CN116101497A - 一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置及追踪方法 - Google Patents

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陈伯建
吴文斌
王仁书
韩腾飞
李哲舟
林承华
梁曼舒
陈卓磊
陈梅僖
陈文彬
孙嫱
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Abstract

本发明公开了一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置及追踪方法,包括无人机本体、无人机控制端、无人机伞降机构、卫星通讯定位终端。所述无人机伞降结构可以在无人机高空失控或故障时自动打开,保护无人机不受损伤,所述卫星通讯定位终端内含定位模块实时播发无人机位置,并通过北斗短报文通讯模块定期发送无人机位置信息至北斗短报文服务平台并转发至无人机飞行控制人员,从而告知无人机坠机位置,实现无人机追踪。本发明能够解决现有无人机无法在无公网信号覆盖下定位追踪问题,降低无人机失控坠机损失。

Description

一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置及追踪方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域,尤其涉及一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置及追踪方法。
背景技术
无人机因灵活便捷、视野广阔在电力设备巡检领域得到广泛应用。现有无人机统筹通过GNSS+RTK等方式实现实时定位,但在无公网覆盖区域,无人机失控坠机后,无法及时发送坠落无人机实时位置,无人机内核心拍摄数据以及机身难以搜寻,目前无人机100米高空坠机后搜寻到成功率低于10%。
申请号为CN202211218097.4的中国专利公开“一种陆地高原无人机起降阶段防碰撞控制系统跟踪方法”,该方法提供了一种陆地高原无人机起降阶段防碰撞控制系统跟踪方法,在上升或者下降之前,先通过位于机身顶部的第一观察模块或者底部的第二观察模块对即将飞行的环境进行观测,并找出在后续升降作业中可能发生碰撞的障碍物,处理模块在三维立体地图上对上述找到的可能会发生碰撞的障碍物进行位置的标出或者范围的圈选,并在设定路径时对其进行规避,同时结合跟踪的无人机共享的实际升降飞行轨迹,对路径进行进一步的修订形成最终路径,无人机按照最终路径进行后续的升降飞行。该方法不适用于中小型电力巡检无人机。
申请号为CN202220028218.8的中国专利公开“一种旋翼无人机伞降装置”,通过单片机及控制机构弹出降落伞,该结构体积较大,未与无人机本体控制系统形成联动,且无法实现坠机后的追踪定位。同类专利如申请号为CN202122368645.9的中国专利公开“一种勘测调查固定翼无人机伞降的缓冲机构”、申请号为CN202122387436.9的中国专利公开“一种用于无人机的应急伞降装置”等均无法实现无人机在无公网信号下的定位追踪问题,且伞降结构多与无人机本体主控模块脱离,难以精准快速弹出降落伞保护无人机。
发明内容
因此,为了解决上述不足,本发明提供一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置及追踪方法。
为了实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,包括无人机本体,所述无人机本体的顶部固定设置有控制端,所述控制端的顶部设置有伞降机构,所述控制端连接有卫星通讯定位终端。
作为本发明进一步的方案,所述伞降机构包括支撑板,所述支撑板固定设置在所述控制端顶部,所述支撑板的两侧分别固定设置有缓冲固定机构,所述支撑板的顶部设置有降落伞,正常飞行作业情况下所述降落伞收缩至无人机机身内,无人机故障坠落时所述降落伞展开。
作为本发明进一步的方案,所述支撑板顶部中间位置设置有支撑座,所述支撑座顶部固定连接有连接结构,所述降落伞的外缘环形阵列有若干牵引线,所述牵引线的另一端与所述连接结构上表面固定连接,所述连接结构包括主控模块控制电机,所述主控模块控制电机的输出端连接有降落伞盖,所述降落伞盖底部固定连接有压簧,所述压簧的另一端固定连接所述支撑座。
