CN116953610B - 一种无人机定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机定位系统及方法，该系统包括：多组小型天线阵；以及主控模块，与各小型天线阵均连接，主控模块被配置为：响应于检测到系统启动指令，分别控制各小型天线阵检测在各小型天线阵的扫描范围内的无人机信号，并接收各小型天线阵检测到后实时传输的无人机信号；当多组小型天线阵中的任意N组同时检测到来自同一架无人机的第一无人机信号时，根据接收到的N个第一无人机信号，分别确定N组检测到第一无人机信号的小型天线阵相对于无人机的相对位置信息；至少基于相对位置信息，以及N组检测到第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定无人机的位置。本发明可以实现高精度的无人机定位。
Description
技术领域
本发明涉及无人机定位领域，尤其涉及一种无人机定位系统及方法。
背景技术
得益于计算机和传感器技术的发展，小型无人机得到了快速的发展和应用。
而在电力系统领域也存在一定的安全隐患和违法行为。例如，在一些电力基础设施保护区域，没有合格操作能力的人操纵的无人机很有能对设施造成伤害；在某些人流量密集的区域或景区，危险的操作行为也很有可能造成人员伤亡。
而对于此种低慢小目标的飞行器的实时目标跟踪，小型无人机设备往往在小范围内活动，并且以较低的功率与控制端进行通讯，因此针对小型无人机，大型的雷达和天线就不再适用了，从而需要一种能够以低成本高精度实现实时目标跟踪的设备。
而目前存在的实时跟踪设备主流现有技术是基于Open CV的图像识别技术，但部署在传统PC上基于软件实现的实时目标跟踪系统已暴露出多种弊端，例如，部署成本高昂，性价比低，环境适应能力差以及处理速度低下，而民用无人机在小范围内可以快速移动的特性无疑使其难以发挥作用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种无人机定位系统及方法，能够实现对小型民用无人机的高精度定位。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种无人机定位系统，包括：
多组小型天线阵；以及
主控模块，与各所述小型天线阵均连接，所述主控模块被配置为：
响应于检测到系统启动指令，分别控制各所述小型天线阵检测在各所述小型天线阵的扫描范围内的无人机信号，并接收各所述小型天线阵检测到后实时传输的无人机信号；
当所述多组小型天线阵中的任意N组同时检测到来自同一架无人机的第一无人机信号时，根据接收到的N个所述第一无人机信号，分别确定N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵相对于所述无人机的相对位置信息；其中，N为大于等于2的正整数；
至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定所述无人机的位置。
进一步的，所述相对位置信息包括用于指示角度的波达角信息；
所述至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定所述无人机的位置，具体包括：
基于N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵相对于所述无人机的角度，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，计算所述无人机的位置。
进一步的，所述N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵为沿直线方向布置的N组目标天线阵；
所述至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定所述无人机的位置，具体包括：
根据所述相对位置信息，确定所述无人机与所述直线方向所形成的第一平面；
根据N组所述目标天线阵相对于所述无人机的角度，以及N组所述目标天线阵两两之间的间距，确定在所述第一平面上的若干个三角形拓扑关系；其中，所述若干个三角形拓扑关系是由以N组所述目标天线阵中的任意两组与所述无人机分别作为三角形的三个顶点所确定的；
分别计算各所述三角形拓扑关系的第一垂线；其中，所述第一垂线为经过第一顶点的垂线，所述第一顶点是以所述无人机作为顶点；
