專利名稱：一種中小型無人機(jī)回收定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中小型無人機(jī)回收定位裝置，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景中小型無人機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域都有著廣泛的用途，如軍事偵察、輸油管線巡查、城 市規(guī)劃、大氣環(huán)境監(jiān)控等。中小型無人機(jī)由地面控制站進(jìn)行遙控，兩者之間通過雙向的測(cè) 控鏈路進(jìn)行通訊，地面控制站上傳各種指令控制無人機(jī)，而無人機(jī)將機(jī)上的各種參數(shù)和任 務(wù)設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)機(jī)載計(jì)算機(jī)向地面控制站發(fā)送，無人機(jī)上的機(jī)載計(jì)算機(jī)、機(jī)載測(cè)控電 臺(tái)和地面控制站的地面站計(jì)算機(jī)、地面測(cè)控電臺(tái)構(gòu)成無人機(jī)的遙控遙測(cè)系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖可參見圖l:無人機(jī)操作人員通過地面站計(jì)算機(jī)7發(fā)出各種控制指令，這些控制指令經(jīng) 地面測(cè)控電臺(tái)6發(fā)送到機(jī)載測(cè)控電臺(tái)3，然后傳送到機(jī)載計(jì)算機(jī)2，經(jīng)解碼后控制無人機(jī) 5的飛行和動(dòng)作，例如控制無人機(jī)5上的傘降回收裝置4完成開傘；無人機(jī)5上的各種參 數(shù)和任務(wù)設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)，例如機(jī)載GPS接收機(jī)1獲得的無人機(jī)5的位置數(shù)據(jù)和傘降回 收裝置4的狀態(tài)，經(jīng)機(jī)載計(jì)算機(jī)2收集編碼后傳送給機(jī)載測(cè)控電臺(tái)3，機(jī)載測(cè)控電臺(tái)3將 其發(fā)送給地面測(cè)控電臺(tái)6，然后傳送到地面站計(jì)算機(jī)7，經(jīng)地面站計(jì)算機(jī)7解碼后顯示給 無人機(jī)5的操作人員。中小型無人機(jī)采用的測(cè)控鏈路設(shè)備是由機(jī)載和地面的兩臺(tái)專用測(cè)控 電臺(tái)構(gòu)成。機(jī)載測(cè)控電臺(tái)受到體積、重量、功率等方面的限制，其發(fā)射功率有限，因此也 直接影響了與地面測(cè)控電臺(tái)之間的通訊距離，兩者之間能夠直接進(jìn)行通訊的區(qū)域一般在地 面控制站周圍半徑lOOkm范圍以內(nèi)。中小型無人機(jī)通常釆用彈射或火箭助推等方式起飛 升空，而采用傘降方式進(jìn)行回收。為了確保開傘成功，傘降動(dòng)作由專門的傘降回收裝置完 成，該機(jī)構(gòu)通常由中小型無人機(jī)的機(jī)載計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。中小型無人機(jī)一般使用GPS接收機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航定位，可以獲得經(jīng)度、諱度、地理高度、 時(shí)間和東向、北向、天向三個(gè)方向的地速等數(shù)據(jù)。GPS定位是一種高精度、全天候的定位 技術(shù)，通過GPS接收機(jī)所收到GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，可以精確地測(cè)量GPS接收機(jī)所處 的位置。GPS接收機(jī)工作時(shí)，必須保證在其天線接收仰角的范圍內(nèi)能接收到4顆以上衛(wèi)星 的信號(hào)才能進(jìn)行正常定位。無人機(jī)的GPS天線都安裝在機(jī)身的上表面，使天線接收仰角 向上。當(dāng)無人機(jī)傘降接地后，機(jī)身可能顛覆，不能確保GPS天線向上的狀態(tài)，常常會(huì)因 GPS天線被無人機(jī)的其它部位遮擋或不能保持良好的接收角度，造成GPS接收機(jī)無法正 常定位。無線電測(cè)向是在兩個(gè)相距一定距離的接收點(diǎn)上接收無線電信標(biāo)機(jī)發(fā)射的全向無線電信 標(biāo)信號(hào)，然后根據(jù)該信號(hào)測(cè)定信標(biāo)機(jī)的方位，過兩個(gè)接收點(diǎn)按照各自測(cè)定的信標(biāo)機(jī)方位角 分別畫一條直線，由兩條直線的交點(diǎn)來確定信標(biāo)機(jī)位置的方法。無線電信標(biāo)機(jī)通常由于發(fā) 射功率的限制，其信號(hào)只有在距離信標(biāo)機(jī)一定范圍內(nèi)才能夠被接收到，不適用于遠(yuǎn)距離的 定位。