作为本发明进一步的方案,所述卫星通讯定位终端包括北斗短报文通讯模块、定位模块、蓝牙模块,所述北斗短报文通讯模块内置北斗专用的SIM卡,所述北斗短报文通讯模块设置在所述支撑板的上端,所述北斗短报文通讯模块外侧铰接有天线。
作为本发明进一步的方案,所述北斗短报文通讯模块的外侧开设有第一滑槽,所述第一滑槽内滑动连接有滑轴,所述滑轴的外侧转动连接有活动杆,所述活动杆的另一端与所述天线铰接,通过移动所述滑轴带动所述天线绕固定端旋转,所述第一滑槽远离所述天线的一端以及所述第一滑槽的中部均开设有与所述滑轴相适配的凹槽。
作为本发明进一步的方案,所述缓冲固定机构包括凸块、螺纹座、滑杆、缓冲弹簧,所述凸块与所述支撑板固定连接,所述凸块的底部固定连接有螺杆,所述螺杆下端开设有第二滑槽,所述滑杆通过所述第二滑槽套设在所述螺杆内,所述滑杆采用缓冲弹簧与所述第二滑槽的内部上端弹性连接。
作为本发明进一步的方案,所述螺杆穿设所述螺纹座且与所述螺纹座螺纹连接,所述螺纹座上端设置有移动套,所述移动套套设在所述螺杆外,所述移动套外侧固定连接有横板,所述横板顶部固定设置有若干橡胶垫,所述横板的顶部与无人机本体相接触。
一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置的追踪方法,具体包括以下步骤:
S1:无人机主控模块通过结合图传、数传、动力系统、加速度传感器、定位数据,当无人机下降加速度≥正常降落加速度,或图传、数传信息判断无人机是丢失,或无人机桨叶或动力系统故障时,判定无人机处于坠落或失去控制状态。
S2:当无人机处于坠落或失控状态,主控模块控制伞降结构控制电机,打开降落伞盖,弹簧结构弹出降落伞并在空气作用下张开,降低无人机坠落速度,保护无人机免受坠机损伤,同时卫星通讯定位终端通过北斗短报文通讯模块发送定位模块解算出的无人机位置信息,北斗短报文通讯模块典型发送间隔时间为30s。
S3:主控模块判断无人机是否落地或处于失踪状态,北斗短报文模块定时发送无人机位置信息至定位服务平台,通过定位服务平台短信或平台展示等方法告知飞手无人机位置,实现丢失无人机追踪。
与现有技术相比,本发明提供了一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置及追踪方法,具备以下有益效果:
1、本发明中,通过设置了伞降机构,当无人机本体发生事故时,通过降落伞能够降低下降时的速度,从而对无人机本体起到保护的作用,增加无人机本体使用安全性。
2、本发明中,通过设置了缓冲固定机构,将支撑板安装于控制端的底部中部,随后顺时针转动螺纹座,使螺纹座与螺杆螺纹传动,从而推动移动套往上端移动,使横板配合橡胶垫与无人机本体的底部端壁紧密贴合,实现快速与无人机本体的安装定位,同时在无人机本体下落时,会使滑杆与地面先接触,并且会压动缓冲弹簧产生形变,对下落时冲击力进行吸收,增加对无人机本体使用的防护性。
3、本发明中,通过设置了卫星通讯定位终端,卫星通讯定位终端内置北斗短报文通讯模块、定位模块、蓝牙模块,正常模式下通过蓝牙连接APP客户端实现RDSS定位、短报文通信和RNSS定位等功能,北斗短报文通讯模块通过天线接收和传递北斗卫星的短报文信号,工作人员通过操纵面板控制北斗短报文通讯模块进行短报文收发作业,实现快速的通讯作业,并且定位模块捕获、跟踪北斗二号和北斗三号卫星的短报文信号,解析、解码后发送至操纵面板,同时通过活动杆与天线形成三角支撑结构,增加天线使用稳定性,SOS模式下,终端会主动定位一次,然后将会在之后的第二个频度和第三个频度分别上报一次当前位置信息(1个位置点)到设置好的中心号码处,到设定好的上报周期时会在连续两个频度分别发送一条当前位置信息到中心号码处;流程结束后将会自动进入下个流程,循环工作。
该无人机采用星基服务提供定位,通过地面基准站网络对导航卫星信号进行连续跟踪观测,并处理形成相应的广域及区域差分改正与完好性信息,通过地球同步轨道卫星和专有服务平台进行播发,提供星地一体化下的高可用改正数据播发服务,面向各类终端和应用系统,提供广域覆盖范围的连续高可靠的厘米级精度的位置纠偏数据服务,通过北斗短报文通道配合高精度定位服务,实现传输巡检人员的位置状态信息,保障作业安全。
附图说明
图1是本发明立体结构示意图;
