CN116880570A - 一种无人机无线定向导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机无线定向导航系统，涉及无人机定向导航技术领域，现提出如下方案，包括范围选择单元、横向路径规划单元、自主控制单元、飞行单元、植被高度监测单元和纵向路径规划单元；所述范围选择单元用于通过电子地图选择无人机农业作业范围，并将选择的作业范围数据传输至横向路径规划单元内；本发明通过横向路径规划和纵向路径规划使无人机与高矮植被始终保持一定的作业距离，避免因为高距离导致的喷洒不均匀，喷洒质量不佳的情况发生，而且本发明具有自动避让和驱赶功能避免生物和物体对作业中的无人机造成损害，保障无人机的正常运行，同时本发明还具有路径监测的功能，避免无人机脱离移动路径。

Description

一种无人机无线定向导航系统

技术领域

本发明涉及无人机定向导航技术领域，尤其涉及一种无人机无线定向导航系统。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车

载计算机完全地或间歇地自主地操作。与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等领域的应用，大大地拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。

与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。而无人机的定位导航是其非常重要的模块之一，尤其是应用于农业作业，通过对无人机进行人为路径规划，并将规划数据传输给无人机，无人机根据路径数据植被进行农业作业，因为植被高度不同，所以无人机在作业时需要位于最高植被的上方，但是因为高距离又因为风的因素从而会导致农药喷洒不均匀的情况发生，所以只是横向路径规划还无法满足农业作业的需要，为此我们提出了一种无人机无线定向导航系统。

发明内容

本发明提出的一种无人机无线定向导航系统，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种无人机无线定向导航系统，包括范围选择单元、横向路径规划单元、自主控制单元、飞行单元、植被高度监测单元和纵向路径规划单元；

所述范围选择单元用于通过电子地图选择无人机农业作业范围，并将选择的作业范围数据传输至横向路径规划单元内，范围选择单元对作业区域进行选择，无人机会在选择后的区域内进行作业；

所述横向路径规划单元接收范围选择单元传输的作业范围数据，并根据作业范围数据指定覆盖作业范围的无人机横向移动路径，并将横向移动路径数据传输至自主控制单元内，横向路径规划单元根据作业区域以及无人机自身作业数据规划出无人机移动路径，该移动路径施行后可以满足作业要求，例如喷洒农药，无人机根据喷洒范围和作业区域进行移动路径规划，从而在最短的路径下满足作业要求；

所述自主控制单元接收横向路径规划单元传输的横向移动路径数据，并根据横向移动路径数据控制飞行单元移动至飞行起点；

所述植被高度监测单元通过自主控制单元控制运行，实时监测作业植被与无人机之间的高度，并将监测数据实时传输至纵向路径规划单元内，植被高度监测单元实时监测无人机与植被顶部的距离，使无人机与植被始终保持近距离，在喷洒作业时降低大风影响的喷洒质量，均匀喷洒作业；

所述纵向路径规划单元接收植被高度监测数据并根据高度数据规划无人机的纵向移动路径，并将规划后的纵向移动路径传输至自主控制单元内，所述自主控制单元接收到纵向路径规划数据后并根据其控制飞行单元使无人机移动至植被上方的指定高度，所述自主控制单元控制飞行单元按照横向路径规划数据使无人机移动近距离植被作业，同时根据接收到的纵向路径规划单元传输的纵向路径数据改变无人机高度，使无人机始终与植被保持短距离作业，纵向路径规划单元监测到无人机前方植被高度升高或降低，那么纵向路径规划单元就会规划纵向路径，使无人机上升和下降保持无人机与植被之间的距离。

进一步地，系统还包括范围监测单元、自动避让单元和驱赶单元；

所述范围监测单元用于对无人机周围物体以及生物进行监测和识别，同时范围监测单元将生物和物体的移动路径传输至自动避让单元，同时范围监测单元监测识别到的生物后将对应的启动信号传输至和驱赶单元内，范围监测单元监测靠近无人机一定范围内的物体和生物，为后续避让和驱赶提供数据；