基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离；
基于所述第一直线距离和所述第一平面确定所述无人机的位置。
进一步的，所述基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离，包括：
计算所有所述第一垂线的平均值以作为所述第一直线距离。
进一步的，N组所述目标天线阵等间距排列。
进一步的，N为2或4。
进一步的，所述小型天线阵包括两个多象限单元；
所述多象限单元具有若干相同的矩形侧面，各所述矩形侧面围成多面体结构，所述矩形侧面上设有双频微带天线。
进一步的，两个所述多象限单元通过呈直杆状的中部杆件连接，以使一所述多象限单元的各矩形侧面与另一所述多象限单元的各矩形侧面分别一一对应位于同一平面；
其中，分别设在两个所述多象限单元的位于同一平面的矩形侧面上的两个双频微带天线组成一个扫描单元。
进一步的，所述中部杆件上设有若干杆部固定孔，所述多象限单元上设有贯穿的移动固定孔；所述移动固定孔与任一所述杆部固定孔通过螺栓连接固定，以使所述多象限单元固定在所述中部杆件上；
所述中部杆件通过两个水平撑杆立设于地面上，以使两个所述多象限单元水平布置；其中，所述水平撑杆与所述中部杆件的相接部位呈上弧形。
进一步的，所述中部杆件的一端固定于底座，所述底座用于将所述中部杆件立设于地面上，以使两个所述多象限单元竖直布置。
进一步的，两个所述多象限单元安装在同一直线上，以使两个所述多象限单元同轴固定且水平布置。
进一步的，所述双频微带天线包括为长方体结构的介质基片和辐射贴片；所述介质基片的厚度为1.6mm，长度为57.4mm，宽度为72mm；所述辐射贴片的厚度为0.035mm，长度为28.7mm，宽度为36mm。
进一步的，所述辐射贴片设于所述介质基片的表面；所述基片和所述辐射贴片上设置有共同的同轴馈电点。
进一步的，各所述小型天线阵分别通过馈线与所述主控模块相连。
本发明实施例还提供了一种无人机定位方法，适用于主控模块，所述主控模块分别与多个小型天线阵连接；所述方法包括：
响应于检测到系统启动指令，分别控制各所述小型天线阵检测在各所述小型天线阵的扫描范围内的无人机信号，并接收各所述小型天线阵检测到后实时传输的无人机信号；
当所述多组小型天线阵中的任意N组同时检测到来自同一架无人机的第一无人机信号时，根据接收到的N个所述第一无人机信号，分别确定N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵相对于所述无人机的相对位置信息；其中，N为大于等于2的正整数；
至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定所述无人机的位置。
综上，本发明具有以下有益效果：采用本发明实施例，可以实现高精度的无人机定位，且无人机定位系统能够方便地部署在各种环境下，环境适应能力强、部署成本低。
附图说明
图1是本发明提供的一种无人机定位系统的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的三角形拓扑关系的其中一个实施例的示意图；
图3是本发明提供的三角形拓扑关系的其中一个实施例的示意图；
图4是本发明提供的多象限单元的一个实施例的示意图；
图5是本发明提供的两个多象限单元水平布置的一个实施例的示意图；
图6是本发明提供的两个多象限单元竖直布置的一个实施例的示意图；
图7是本发明提供的介质基片和辐射贴片的一个实施例的示意图；
图8是本发明提供的介质基片和辐射贴片的一个实施例的俯视示意图；
图9是本发明提供的三角形拓扑关系的其中一个实施例的示意图；
图10是本发明提供的三角形拓扑关系的其中一个实施例的示意图；
图11是本发明提供的三角形拓扑关系的其中一个实施例的示意图；
图12是本发明提供的一种无人机定位方法的一个实施例的流程示意图。
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作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。
