一種無人機精確定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無人機定位的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于GPS和超聲波技術(shù)的無人機精確定位的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模逐步擴大，長距離高電壓輸電線路迅速增長。很多高壓線路跨越山川河流，傳統(tǒng)的人工巡線受地形環(huán)境等因素的影響，且效率低、耗時長、巡檢數(shù)據(jù)不準確。
[0003]因此，近年來國內(nèi)逐步發(fā)展無人機智慧巡檢技術(shù)，其不受地理環(huán)境的影響，極大地提高了工作效率。同時，無人機巡線視野獨特，使用先進機載巡線設(shè)備，采集圖像視頻資料，能夠近距離觀測輸電線路桿塔、金具，提高了巡檢質(zhì)量。
[0004]但是，現(xiàn)有無人機全部依靠GPS定位，其定位精度過低，導致無人機無法精準作業(yè)。比如:精準降落在充電平臺上進行充電、精準對復合絕緣子進行憎水性測試、精確對輸電線上的異物清除。因此將很難提升巡檢工作的效率和質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無人機精確定位系統(tǒng)，使用GPS定位和超聲波定位兩種技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對無人機的精確定位，提高了無人機巡檢的工作效率和質(zhì)量。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種無人機精確定位系統(tǒng)，包括飛行控制系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)和超聲波定位系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)分別與紅外接收器、GPS定位系統(tǒng)、超聲波定位系統(tǒng)相連接，紅外接收器與遙控器相連接，所述超聲波定位系統(tǒng)包括控制器、地址編碼發(fā)射電路、射頻發(fā)射電路、超聲波發(fā)射器、地址編碼觸發(fā)電路、射頻接收電路、射頻接收器，控制器通過無線通信模塊與飛行控制系統(tǒng)相連接，地址編碼發(fā)射電路與地址編碼觸發(fā)電路通過無線電相連接;地址編碼發(fā)射電路、射頻發(fā)射電路與控制器相連接，地址編碼發(fā)射電路與射頻發(fā)射電路相連接，射頻發(fā)射電路與超聲波發(fā)射器相連接，地址編碼觸發(fā)電路與射頻接收電路相連接，射頻接收電路與射頻接收器相連接。
[0007]所述超聲波接收器、超聲波發(fā)射器分別用于接收和發(fā)射超聲波;所述地址編碼發(fā)射電路用于給發(fā)射的無線電進行標注，區(qū)分是哪個超聲波發(fā)射器發(fā)射的無線電；地址編碼觸發(fā)電路用于對接收的無線電進行標記，區(qū)分是哪個射頻接收器發(fā)射的無線電；控制器通過發(fā)射超聲波和接收超聲波的時間差測算超聲波接收器、超聲波發(fā)射器之間的距離。
[0008]所述超聲波接收器設(shè)置在無人機底部的中心位置，超聲波發(fā)射器設(shè)置在需要精確停落的區(qū)域，且超聲波發(fā)射器至少設(shè)有三個。
[0009]所述控制器為AT89S51單片機控制器。
[0010]所述遙控器上設(shè)有切換GPS定位系統(tǒng)和超聲波定位系統(tǒng)的開關(guān)。
[0011]所述無人機上設(shè)有距離檢測模塊，距離檢測模塊與飛行控制系統(tǒng)相連接;距離檢測模塊通過無人機上的超聲波接收器與精確停落區(qū)域上的超聲波發(fā)射器測量無人機與精確停落區(qū)域的距離，當距離檢測模塊檢測到的距離小于十米時，飛行控制系統(tǒng)打開超聲波定位系統(tǒng)。
[0012]所述超聲波發(fā)射器設(shè)有3個，超聲波發(fā)射器組成一個直角三角形。
[0013]其定位方法的步驟如下:
1)超聲波發(fā)射器按照直角方位設(shè)置，設(shè)需要精確停落無人機的位置為三維坐標的原點，在坐標原點(O，O，O)及(X，O，O)、(O，Y，O)點分別設(shè)置一個超聲波發(fā)射器；
2)飛行控制系統(tǒng)根據(jù)地下的遙控器利用GPS定位系統(tǒng)，實現(xiàn)無人機的飛行；
3)當無人機到達需要精確停落的區(qū)域前方時，打開超聲波定位系統(tǒng)，超聲波發(fā)射器將自己的位置信息傳送到飛行控制系統(tǒng)；
4)超聲波接收器、超聲波發(fā)射器之間持續(xù)發(fā)射信號，控制器通過三角定位算法測算超聲波接收器與超聲波發(fā)射器之間的距離；
5)控制器通過無線通信模塊將測算距離上傳給無人機的飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系自動控制飛機，向預先設(shè)定的目的地飛行；
6)超聲波發(fā)射器將最新的位置上傳到無人機的飛行控制系統(tǒng)中，飛行控制系統(tǒng)測算其與各個超聲波發(fā)射器的距離，飛行控制系統(tǒng)更新位置，調(diào)整飛行姿態(tài)，直至落入指定的區(qū)域。