隨著民用無線移動(dòng)通訊行業(yè)的迅速發(fā)展，GPRS和CDMA網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋我國國土的大 部分區(qū)域。GPRS和CDMA網(wǎng)絡(luò)不僅可以雙向傳送語音，而且可以傳送數(shù)據(jù)。在無人機(jī) 上安裝GPRS或CDMA通訊模塊，在我國境內(nèi)基本可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與地面之間無間隙的 持續(xù)雙向數(shù)據(jù)通訊。
在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)無人機(jī)進(jìn)行傘降方式回收時(shí)，受開傘高度和當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境 因素的影響，很難精確地降落于指定的位置。由于無人機(jī)的位置已經(jīng)通過測(cè)控鏈路實(shí)時(shí)傳 送到無人機(jī)地面控制站，如果無人機(jī)接地后降落于在測(cè)控鏈路的作用范圍內(nèi)且GPS能正 常工作，則通過地面控制站能知道無人機(jī)的接地位置。伹當(dāng)無人機(jī)接地后因機(jī)身顛覆等原 因?qū)е翯PS無法正常工作、或者傘降后飄落于地面控制站的通訊作用范圍外時(shí)，只能根 據(jù)發(fā)出開傘指令時(shí)無人機(jī)的位置和開傘高度確定接地的大致范圍，然后需要安排回收人員 對(duì)該區(qū)域進(jìn)行往復(fù)巡查以發(fā)現(xiàn)和回收無人機(jī)，這項(xiàng)工作既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。 發(fā)明 內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種中小型無人機(jī)回收定位裝置，利用本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)下列功能:
1) 無人機(jī)傘降后的回收定位信息的通訊覆蓋范圍可以不受機(jī)載測(cè)控設(shè)備發(fā)射功率的限
制；
2) 在無人機(jī)傘降接地后GPS接收機(jī)無法正常工作時(shí)，回收人員能對(duì)無人機(jī)接地位置 進(jìn)行精確定位。
現(xiàn)有無人機(jī)遙控遙測(cè)系統(tǒng)中包括無人機(jī)上的機(jī)載計(jì)算機(jī)、機(jī)載測(cè)控電臺(tái)和地面控制站 的地面站計(jì)算機(jī)、地面測(cè)控電臺(tái)，用于無人機(jī)的遙控和無人機(jī)機(jī)上參數(shù)和設(shè)備數(shù)據(jù)的遙測(cè)； 遙控遙測(cè)系統(tǒng)不屬于本發(fā)明范圍。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種中小型無人機(jī)回收定位裝置，主要用 于無人機(jī)傘降后回收時(shí)的精確定位，其功能獨(dú)立于上述的無人機(jī)遙控遙測(cè)系統(tǒng)。該裝置包 括無人機(jī)上的機(jī)載GPS接收機(jī)、機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊、回收控制器、傘降回收裝置和 地面回收定位裝置的地面GPS接收機(jī)、地面無線移動(dòng)通訊模塊、地面處理顯示模塊，特 別地，該裝置還包括無人機(jī)上的無線電信標(biāo)機(jī)和地面回收定位裝置的無線電測(cè)向設(shè)備。其 中的回收控制器有兩種實(shí)現(xiàn)方式當(dāng)回收控制器以獨(dú)立子系統(tǒng)的形式存在于整個(gè)無人機(jī)系 統(tǒng)中時(shí)，回收控制器的功能由獨(dú)立的單片機(jī)或單板計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)將回收控制器與現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行融合時(shí)，回收控制器的功能由機(jī)載計(jì)算機(jī)完成。
其中，無人機(jī)上的機(jī)載GPS接收機(jī)將GPS定位數(shù)據(jù)傳送給回收控制器，回收控制器