在本申请描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，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”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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申请中的具体含义。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，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申请中的具体含义。
参见图1，是本发明提供的无人机定位系统的一个实施例的结构示意图，包括：
多组小型天线阵101；以及
主控模块102，与各所述小型天线阵101均连接，所述主控模块102被配置为：
响应于检测到系统启动指令，分别控制各所述小型天线阵101检测在各所述小型天线阵101的扫描范围内的无人机信号，并接收各所述小型天线阵101检测到后实时传输的无人机信号；
当所述多组小型天线阵101中的任意N组同时检测到来自同一架无人机的第一无人机信号时，根据接收到的N个所述第一无人机信号，分别确定N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101相对于所述无人机的相对位置信息；其中，N为大于等于2的正整数；
至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101两两之间的间距，确定所述无人机的位置。
示例性的，所述主控模块102为FPGA芯片。
可以理解的是，FPGA芯片（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）相比于基于冯诺依曼结构的传统CPU而言，具备更强大的数据并行处理能力，从而能够实现高效迅速地对多组小型天线阵101所检测到的数据进行并行处理，进而实现对无人机的高精度实时定位。且得益于FPGA芯片的实时性，此种技术路线相比于传统CPU而言拥有更加快速的数据处理能力，在较为严苛环境中也能保持更高的稳定性，也更易于使用和部署，适合在特定环境下部署无人机定位系统。
示例性的，所述小型天线阵101在工作时，其在正面120度范围内进行扫描，寻找信号源。
可以理解的是，使用多组结构较为简单的阵列天线获取多组角度信息，通过简单的三角函数计算即可得到信号源相对天线空间位置，从而完成后续工作流程。利用相较于冯诺依曼结构的传统CPU具备更强的硬件逻辑资源灵活编程能力和更强的并行处理能力的FPGA代替传统PC处理器控制天线工作以及后续数据处理。对于实时目标跟踪技术来说当前端探测传感器采集到实时信号后需要进行多种信号滤波处理，滤波函数往往需要大量的乘和累加操作。得益于FPGA的内部结构特点使其可以很容易的实现分布式的算法结构，从而高效的实现乘和累加操作。
作为上述方案的改进，所述相对位置信息包括用于指示角度的波达角信息；
所述至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101两两之间的间距，确定所述无人机的位置，具体包括：
基于N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101相对于所述无人机的角度，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101两两之间的间距，计算所述无人机的位置。
作为上述方案的改进，所述N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101为沿直线方向布置的N组目标天线阵；
所述至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101两两之间的间距，确定所述无人机的位置，具体包括：
根据所述相对位置信息，确定所述无人机与所述直线方向所形成的第一平面；
根据N组所述目标天线阵相对于所述无人机的角度，以及N组所述目标天线阵两两之间的间距，确定在所述第一平面上的若干个三角形拓扑关系；其中，所述若干个三角形拓扑关系是由以N组所述目标天线阵中的任意两组与所述无人机分别作为三角形的三个顶点所确定的；
分别计算各所述三角形拓扑关系的第一垂线；其中，所述第一垂线为经过第一顶点的垂线，所述第一顶点是以所述无人机作为顶点；