所述自动避让单元接收到范围监测单元传输的生物以及物体移动路径，并根据移动路径进行后续移动路径的预判，并将路径预判数据和避让信号传输至自主控制单元内，所述自主控制单元根据路径预判数据和避让信号控制飞行单元根据路径预判数据进行紧急避让，自动避让单元根据路径预判数据制定避让路径；

所述驱赶单元接收到范围监测单元传输的驱赶单元启动信号后驱赶单元根据启动信号类型启动对应的驱赶器，驱赶靠近的生物，驱赶单元根据生物的不同通过声和光等驱赶靠近的生物，保护无人机的正常运行。

进一步地，系统还包括路径监测单元和路径重新规划单元；

所述路径监测单元通过自主控制单元启动，并接收自主控制单元传输的横向路径规划数据和纵向路径规划数据，并根据横向路径规划数据和纵向路径规划数据监测无人机是否处于路径轨道上，路径出现偏离后路径监测单元将无人机实际位置以及横向路径规划数据和纵向路径规划数据传输至路径重新规划单元内，路径监测单元监测无人机是否位于规划路径上，例如自动避让后，无人机脱离规划路径，则需要对其进行监测，辅助其回至规划的路径上；

所述路径重新规划单元接收到无人机实际位置以及横向路径规划数据和纵向路径规划数据后，根据接收到的数据规划无人机重回横向路径和纵向路径的移动路径，并将规划后的移动路径数据传输至自主控制单元，所述自主控制单元根据移动路径数据控制飞行单元使无人机重回横向路径和纵向路径，路径重新规划单元监测到无人机脱离指定路径后帮助无人机重回指定路径。

进一步地，所述范围选择单元的输出端与横向路径规划单元的输入端相连接，所述横向路径规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接，所述自主控制单元的输出端与飞行单元的输入端相连接。

进一步地，所述自主控制单元的输出端与植被高度监测单元的输入端相连接，所述植被高度监测单元的输出端与纵向路径规划单元的输入端相连接，所述纵向路径规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接。

进一步地，所述自主控制单元的输出端与范围监测单元的输入端相连接，所述范围监测单元的输出端与自动避让单元的输入端相连接，所述范围监测单元的输出端与驱赶单元的输入端相连接，所述自动避让单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接。

进一步地，所述自主控制单元的输出端与路径监测单元的输入端相连接，所述路径监测单元的输出端与路径重新规划单元的输入端相连接，所述路径重新规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过横向路径规划和纵向路径规划使无人机与高矮植被始终保持一定的作业距离，避免因为高距离导致的喷洒不均匀，喷洒质量不佳的情况发生，而且本发明具有自动避让和驱赶功能避免生物和物体对作业中的无人机造成损害，保障无人机的正常运行，同时本发明还具有路径监测的功能，避免无人机脱离移动路径。

附图说明

图1为本发明提出的一种无人机无线定向导航系统的系统框图。

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、完整的描述，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“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，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是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中的具体含义。

实施例1：参照图1：一种无人机无线定向导航系统，包括范围选择单元、横向路径规划单元、自主控制单元、飞行单元、植被高度监测单元和纵向路径规划单元；

范围选择单元用于通过电子地图选择无人机农业作业范围，并将选择的作业范围数据传输至横向路径规划单元内，范围选择单元对作业区域进行选择，无人机会在选择后的区域内进行作业；

横向路径规划单元接收范围选择单元传输的作业范围数据，并根据作业范围数据指定覆盖作业范围的无人机横向移动路径，并将横向移动路径数据传输至自主控制单元内，横向路径规划单元根据作业区域以及无人机自身作业数据规划出无人机移动路径，该移动路径施行后可以满足作业要求，例如喷洒农药，无人机根据喷洒范围和作业区域进行移动路径规划，从而在最短的路径下满足作业要求；

自主控制单元接收横向路径规划单元传输的横向移动路径数据，并根据横向移动路径数据控制飞行单元移动至飞行起点；

植被高度监测单元通过自主控制单元控制运行，通过测距算法实时监测作业植被与无人机之间的高度，并将监测数据实时传输至纵向路径规划单元内，植被高度监测单元实时监测无人机与植被顶部的距离，使无人机与植被始终保持近距离，在喷洒作业时降低大风影响的喷洒质量，均匀喷洒作业；