[0014]所述超聲波發(fā)射器向超聲波接受器發(fā)射同頻率的超聲波信號，超聲波接受器在收到無線電信號后同時向超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波信號，控制器通過超聲波發(fā)射器和超聲波接受器接收超聲波信號的時間差測算無人機與每個超聲波發(fā)射器的距離U、L2、L3。
[0015]所述三角定位算法的計算過程為:根據(jù)超聲波發(fā)射器原點(0，0，0)及(X，0，0)、(0，￥，0)，無人機與超聲波發(fā)射器的距離分別為1^、1^丄3，無人機與超聲波發(fā)射器所在平面的距離為Z，無人機在直角坐標軸上要行走的距離分別為x、y、z，則
X2+ Y2+ Z2= Li2(I)
(X-x) 2+Y2+Z2= L22 (2)
X2+(Y- y) 2+Z2= L32 (3)
求解上列方程可得:
X =(L22-Li2+ X2)/2Y y =(L32- Li2+ Y2)/2Y
z =( L32+ L22- Li2- (X - X)2- (Y- y)2)1/20
[0016]本發(fā)明的有益效果是:在到達需要精確停落的區(qū)域之前，GPS定位系統(tǒng)根據(jù)手動遙控指導飛行控制系統(tǒng)；當?shù)竭_需要精確停落的區(qū)域，自動打開超聲波定位系統(tǒng)，超聲波接收器和超聲波發(fā)射器之間持續(xù)發(fā)射信號，飛行控制系統(tǒng)持續(xù)測算它們之間的距離，飛行控制系統(tǒng)更新目標位置，隨時調(diào)整飛行姿態(tài)。因此，本發(fā)明GPS定位系統(tǒng)實現(xiàn)基本定位，超聲波定位系統(tǒng)實現(xiàn)精準定位，通過GPS定位系統(tǒng)和超聲波定位系統(tǒng)可以實現(xiàn)對無人機的精確定位，從而可以將無人機精確地落入特定區(qū)域。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0018]圖2為本發(fā)明超聲波系統(tǒng)的原理框圖。
[0019]圖3為本發(fā)明三角定位原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面通過附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
[0021 ] 一種無人機精確定位系統(tǒng)，如圖1所示，包括飛行控制系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)和超聲波定位系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)分別與紅外接收器、GPS定位系統(tǒng)、超聲波定位系統(tǒng)相連接，紅外接收器與遙控器相連接。
[0022]超聲波定位系統(tǒng)包括控制器和射頻收發(fā)模塊，如圖2所示。射頻收發(fā)模塊包括超聲波接收器、超聲波發(fā)射器、地址編碼發(fā)射電路、無地址編碼觸發(fā)電路、射頻接收電路和射頻發(fā)射電路。控制器為AT89S51單片機控制器，控制器通過無線通信模塊與飛行控制系統(tǒng)相連接。地址編碼發(fā)射電路、射頻發(fā)射電路與控制器相連接，地址編碼發(fā)射電路與射頻發(fā)射電路相連接，射頻發(fā)射電路與超聲波發(fā)射器相連接，地址編碼觸發(fā)電路與射頻接收電路相連接，射頻接收電路與射頻接收器相連接。
[0023]超聲波接收器、超聲波發(fā)射器分別用于接收和發(fā)射超聲波;所述地址編碼發(fā)射電路用于給發(fā)射的無線電進行標注，區(qū)分是哪個超聲波發(fā)射器發(fā)射的無線電；地址編碼觸發(fā)電路用于對接收的無線電進行標記，區(qū)分是哪個射頻接收器發(fā)射的無線電；控制器通過發(fā)射超聲波和接收超聲波的時間差測算超聲波接收器、超聲波發(fā)射器之間的距離。不同點位發(fā)射的超聲波還要進行區(qū)分，因此我們采用帶地址編碼的無線電觸發(fā)電路分別觸發(fā)各個發(fā)射點。地址編碼發(fā)射電路為無線電地址編碼發(fā)射電路，無地址編碼觸發(fā)電路為無線電無地址編碼觸發(fā)電路，它們通過超聲波進行連接，通過空氣傳播互相通信。
[0024]超聲波接收器設(shè)置在無人機底部的中心位置，超聲波發(fā)射器設(shè)置在需要精確停落的區(qū)域，且超聲波發(fā)射器至少設(shè)有三個。本發(fā)明中超聲波發(fā)射器設(shè)有3個，超聲波發(fā)射器組成一個直角三角形。超聲波發(fā)射器設(shè)置在需要精確停落的區(qū)域的中心。其定位方法的步驟如下:
I)超聲波發(fā)射器按照直角方位設(shè)置，設(shè)需要精確停落無人機的位置為三維坐標的原點，在坐標原點(O，O，O)及(X，O，O)、(O，Y，O)點分別設(shè)置一個超聲波發(fā)射器。
[0025]2)飛行控制系統(tǒng)根據(jù)地下的遙控器利用GPS定位系統(tǒng)，實現(xiàn)無人機的飛行。
[0026]工作人員手動控制遙控器