基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离；
基于所述第一直线距离和所述第一平面确定所述无人机的位置。
作为上述方案的改进，所述基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离，包括：
计算所有所述第一垂线的平均值以作为所述第一直线距离。
作为上述方案的改进，N组所述目标天线阵等间距排列。
需要说明的是，多组小型天线阵101两两之间的距离可以根据所需要扫描的范围进行动态调整，为保证两个波达角信息带入余弦定理后得到距离的误差足够小，应该选取与探测范围相近的间距；例如需要探测100米范围，水平扫描角度100度的范围时可以设置多组（以两组为例）小型天线阵101两两之间的间距d为大于等于10米小于等于100米；另外如果间距d较大的情况下可以选择利用无线通信的方式将多组（以两组为例）天线最终获得的波达角θ1、θ2实时传输到FPGA控制芯片，继而进行后续的信号处理流程。此外，为保证无线传输的稳定性与实时性，多组（以两组为例）天线阵列的间距d最好保证在1千米的范围之内。
作为上述方案的改进，N为2或4。
本实施例中：
当N为2时，参见图2，点1和2分别为两组小型天线阵101、点3为无人机组成一个三角形拓扑关系，利用三角函数通过如下公式计算得到图2中的各参数：
其中，Y为所述第一垂线。
当N为4时，同时参见图3、图9-图11（其中如图9-图11是对图3的放大补充），得到如下六个三角形拓扑关系：abc、acd、adc、abd、ace、abe。相应的对应于六组三角形拓扑关系的两个底角和底边距离将得到如下的三个参数矩阵：
基于上述三个参数矩阵，在每个三角形拓扑关系中分别应用上述N为2时的计算公式（其中对应于N为2时的/>，/>对应于N为2时的/>，i=a、b、c、d、e、f分别对应于六个三角形拓扑关系,且可以理解的是：/>、/>、/>实际上是同一个角，只是为了区分不同三角形拓扑关系而相应定义为不同的符号，其他角度也同理，在此不一一赘述），从而得到：
式中为Y结果矩阵。
更进一步推导可知任意N组的计算方式如下：
式中为Y结果矩阵。
其中，作为输入的三组参数矩阵。
作为上述方案的改进，所述小型天线阵101包括两个多象限单元；
所述多象限单元具有若干相同的矩形侧面，各所述矩形侧面围成多面体结构，所述矩形侧面上设有双频微带天线。
需要说明的是，所述双频微带天线用于通过2.4GHz的通信频段接收无人机控制信号，通过5.8GHz的通信频段接收无人机图传信号。
应理解，参见图4，确定双频微带天线的阵元数量以及阵元间距为25.86mm和排布方式为直线阵列；为了增大主瓣增益，采用切比雪夫阵列为天线阵列进行馈电以达到更好的效果。
作为上述方案的改进，两个所述多象限单元通过呈直杆状的中部杆件连接，以使一所述多象限单元的各矩形侧面12与另一所述多象限单元的各矩形侧面12分别一一对应位于同一平面；
其中，分别设在两个所述多象限单元的位于同一平面的矩形侧面12上的两个双频微带天线组成一个扫描单元。
具体的，参见图4，中部杆件4与多象限单元连接，任意一个多象限面12（即矩形侧面）上设有双频微带阵列天线的阵元13。
可以理解的是，将双频微带天线作为阵列天线的阵元从而组成阵列，使天线可以工作在两个不同的频率状况下。
需要说明的是，参见图5或图7，两个多象限单元的各矩形侧面12分别保持在同一平面上。
作为上述方案的改进，所述中部杆件上设有若干杆部固定孔15，所述多象限单元上设有贯穿的移动固定孔14；所述移动固定孔14与任一所述杆部固定孔15通过螺栓连接固定，以使所述多象限单元固定在所述中部杆件4上；
所述中部杆件4通过两个水平撑杆10立设于地面上，以使两个所述多象限单元水平布置；其中，所述水平撑杆10与所述中部杆件4的相接部位呈上弧形。
具体的，参见图4，移动固定孔14与任一杆部固定孔15在对准孔位后，通过螺栓固定。
需要说明的是，参见图5，两个水平撑杆10能够稳定立设于地面，且两个多象限单元分别为图5或图6中的多象限单元6和多象限单元7。
作为上述方案的改进，所述中部杆件4的一端固定于底座8，所述底座8用于将所述中部杆件4立设于地面上，以使两个所述多象限单元竖直布置。
具体的，参见图6，多象限单元6和多象限单元7之间通过中部杆件4连接（中部杆件还包括中间的可调整区域5）。