所述测距算法如下：

Y=B/A；

激光从测距仪发出再返回测距仪的时间是Y；

调制激光的角频率为A；

激光在被测物体上来回往返一次所产生的相位延迟为B；

X=YZ/2=1/2.Z.B/A；

测距仪到物体之间的距离为X；

激光在大气中的传播速度是Z；

纵向路径规划单元接收植被高度监测数据并根据高度数据规划无人机的纵向移动路径，并将规划后的纵向移动路径传输至自主控制单元内，自主控制单元接收到纵向路径规划数据后并根据其控制飞行单元使无人机移动至植被上方的指定高度，自主控制单元控制飞行单元按照横向路径规划数据使无人机移动近距离植被作业，同时根据接收到的纵向路径规划单元传输的纵向路径数据改变无人机高度，使无人机始终与植被保持短距离作业，纵向路径规划单元监测到无人机前方植被高度升高或降低，那么纵向路径规划单元就会规划纵向路径，使无人机上升和下降保持无人机与植被之间的距离；

系统还包括范围监测单元、自动避让单元和驱赶单元；

范围监测单元用于对无人机周围物体以及生物进行监测和识别，同时范围监测单元将生物和物体的移动路径传输至自动避让单元，同时范围监测单元监测识别到的生物后将对应的启动信号传输至和驱赶单元内，范围监测单元监测靠近无人机一定范围内的物体和生物，为后续避让和驱赶提供数据；

自动避让单元接收到范围监测单元传输的生物以及物体移动路径，并根据移动路径进行后续移动路径的预判，并将路径预判数据和避让信号传输至自主控制单元内，自主控制单元根据路径预判数据和避让信号控制飞行单元根据路径预判数据进行紧急避让，自动避让单元根据路径预判数据制定避让路径；

驱赶单元接收到范围监测单元传输的驱赶单元启动信号后驱赶单元根据启动信号类型启动对应的驱赶器，驱赶靠近的生物，驱赶单元根据生物的不同通过声和光等驱赶靠近的生物，保护无人机的正常运行。

实施例2：参照图1：本实施例在实施例1的基础上提供了一种技术方案：系统还包括路径监测单元和路径重新规划单元；

路径监测单元通过自主控制单元启动，并接收自主控制单元传输的横向路径规划数据和纵向路径规划数据，并根据横向路径规划数据和纵向路径规划数据监测无人机是否处于路径轨道上，路径出现偏离后路径监测单元将无人机实际位置以及横向路径规划数据和纵向路径规划数据传输至路径重新规划单元内，路径监测单元监测无人机是否位于规划路径上，例如自动避让后，无人机脱离规划路径，则需要对其进行监测，辅助其回至规划的路径上；

路径重新规划单元接收到无人机实际位置以及横向路径规划数据和纵向路径规划数据后，根据接收到的数据规划无人机重回横向路径和纵向路径的移动路径，并将规划后的移动路径数据传输至自主控制单元，自主控制单元根据移动路径数据控制飞行单元使无人机重回横向路径和纵向路径，路径重新规划单元监测到无人机脱离指定路径后帮助无人机重回指定路径；

范围选择单元的输出端与横向路径规划单元的输入端相连接，横向路径规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接，自主控制单元的输出端与飞行单元的输入端相连接；

自主控制单元的输出端与植被高度监测单元的输入端相连接，植被高度监测单元的输出端与纵向路径规划单元的输入端相连接，纵向路径规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接；

自主控制单元的输出端与范围监测单元的输入端相连接，范围监测单元的输出端与自动避让单元的输入端相连接，范围监测单元的输出端与驱赶单元的输入端相连接，自动避让单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接；

自主控制单元的输出端与路径监测单元的输入端相连接，路径监测单元的输出端与路径重新规划单元的输入端相连接，路径重新规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无人机无线定向导航系统，其特征在于，包括范围选择单元、横向路径规划单元、自主控制单元、飞行单元、植被高度监测单元和纵向路径规划单元；