图2是本发明伞降机构立体结构示意图;
图3是本发明缓冲固定机构立体结构示意图;
图4是本发明缓冲固定机构局部剖面结构示意图;
图5是本发明卫星通讯定位终端立体结构示意图;
图6是本发明伞降机构中连接结构的结构示意图。
1、控制端;2、无人机本体;3、伞降机构;31、支撑板;32、缓冲固定机构;321、凸块;322、螺杆;323、螺纹座;324、移动套;325、横板;326、橡胶垫;327、滑杆;328、缓冲弹簧;329、第二滑槽;33、降落伞;34、支撑座;35、连接结构;351、降落伞盖;352、压簧;353、主控模块控制电机;36、牵引线;4、卫星通讯定位终端;41、北斗短报文通讯模块;42、第一滑槽;43、凹槽;44、滑轴;45、活动杆;46、天线。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案,下面通过具体实施例进行详细阐述。
实施例一
请参阅图1,一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,包括无人机本体2,无人机本体2的顶部固定设置有控制端1,控制端1的顶部设置有伞降机构3,控制端1连接有卫星通讯定位终端4。
请参阅图2,伞降机构3包括支撑板31、缓冲固定机构32、卫星通讯定位终端4、支撑座34、连接结构35、牵引线36和降落伞33,支撑板31固定安装于控制端1的顶部,支撑板31的两侧分别固定设置有缓冲固定机构32,支撑板31的顶部设置有降落伞33,正常飞行作业情况下降落伞33收缩至无人机机身内,无人机故障坠落时降落伞33展开,通过降落伞33能够降低下降时的速度,从而对无人机本体2起到保护的作用,增加无人机本体2使用安全性。
结合图6,支撑板31顶部中间位置设置有支撑座34,支撑座34顶部固定连接有连接结构35,降落伞33的外缘环形阵列有若干牵引线36,牵引线36的另一端与连接结构35上表面固定连接,连接结构35包括主控模块控制电机353,主控模块控制电机353的输出端连接有降落伞盖351,降落伞盖351底部固定连接有压簧352,压簧352的另一端固定连接支撑座34,当识别到无人机处于坠落或失控状态,主控模块控制主控模块控制电机353,在压簧352的作用下打开降落伞盖351,弹出降落伞33并在空气作用下张开,降低无人机坠落速度,保护无人机免受坠机损伤。
实施例二
结合图5,卫星通讯定位终端4包括北斗短报文通讯模块41、定位模块、蓝牙模块,北斗短报文通讯模块41的前端设置有北斗短报文通信串口和工控机通信串口,北斗短报文通讯模块41内置北斗专用的SIM卡,北斗短报文通讯模块41设置在支撑板31的上端,北斗短报文通讯模块41外侧铰接有天线46。
北斗短报文通讯模块41的外侧开设有第一滑槽42,第一滑槽42呈长条状,第一滑槽42内滑动连接有滑轴44,滑轴44的外侧转动连接有活动杆45,活动杆45的另一端与天线46铰接,通过移动滑轴44带动天线46绕固定端旋转,第一滑槽42远离天线46的一端以及第一滑槽42的中部均开设有与滑轴44相适配的凹槽43。
北斗短报文通讯模块41通过天线46接收和传递北斗卫星的短报文信号,正常开机模式下,终端可通过参数配置实现自动位置上报的功能,自动位置上报功能的开启需配置相关参数后自动生效,并且参数掉电保存,即用户下次开机后终端会自动执行位置上报。参数配置见协议-$CCPRS指令,终端自动位置上报支持单点位置上报和多点位置上报。根据用户的不同参数配置执行,相关的解析参考协议的定义,单点位置上报:用户一次上报的内容里只包含1个位置信息;多点位置上报:用户一次上报的内容里包含多个位置点信息。
具体的,由于北斗卡等级限制单次通信的字节容量,设置多点位置上报时,如3级卡最大可设置采集4个位置点。
由于自动位置上报会占用设备的北斗卡的发射频度,用户在开机模式下若需自动位置上报与通信聊天两个功能同时使用时,建议将自动位置上报的频率设置低一些,以保障通信信息可以及时发送。
工作人员通过操纵面板控制北斗短报文通讯模块41进行短报文收发作业,实现快速的通讯作业,并且定位模块捕获、跟踪北斗二号和北斗三号卫星的短报文信号,解析、解码后发送至操纵面板,同时通过活动杆45与天线46形成三角支撑结构,增加天线46使用稳定性。