作为上述方案的改进，两个所述多象限单元安装在同一直线上，以使两个所述多象限单元同轴固定且水平布置。
可以理解的是，在本实施例中，两个多象限单元在布置的过程中采用激光定位装置以及经纬仪保证同轴固定；该种布置方式下两个多象限单元可以不受具体的安装结构限制，从而适合长距离布置。
作为上述方案的改进，所述双频微带天线包括为长方体结构的介质基片32和辐射贴片31；所述介质基片32的厚度为1.6mm，长度为57.4mm，宽度为72mm；所述辐射贴片31的厚度为0.035mm，长度为28.7mm，宽度为36mm。
作为上述方案的改进，所述辐射贴片31设于所述介质基片32的表面；所述基片32和所述辐射贴片31上设置有共同的同轴馈电点。
具体的，参见图7和图8，辐射贴片31设于介质基片32的表面，所述辐射贴片31的各条边和所述介质基片32的各条边分别一一对应平行，且所述介质基片32和所述辐射贴片31具有共同的几何中心；所述同轴馈电点T在y轴方向上与几何中心相距L1=7.85mm，在x轴方向上与几何中心相距L2=4.1mm。
作为上述方案的改进，各所述小型天线阵101分别通过馈线与所述主控模块102相连。
可以理解的是，采用并联馈电系统，由功率分配器，同轴馈电线，移相器构成。一个单独的双频微带阵列天线就已经设计完成。
参见图12，是本发明提供的无人机定位方法的一个实施例的流程示意图，该方法适用于主控模块102，所述主控模块102分别与多个小型天线阵101连接；该方法包括：
S1,响应于检测到系统启动指令，分别控制各所述小型天线阵101检测在各所述小型天线阵101的扫描范围内的无人机信号，并接收各所述小型天线阵101检测到后实时传输的无人机信号；
S2,当所述多组小型天线阵101中的任意N组同时检测到来自同一架无人机的第一无人机信号时，根据接收到的N个所述第一无人机信号，分别确定N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101相对于所述无人机的相对位置信息；其中，N为大于等于2的正整数；
S3,至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101两两之间的间距，确定所述无人机的位置。
示例性的，所述主控模块102为FPGA芯片。
可以理解的是，FPGA芯片（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）相比于基于冯诺依曼结构的传统CPU而言，具备更强大的数据并行处理能力，从而能够实现高效迅速地对多组小型天线阵101所检测到的数据进行并行处理，进而实现对无人机的高精度实时定位。且得益于FPGA芯片的实时性，此种技术路线相比于传统CPU而言拥有更加快速的数据处理能力，在较为严苛环境中也能保持更高的稳定性，也更易于使用和部署，适合在特定环境下部署无人机定位系统。
示例性的，所述小型天线阵101在工作时，其在正面120度范围内进行扫描，寻找信号源。
可以理解的是，使用多组结构较为简单的阵列天线获取多组角度信息，通过简单的三角函数计算即可得到信号源相对天线空间位置，从而完成后续工作流程。利用相较于冯诺依曼结构的传统CPU具备更强的硬件逻辑资源灵活编程能力和更强的并行处理能力的FPGA代替传统PC处理器控制天线工作以及后续数据处理。对于实时目标跟踪技术来说当前端探测传感器采集到实时信号后需要进行多种信号滤波处理，滤波函数往往需要大量的乘和累加操作。得益于FPGA的内部结构特点使其可以很容易的实现分布式的算法结构，从而高效的实现乘和累加操作。
作为上述方案的改进，所述相对位置信息包括用于指示角度的波达角信息；
所述至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101两两之间的间距，确定所述无人机的位置，具体包括：
基于N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101相对于所述无人机的角度，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101两两之间的间距，计算所述无人机的位置。
作为上述方案的改进，所述N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101为沿直线方向布置的N组目标天线阵；