所述范围选择单元用于通过电子地图选择无人机农业作业范围，并将选择的作业范围数据传输至横向路径规划单元内；

所述横向路径规划单元接收范围选择单元传输的作业范围数据，并根据作业范围数据指定覆盖作业范围的无人机横向移动路径，并将横向移动路径数据传输至自主控制单元内；

所述自主控制单元接收横向路径规划单元传输的横向移动路径数据，并根据横向移动路径数据控制飞行单元移动至飞行起点；

所述植被高度监测单元通过自主控制单元控制运行，实时监测作业植被与无人机之间的高度，并将监测数据实时传输至纵向路径规划单元内；

所述纵向路径规划单元接收植被高度监测数据并根据高度数据规划无人机的纵向移动路径，并将规划后的纵向移动路径传输至自主控制单元内，所述自主控制单元接收到纵向路径规划数据后并根据其控制飞行单元使无人机移动至植被上方的指定高度，所述自主控制单元控制飞行单元按照横向路径规划数据使无人机移动近距离植被作业，同时根据接收到的纵向路径规划单元传输的纵向路径数据改变无人机高度，使无人机始终与植被保持短距离作业。

2.根据权利要求1所述的一种无人机无线定向导航系统，其特征在于，还包括范围监测单元、自动避让单元和驱赶单元；

所述范围监测单元用于对无人机周围物体以及生物进行监测和识别，同时范围监测单元将生物和物体的移动路径传输至自动避让单元，同时范围监测单元监测识别到的生物后将对应的启动信号传输至和驱赶单元内；

所述自动避让单元接收到范围监测单元传输的生物以及物体移动路径，并根据移动路径进行后续移动路径的预判，并将路径预判数据和避让信号传输至自主控制单元内，所述自主控制单元根据路径预判数据和避让信号控制飞行单元根据路径预判数据进行紧急避让；

所述驱赶单元接收到范围监测单元传输的驱赶单元启动信号后驱赶单元根据启动信号类型启动对应的驱赶器，驱赶靠近的生物。

3.根据权利要求2所述的一种无人机无线定向导航系统，其特征在于，还包括路径监测单元和路径重新规划单元；

所述路径监测单元通过自主控制单元启动，并接收自主控制单元传输的横向路径规划数据和纵向路径规划数据，并根据横向路径规划数据和纵向路径规划数据监测无人机是否处于路径轨道上，路径出现偏离后路径监测单元将无人机实际位置以及横向路径规划数据和纵向路径规划数据传输至路径重新规划单元内；

所述路径重新规划单元接收到无人机实际位置以及横向路径规划数据和纵向路径规划数据后，根据接收到的数据规划无人机重回横向路径和纵向路径的移动路径，并将规划后的移动路径数据传输至自主控制单元，所述自主控制单元根据移动路径数据控制飞行单元使无人机重回横向路径和纵向路径。

4.根据权利要求3所述的一种无人机无线定向导航系统，其特征在于，所述范围选择单元的输出端与横向路径规划单元的输入端相连接，所述横向路径规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接，所述自主控制单元的输出端与飞行单元的输入端相连接。

5.根据权利要求4所述的一种无人机无线定向导航系统，其特征在于，所述自主控制单元的输出端与植被高度监测单元的输入端相连接，所述植被高度监测单元的输出端与纵向路径规划单元的输入端相连接，所述纵向路径规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接。

6.根据权利要求5所述的一种无人机无线定向导航系统，其特征在于，所述自主控制单元的输出端与范围监测单元的输入端相连接，所述范围监测单元的输出端与自动避让单元的输入端相连接，所述范围监测单元的输出端与驱赶单元的输入端相连接，所述自动避让单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接。

7.根据权利要求6所述的一种无人机无线定向导航系统，其特征在于，所述自主控制单元的输出端与路径监测单元的输入端相连接，所述路径监测单元的输出端与路径重新规划单元的输入端相连接，所述路径重新规划单元的输出端与自主控制单元的输入端相连接。