出速度、位置和姿态等导航信息。

作为一种可选的实施方式，组合导航模块至少为一个。如图2中，包括两个组合导航模块，分别为主组合导航主机与天线A和天线B组成的主组合导航模块以及分别为副组合导航主机与天线C和天线D组成的副组合导航模块。通过机上电源为主组合导航主机和副组合导航主机供电。

主组合导航模块与副组合导航模块的状态完全一致，二者互为备份。

作为一种可选的实施方式，卫星定位天线至少为一个。如图2中，与主组合导航主机连接的卫星定位天线有两个，分别为天线A和天线B，二者互为备份；与副组合导航主机连接的卫星定位天线有两个，分别为天线C和天线D，二者互为备份。

技术效果：

(1)本发明在进行无人机定位时，在利用至少四个观测卫星的信号进行定位的基础上，增加了卫星差分定位模块，提高了无人机的定位精度。

(2)本发明采用冗余设计，即组合导航模块至少为一个，卫星定位天线至少为一个，提高了无人机定位的可靠性。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。

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系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种无人机组合导航系统，其特征在于，包括：依次连接的卫星差分定位模块、组合导航模块和飞控模块；所述卫星差分定位模块和所述组合导航模块均与观测卫星连接；所述观测卫星至少为四个；

所述卫星差分定位模块，用于：

所述组合导航模块，用于：

获取所述第一卫星定位信号；

所述飞控模块，用于：

2.根据权利要求1所述的无人机组合导航系统，其特征在于，所述卫星差分定位模块包括：基站天线；

3.根据权利要求1所述的无人机组合导航系统，其特征在于，所述卫星差分定位模块包括：基站卫星接收机；所述基站卫星接收机与所述基站天线连接；

所述基站卫星接收机，用于：

4.根据权利要求3所述的无人机组合导航系统，其特征在于，所述卫星差分定位模块还包括：基站电台和机载电台；所述基站卫星接收机、所述基站电台、所述机载电台与所述组合导航模块依次连接；

5.根据权利要求4所述的无人机组合导航系统，其特征在于，所述卫星差分定位模块还包括：基站电台天线和机载电台天线；所述基站电台天线与所述基站电台连接，所述机载电台天线与所述机载电台连接；

6.根据权利要求1所述的无人机组合导航系统，其特征在于，所述组合导航模块包括：组合导航主机和卫星定位天线；所述组合导航主机与所述卫星定位天线连接；

所述卫星定位天线，用于：

获取所述第一卫星定位信号；

所述组合导航主机，用于：

根据所述第一卫星定位信号确定所述第一位置信息；

7.根据权利要求1所述的无人机组合导航系统，其特征在于，所述组合导航模块至少为一个。

8.根据权利要求6所述的无人机组合导航系统，其特征在于，所述卫星定位天线至少为一个。