所述至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵101两两之间的间距，确定所述无人机的位置，具体包括：
根据所述相对位置信息，确定所述无人机与所述直线方向所形成的第一平面；
根据N组所述目标天线阵相对于所述无人机的角度，以及N组所述目标天线阵两两之间的间距，确定在所述第一平面上的若干个三角形拓扑关系；其中，所述若干个三角形拓扑关系是由以N组所述目标天线阵中的任意两组与所述无人机分别作为三角形的三个顶点所确定的；
分别计算各所述三角形拓扑关系的第一垂线；其中，所述第一垂线为经过第一顶点的垂线，所述第一顶点是以所述无人机作为顶点；
基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离；
基于所述第一直线距离和所述第一平面确定所述无人机的位置。
作为上述方案的改进，所述基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离，包括：
计算所有所述第一垂线的平均值以作为所述第一直线距离。
作为上述方案的改进，N组所述目标天线阵等间距排列。
需要说明的是，多组小型天线阵101两两之间的距离可以根据所需要扫描的范围进行动态调整，为保证两个波达角信息带入余弦定理后得到距离的误差足够小，应该选取与探测范围相近的间距；例如需要探测100米范围，水平扫描角度100度的范围时可以设置多组（以两组为例）小型天线阵101两两之间的间距d为大于等于10米小于等于100米；另外如果间距d较大的情况下可以选择利用无线通信的方式将多组（以两组为例）天线最终获得的波达角θ1、θ2实时传输到FPGA控制芯片，继而进行后续的信号处理流程。此外，为保证无线传输的稳定性与实时性，多组（以两组为例）天线阵列的间距d最好保证在1千米的范围之内。
作为上述方案的改进，N为2或4。
本实施例中：
当N为2时，参见图2，点1和2分别为两组小型天线阵101、点3为无人机组成一个三角形拓扑关系，利用三角函数通过如下公式计算得到图2中的各参数：
其中，Y为所述第一垂线。
当N为4时，同时参见图3、图9-图11（其中如图9-图11是对图3的放大补充），得到如下六个三角形拓扑关系：abc、acd、adc、abd、ace、abe。相应的对应于六组三角形拓扑关系的两个底角和底边距离将得到如下的三个参数矩阵：
基于上述三个参数矩阵，在每个三角形拓扑关系中分别应用上述N为2时的计算公式（其中对应于N为2时的/>，/>对应于N为2时的/>，i=a、b、c、d、e、f分别对应于六个三角形拓扑关系,且可以理解的是：/>、/>、/>实际上是同一个角，只是为了区分不同三角形拓扑关系而相应定义为不同的符号，其他角度也同理，在此不一一赘述），从而得到：
式中为Y结果矩阵。
更进一步推导可知任意N组的计算方式如下：
/>
式中为Y结果矩阵。
其中，作为输入的三组参数矩阵。
作为上述方案的改进，所述小型天线阵101包括两个多象限单元；
所述多象限单元具有若干相同的矩形侧面，各所述矩形侧面围成多面体结构，所述矩形侧面上设有双频微带天线。
需要说明的是，所述双频微带天线用于通过2.4GHz的通信频段接收无人机控制信号，通过5.8GHz的通信频段接收无人机图传信号。
应理解，参见图4，确定双频微带天线的阵元数量以及阵元间距为25.86mm和排布方式为直线阵列；为了增大主瓣增益，采用切比雪夫阵列为天线阵列进行馈电以达到更好的效果。
作为上述方案的改进，两个所述多象限单元通过呈直杆状的中部杆件连接，以使一所述多象限单元的各矩形侧面12与另一所述多象限单元的各矩形侧面12分别一一对应位于同一平面；
其中，分别设在两个所述多象限单元的位于同一平面的矩形侧面12上的两个双频微带天线组成一个扫描单元。
具体的，参见图4，中部杆件4与多象限单元连接，任意一个多象限面12（即矩形侧面）上设有双频微带阵列天线的阵元13。
可以理解的是，将双频微带天线作为阵列天线的阵元从而组成阵列，使天线可以工作在两个不同的频率状况下。
需要说明的是，参见图5或图7，两个多象限单元的各矩形侧面12分别保持在同一平面上。
作为上述方案的改进，所述中部杆件上设有若干杆部固定孔15，所述多象限单元上设有贯穿的移动固定孔14；所述移动固定孔14与任一所述杆部固定孔15通过螺栓连接固定，以使所述多象限单元固定在所述中部杆件4上；