將回收定位數(shù)據(jù)傳送給機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊；同時(shí)回收控制器控制機(jī)載無線移動(dòng)通訊模 塊和無線電信標(biāo)機(jī)的開啟或關(guān)閉，也可控制傘降回收裝置開傘或不開傘；機(jī)載無線通訊模 塊經(jīng)民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)將回收定位數(shù)據(jù)發(fā)送到地面回收定位裝置的地面無線移動(dòng)通 訊模塊，地面無線移動(dòng)通訊模塊將回收定位數(shù)據(jù)傳送給地面處理顯示模塊；地面GPS接 收機(jī)測(cè)定地面回收定位裝置當(dāng)前的位置；無線電測(cè)向設(shè)備接收無線電信標(biāo)機(jī)的信號(hào)，測(cè)定 無線電信標(biāo)機(jī)的信號(hào)相對(duì)地面回收定位裝置當(dāng)前位置的方位角；地面回收定位裝置由地面 回收人員攜帶，在無人機(jī)回收時(shí)使用。在不使用機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊和無線電信標(biāo)機(jī)時(shí) 將其關(guān)閉，可節(jié)省無人機(jī)上的電能。
在使用時(shí)，無人機(jī)到達(dá)指定回收區(qū)域或接收到地面控制站發(fā)出的傘降指令后，機(jī)載計(jì) 算機(jī)向回收控制器發(fā)出開傘指令；然后回收控制器收到該指令后控制無人機(jī)的傘降回收裝 置進(jìn)行開傘，接著開啟無線電信標(biāo)機(jī)向周圍不斷發(fā)射無線電信標(biāo)信號(hào)。同時(shí)回收控制器開 啟機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊，并將機(jī)載GPS接收機(jī)得到的當(dāng)前無人機(jī)位置信息定時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給 機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊，然后由民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到地面回收定位裝置的地面無 線移動(dòng)通訊模塊。
地面無線移動(dòng)通訊模塊接收無人機(jī)當(dāng)前的位置信息后由地面處理顯示模塊解碼并顯 示，地面回收人員根據(jù)顯示的位置信息前往該地點(diǎn)。如果無人機(jī)傘降接地后GPS接收機(jī) 仍在正常工作，則地面回收人員直接根據(jù)顯示信息就能很快地找到無人機(jī)進(jìn)行回收。伹當(dāng) 無人機(jī)傘降接地后因機(jī)身顛覆等原因造成GPS接收機(jī)不能正常工作時(shí)，無線電信標(biāo)機(jī)仍 能向四周發(fā)射無線電信標(biāo)信號(hào)，所以地面回收人員先根據(jù)GPS接收機(jī)故障之前傳回的無 人機(jī)位置信息到達(dá)無人機(jī)傘降接地的大致區(qū)域，然后任意選擇兩個(gè)相距500米左右的點(diǎn)， 在這兩個(gè)點(diǎn)上使用無線電測(cè)向設(shè)備接收無線電信標(biāo)機(jī)的信號(hào)，測(cè)定無線電信標(biāo)機(jī)所在的方 位角，以測(cè)得的方位角過測(cè)量點(diǎn)分別畫一條直線，兩條直線的交點(diǎn)即為無線電信標(biāo)機(jī)的位 置，在該點(diǎn)附近能很快找到無人機(jī)進(jìn)行回收。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1) 回收定位信息發(fā)送覆蓋范圍廣、不受機(jī)載測(cè)控設(shè)備發(fā)射功率限制、設(shè)備成本低廉；
2) 通過無線電信標(biāo)機(jī)，在無人機(jī)傘降接地后GPS接收無法正常工作時(shí)，可在無人機(jī) 傘降接地的大致區(qū)域附近使用無線電測(cè)向的方法快速測(cè)定無人機(jī)接地的精確位置，減少回 收工作量、加快回收速度；
3) 既可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以很好地與現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行綜合。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為將本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)方案綜合后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為典型的GPS接收機(jī)定位數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明中回收定位數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明中采用的無線電測(cè)向定位原理示意圖。1.機(jī)載GPS接收機(jī)4.傘降回收裝置7.地面站計(jì)算機(jī)10.機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊13.