当天线46不使用时,使滑轴44解除与第一滑槽42中部凹槽43的限位,随后往第一滑槽42左端滑动,使天线46逆时针摆动,对天线46进行回收,同时使滑轴44嵌入于第一滑槽42最左端凹槽43内进行定位,使用方便快速。
实施例三
结合图3和图4,缓冲固定机构32包括凸块321、螺纹座323、滑杆327、缓冲弹簧328,凸块321与支撑板31固定连接,凸块321的底部固定连接有螺杆322,螺杆322为碳钢材质,硬度高,螺杆322下端开设有第二滑槽329,滑杆327通过第二滑槽329套设在螺杆322内,滑杆327与螺杆322滑动连接,滑杆327采用缓冲弹簧328与第二滑槽329的内部上端弹性连接。
螺杆322穿设螺纹座323且与螺纹座323螺纹连接,螺纹座323上端设置有移动套324,移动套324随着螺纹座323同步移动,移动套324套设在螺杆322外,移动套324外侧固定连接有横板325,横板325顶部固定设置有若干橡胶垫326,橡胶垫326呈圆柱体状,横板325的顶部与无人机本体2相接触。
通过设置了缓冲固定机构32,将支撑板31安装于控制端的底部中部,随后顺时针转动螺纹座323,使螺纹座323与螺杆322螺纹传动,从而推动移动套324往上端移动,使横板325配合橡胶垫326与无人机本体2的底部端壁紧密贴合,实现快速与无人机本体2的安装定位,同时在无人机本体2下落时,会使滑杆327与地面先接触,并且会压动缓冲弹簧328产生形变,对下落时冲击力进行吸收,增加对无人机本体2使用的防护性。
实施例四
一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置的追踪方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1:无人机主控模块通过结合图传、数传、动力系统、加速度传感器、定位数据,当无人机下降加速度≥正常降落加速度,或图传、数传信息判断无人机是丢失,或无人机桨叶或动力系统故障时,判定无人机处于坠落或失去控制状态。
S2:当无人机处于坠落或失控状态,主控模块控制伞降结构控制电机,打开降落伞盖351,压簧352弹出降落伞33并在空气作用下张开,降低无人机坠落速度,保护无人机免受坠机损伤,同时卫星通讯定位终端4通过北斗短报文通讯模块41发送定位模块解算出的无人机位置信息,北斗短报文通讯模块41典型发送间隔时间为30s。
S3:主控模块判断无人机是否落地或处于失踪状态,北斗短报文模块定时发送无人机位置信息至定位服务平台,通过定位服务平台短信或平台展示等方法告知飞手无人机位置,实现丢失无人机追踪。
该无人机采用星基服务提供定位,通过地面基准站网络对导航卫星信号进行连续跟踪观测,并处理形成相应的广域及区域差分改正与完好性信息,通过地球同步轨道卫星和专有服务平台进行播发,提供星地一体化下的高可用改正数据播发服务,面向各类终端和应用系统,提供广域覆盖范围的连续高可靠的厘米级精度的位置纠偏数据服务,通过北斗短报文通道配合高精度定位服务,实现传输巡检人员的位置状态信息,保障作业安全。
本发明的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制,动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识,并且本发明主要用来保护机械装置,所以本发明不再详细解释控制方式和接线布置。
本发明的控制方式是通过控制器来自动控制,控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现,电源的提供也属于本领域的公知常识,并且本发明主要用来保护机械装置,所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。
以上所述仅为本发明的优选实例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,其特征在于:包括无人机本体(2),所述无人机本体(2)的顶部固定设置有控制端(1),所述控制端(1)的顶部设置有伞降机构(3),所述控制端(1)连接有卫星通讯定位终端(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,其特征在于:所述伞降机构(3)包括支撑板(31),所述支撑板(31)固定设置在所述控制端(1)顶部,所述支撑板(31)的两侧分别固定设置有缓冲固定机构(32),所述支撑板(31)的顶部设置有降落伞(33),正常飞行作业情况下所述降落伞(33)收缩至无人机机身内,无人机故障坠落时所述降落伞(33)展开。