所述中部杆件4通过两个水平撑杆10立设于地面上，以使两个所述多象限单元水平布置；其中，所述水平撑杆10与所述中部杆件4的相接部位呈上弧形。
具体的，参见图4，移动固定孔14与任一杆部固定孔15在对准孔位后，通过螺栓固定。
需要说明的是，参见图5，两个水平撑杆10能够稳定立设于地面，且两个多象限单元分别为图5或图6中的多象限单元6和多象限单元7。
作为上述方案的改进，所述中部杆件4的一端固定于底座8，所述底座8用于将所述中部杆件4立设于地面上，以使两个所述多象限单元竖直布置。
具体的，参见图6，多象限单元6和多象限单元7之间通过中部杆件4连接（中部杆件还包括中间的可调整区域5）。
作为上述方案的改进，两个所述多象限单元安装在同一直线上，以使两个所述多象限单元同轴固定且水平布置。
可以理解的是，在本实施例中，两个多象限单元在布置的过程中采用激光定位装置以及经纬仪保证同轴固定；该种布置方式下两个多象限单元可以不受具体的安装结构限制，从而适合长距离布置。
作为上述方案的改进，所述双频微带天线包括为长方体结构的介质基片32和辐射贴片31；所述介质基片32的厚度为1.6mm，长度为57.4mm，宽度为72mm；所述辐射贴片31的厚度为0.035mm，长度为28.7mm，宽度为36mm。
作为上述方案的改进，所述辐射贴片31设于所述介质基片32的表面；所述基片32和所述辐射贴片31上设置有共同的同轴馈电点。
具体的，参见图7和图8，辐射贴片31设于介质基片32的表面，所述辐射贴片31的各条边和所述介质基片32的各条边分别一一对应平行，且所述介质基片32和所述辐射贴片31具有共同的几何中心；所述同轴馈电点T在y轴方向上与几何中心相距L1=7.85mm，在x轴方向上与几何中心相距L2=4.1mm。
作为上述方案的改进，各所述小型天线阵101分别通过馈线与所述主控模块102相连。
可以理解的是，采用并联馈电系统，由功率分配器，同轴馈电线，移相器构成。一个单独的双频微带阵列天线就已经设计完成。
综上，本发明具有以下有益效果：采用本发明实施例，可以实现高精度的无人机定位，且无人机定位系统能够方便地部署在各种环境下，环境适应能力强、部署成本低。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无人机定位系统，其特征在于，包括：
多组小型天线阵；以及
主控模块，与各所述小型天线阵均连接，所述主控模块被配置为：
响应于检测到系统启动指令，分别控制各所述小型天线阵检测在各所述小型天线阵的扫描范围内的无人机信号，并接收各所述小型天线阵检测到后实时传输的无人机信号；
当所述多组小型天线阵中的任意N组同时检测到来自同一架无人机的第一无人机信号时，根据接收到的N个所述第一无人机信号，分别确定N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵相对于所述无人机的相对位置信息；其中，N为大于等于2的正整数；所述相对位置信息包括用于指示角度的波达角信息；
至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定所述无人机的位置；
所述N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵为沿直线方向布置的N组目标天线阵；
所述至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定所述无人机的位置，具体包括：
根据所述相对位置信息，确定所述无人机与所述直线方向所形成的第一平面；
根据N组所述目标天线阵相对于所述无人机的角度，以及N组所述目标天线阵两两之间的间距，确定在所述第一平面上的若干个三角形拓扑关系；其中，所述若干个三角形拓扑关系是由以N组所述目标天线阵中的任意两组与所述无人机分别作为三角形的三个顶点所确定的；
分别计算各所述三角形拓扑关系的第一垂线；其中，所述第一垂线为经过第一顶点的垂线，所述第一顶点是以所述无人机作为顶点；
基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离；
基于所述第一直线距离和所述第一平面确定所述无人机的位置；
N组所述目标天线阵等间距排列；
所述小型天线阵包括两个多象限单元；所述多象限单元具有若干相同的矩形侧面，各所述矩形侧面围成多面体结构，所述矩形侧面上设有双频微带天线；