地面回收定位裝置16.地面GPS接收機(jī)2.機(jī)載計(jì)算機(jī) 5.無人機(jī) 8.地面控制站 11.無線電信標(biāo)機(jī) 14.無線電測(cè)向設(shè)備 17.地面處理顯示模塊圖中3.機(jī)載測(cè)控電臺(tái) 6.地面測(cè)控電臺(tái) 9.回收控制器 12.民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò) 15.地面無線移動(dòng)通訊纟莫塊具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說明本發(fā)明設(shè)計(jì)的中小型無人機(jī)回收定位裝置包括無人機(jī)5上的機(jī)載GPS接收機(jī)1、機(jī)載 無線移動(dòng)通訊模塊10、回收控制器9和地面回收定位裝置13的地面GPS接收機(jī)16、地 面無線移動(dòng)通訊模塊15、地面處理顯示模塊17，還包括無人機(jī)5上的無線電信標(biāo)機(jī)11 和地面回收定位裝置13的無線電測(cè)向設(shè)備14。上述各設(shè)備之間的關(guān)系是無人機(jī)5上的 機(jī)載GPS接收機(jī)1將GPS定位數(shù)據(jù)傳送給回收控制器9,回收控制器9將回收定位數(shù)據(jù) 傳送給機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊10;同時(shí)回收控制器9可控制機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊10和 無線電信標(biāo)機(jī)ll的開啟或關(guān)閉，也可控制傘降回收裝置4開傘或不開傘；機(jī)載無線通訊 模塊10經(jīng)民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)將回收定位數(shù)據(jù)發(fā)送到地面回收定位裝置13的地面無 線移動(dòng)通訊模塊15，地面無線移動(dòng)通訊模塊15將回收定位數(shù)據(jù)傳送給地面處理顯示模塊 17;地面GPS接收機(jī)16測(cè)定地面回收定位裝置13當(dāng)前的位置；無線電測(cè)向設(shè)備14接 收無線電信標(biāo)機(jī)11的信號(hào)，測(cè)定無線電信標(biāo)機(jī)11的信號(hào)相對(duì)地面回收定位裝置13當(dāng)前 位置的方位角；地面回收定位裝置13由回收人員攜帶，在無人機(jī)5回收時(shí)使用。無人機(jī) 5上的機(jī)載計(jì)算機(jī)2、機(jī)載測(cè)控電臺(tái)3和地面控制站8的地面測(cè)控電臺(tái)6、地面站計(jì)算機(jī) 7屬于無人機(jī)遙控遙測(cè)系統(tǒng)，主要用于無人機(jī)的遙控和無人機(jī)機(jī)上參數(shù)和設(shè)備數(shù)據(jù)的遙測(cè)， 其功能與本發(fā)明所設(shè)計(jì)的回收定位裝置的功能相互獨(dú)立。本發(fā)明主要有兩種實(shí)施方式 一種是當(dāng)回收控制器以獨(dú)立子系統(tǒng)的形式存在于整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)中時(shí)，回收控制器9的功能由獨(dú)立的單片機(jī)或單板計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示；另一種方式是當(dāng)將回收控制器與現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行融合時(shí)，回收控制器9的功能由 機(jī)載計(jì)算機(jī)2完成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。采用第一種實(shí)施方式時(shí)受到的限制較少，整個(gè) 系統(tǒng)可以獨(dú)立工作；采用第二種實(shí)施方式則充分利用了現(xiàn)有技術(shù)方案中機(jī)載計(jì)算機(jī)2的擴(kuò)
展性，可減少成本。