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,其特征在于:所述支撑板(31)顶部中间位置设置有支撑座(34),所述支撑座(34)顶部固定连接有连接结构(35),所述降落伞(33)的外缘环形阵列有若干牵引线(36),所述牵引线(36)的另一端与所述连接结构(35)上表面固定连接,所述连接结构(35)包括主控模块控制电机(353),所述主控模块控制电机(353)的输出端连接有降落伞盖(351),所述降落伞盖(351)底部固定连接有压簧(352),所述压簧(352)的另一端固定连接所述支撑座(34)。
4.根据权利要求2所述的一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,其特征在于:所述卫星通讯定位终端(4)包括北斗短报文通讯模块(41)、定位模块、蓝牙模块,所述北斗短报文通讯模块(41)内置北斗专用的SIM卡,所述北斗短报文通讯模块(41)设置在所述支撑板(31)的上端,所述北斗短报文通讯模块(41)外侧铰接有天线(46)。
5.根据权利要求4所述的一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,其特征在于:所述北斗短报文通讯模块(41)的外侧开设有第一滑槽(42),所述第一滑槽(42)内滑动连接有滑轴(44),所述滑轴(44)的外侧转动连接有活动杆(45),所述活动杆(45)的另一端与所述天线(46)铰接,通过移动所述滑轴(44)带动所述天线(46)绕固定端旋转,所述第一滑槽(42)远离所述天线(46)的一端以及所述第一滑槽(42)的中部均开设有与所述滑轴(44)相适配的凹槽(43)。
6.根据权利要求2所述的一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,其特征在于:所述缓冲固定机构(32)包括凸块(321)、螺纹座(323)、滑杆(327)、缓冲弹簧(328),所述凸块(321)与所述支撑板(31)固定连接,所述凸块(321)的底部固定连接有螺杆(322),所述螺杆(322)下端开设有第二滑槽(329),所述滑杆(327)通过所述第二滑槽(329)套设在所述螺杆(322)内,所述滑杆(327)采用缓冲弹簧(328)与所述第二滑槽(329)的内部上端弹性连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置,其特征在于:所述螺杆(322)穿设所述螺纹座(323)且与所述螺纹座(323)螺纹连接,所述螺纹座(323)上端设置有移动套(324),所述移动套(324)套设在所述螺杆(322)外,所述移动套(324)外侧固定连接有横板(325),所述横板(325)顶部固定设置有若干橡胶垫(326),所述横板(325)的顶部与无人机本体(2)相接触。
8.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文的无人机防坠追踪装置的追踪方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1:无人机主控模块通过结合图传、数传、动力系统、加速度传感器、定位数据,当无人机下降加速度≥正常降落加速度,或图传、数传信息判断无人机是丢失,或无人机桨叶或动力系统故障时,判定无人机处于坠落或失去控制状态。
S2:当无人机处于坠落或失控状态,主控模块控制伞降结构控制电机,打开降落伞盖(351),压簧(352)弹出降落伞(33)并在空气作用下张开,降低无人机坠落速度,保护无人机免受坠机损伤,同时卫星通讯定位终端(4)通过北斗短报文通讯模块(41)发送定位模块解算出的无人机位置信息,北斗短报文通讯模块(41)典型发送间隔时间为30s。
S3:主控模块判断无人机是否落地或处于失踪状态,北斗短报文通讯模块(41)定时发送无人机位置信息至定位服务平台,通过定位服务平台短信或平台展示等方法告知飞手无人机位置,实现丢失无人机追踪。
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