两个所述多象限单元通过呈直杆状的中部杆件连接，以使一所述多象限单元的各矩形侧面与另一所述多象限单元的各矩形侧面分别一一对应位于同一平面；
其中，分别设在两个所述多象限单元的位于同一平面的矩形侧面上的两个双频微带天线组成一个扫描单元。
2.如权利要求1所述的无人机定位系统，其特征在于，所述基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离，包括：
计算所有所述第一垂线的平均值以作为所述第一直线距离。
3.如权利要求1-2任一项所述的无人机定位系统，其特征在于，N为2或4。
4.如权利要求1所述的无人机定位系统，其特征在于，所述中部杆件上设有若干杆部固定孔，所述多象限单元上设有贯穿的移动固定孔；所述移动固定孔与任一所述杆部固定孔通过螺栓连接固定，以使所述多象限单元固定在所述中部杆件上；
所述中部杆件通过两个水平撑杆立设于地面上，以使两个所述多象限单元水平布置；其中，所述水平撑杆与所述中部杆件的相接部位呈上弧形。
5.如权利要求1所述的无人机定位系统，其特征在于，所述中部杆件的一端固定于底座，所述底座用于将所述中部杆件立设于地面上，以使两个所述多象限单元竖直布置。
6.如权利要求1所述的无人机定位系统，其特征在于，两个所述多象限单元安装在同一直线上，以使两个所述多象限单元同轴固定且水平布置。
7.如权利要求1所述的无人机定位系统，其特征在于，所述双频微带天线包括为长方体结构的介质基片和辐射贴片；所述介质基片的厚度为1.6mm，长度为57.4mm，宽度为72mm；所述辐射贴片的厚度为0.035mm，长度为28.7mm，宽度为36mm。
8.如权利要求7所述的无人机定位系统，其特征在于，所述辐射贴片设于所述介质基片的表面；所述介质基片和所述辐射贴片上设置有共同的同轴馈电点。
9.如权利要求1所述的无人机定位系统，其特征在于，各所述小型天线阵分别通过馈线与所述主控模块相连。
10.一种无人机定位方法，其特征在于，适用于主控模块，所述主控模块分别与多组小型天线阵连接；所述方法包括：
响应于检测到系统启动指令，分别控制各所述小型天线阵检测在各所述小型天线阵的扫描范围内的无人机信号，并接收各所述小型天线阵检测到后实时传输的无人机信号；
当所述多组小型天线阵中的任意N组同时检测到来自同一架无人机的第一无人机信号时，根据接收到的N个所述第一无人机信号，分别确定N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵相对于所述无人机的相对位置信息；其中，N为大于等于2的正整数；所述相对位置信息包括用于指示角度的波达角信息；
至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定所述无人机的位置；
所述N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵为沿直线方向布置的N组目标天线阵；
所述至少基于所述相对位置信息，以及N组检测到所述第一无人机信号的小型天线阵两两之间的间距，确定所述无人机的位置，具体包括：
根据所述相对位置信息，确定所述无人机与所述直线方向所形成的第一平面；
根据N组所述目标天线阵相对于所述无人机的角度，以及N组所述目标天线阵两两之间的间距，确定在所述第一平面上的若干个三角形拓扑关系；其中，所述若干个三角形拓扑关系是由以N组所述目标天线阵中的任意两组与所述无人机分别作为三角形的三个顶点所确定的；
分别计算各所述三角形拓扑关系的第一垂线；其中，所述第一垂线为经过第一顶点的垂线，所述第一顶点是以所述无人机作为顶点；
基于所有所述第一垂线确定从所述无人机到所述直线方向的第一直线距离；
基于所述第一直线距离和所述第一平面确定所述无人机的位置；
N组所述目标天线阵等间距排列；
所述小型天线阵包括两个多象限单元；所述多象限单元具有若干相同的矩形侧面，各所述矩形侧面围成多面体结构，所述矩形侧面上设有双频微带天线；
两个所述多象限单元通过呈直杆状的中部杆件连接，以使一所述多象限单元的各矩形侧面与另一所述多象限单元的各矩形侧面分别一一对应位于同一平面；
其中，分别设在两个所述多象限单元的位于同一平面的矩形侧面上的两个双频微带天线组成一个扫描单元。
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