如圖2所示，圖中各設(shè)備之間的關(guān)系是無人機(jī)操作人員在地面控制站8的地面站計(jì) 算機(jī)7發(fā)出各種操縱指令，經(jīng)地面測(cè)控電臺(tái)6發(fā)送至無人機(jī)5的機(jī)載測(cè)控電臺(tái)3，再由傳 送至機(jī)載計(jì)算機(jī)2解碼執(zhí)行;無人機(jī)5的參數(shù)和各設(shè)備的狀態(tài)經(jīng)機(jī)載計(jì)算機(jī)2收集編碼后， 再按與上述相反的路徑傳回地面站計(jì)算機(jī)7解碼顯示給無人機(jī)操作人員。機(jī)載計(jì)算機(jī)2將 開傘指令輸出至回收控制器9，再由回收控制器9輸出開傘控制信號(hào)至傘降回收裝置4; 回收控制器9輸出開啟或關(guān)閉指令至機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊10,機(jī)載GPS接收機(jī)1將當(dāng) 前GPS定位數(shù)據(jù)輸出至回收控制器9，回收控制器9將回收定位數(shù)據(jù)輸出至機(jī)載無線移 動(dòng)通訊模塊10;機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊10經(jīng)民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)12將回收定位數(shù)據(jù) 發(fā)送至地面回收定位裝置13的地面無線移動(dòng)通訊模塊15;地面無線移動(dòng)通訊模塊15將 接收到的回收定位數(shù)據(jù)輸出至地面處理顯示模塊17進(jìn)行解碼并顯示給地面回收人員；回 收控制器9輸出開啟或關(guān)閉指令至無線電信標(biāo)機(jī)ll;無線電信標(biāo)機(jī)11向四周發(fā)射無線電 信標(biāo)訊號(hào)，經(jīng)地面回收定位裝置13的無線電測(cè)向設(shè)備14接收；無線電測(cè)向設(shè)備14測(cè)量 并輸出無線電信標(biāo)機(jī)11的方位角至地面處理顯示模塊17顯示給地面回收人員。
當(dāng)本發(fā)明以第一種方式實(shí)施時(shí)，當(dāng)無人機(jī)5進(jìn)入預(yù)定回收區(qū)域或收到地面控制站8發(fā) 來的回收指令后，機(jī)載計(jì)算機(jī)2發(fā)送開傘指令到回收控制器9，回收控制器9接收、解碼 并執(zhí)行該指令，控制傘降回收裝置4進(jìn)行開傘動(dòng)作；同時(shí)回收控制器9開啟機(jī)載無線移 動(dòng)通訊模塊10和無線電信標(biāo)機(jī)11。
回收控制器9定時(shí)接收來自機(jī)載GPS接收機(jī)1的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行解碼處理獲得當(dāng)前 的經(jīng)度、緯度和地理高度數(shù)據(jù)以及機(jī)載GPS接收機(jī)1的工作狀態(tài)等信息。GPS接收機(jī)定 位數(shù)據(jù)幀的具體格式根據(jù)本發(fā)明實(shí)施時(shí)采用的機(jī)載GPS接收機(jī)1設(shè)置的數(shù)據(jù)輸出格式來 確定，具體內(nèi)容可以在機(jī)載GPS接收機(jī)的使用說明手冊(cè)中査到。 一個(gè)典型的GPS接收機(jī) 定位數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，在每個(gè)數(shù)據(jù)幀中包含幀頭、校驗(yàn)和、幀尾以及時(shí)間、經(jīng) 度、緯度、高度、東向地速、北向地速、天向地速、GPS狀態(tài)和其它信息。
回收控制器9開啟機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊10后，將當(dāng)前的經(jīng)度、煒度和地理高度數(shù) 據(jù)、機(jī)載GPS接收機(jī)1的工作狀態(tài)和傘降回收裝置4的開傘狀態(tài)編碼生成回收定位數(shù)據(jù) 幀，并由機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊10向外定時(shí)發(fā)送，發(fā)送周期與機(jī)載GPS接收機(jī)1數(shù)據(jù)的
10輸出周期一致?；厥斩ㄎ粩?shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，有幀頭、校驗(yàn)和、幀尾以及經(jīng)度、 緯度、高度、GPS狀態(tài)和開傘狀態(tài)等子項(xiàng)，子項(xiàng)的內(nèi)容根據(jù)實(shí)際使用的要求來確定，例如 幀頭為雙字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)"55AA"、幀尾為雙字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)"EEFF"，校驗(yàn)和為 數(shù)據(jù)幀中除幀頭、幀尾、校驗(yàn)和外其它所有字節(jié)累加和的最低一個(gè)字節(jié)；經(jīng)度、緯度、高 度、GPS狀態(tài)可以直接將機(jī)載GPS接收機(jī)1定位數(shù)據(jù)幀中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)段拷貝過來，相應(yīng)
數(shù)據(jù)的解釋按機(jī)載GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)格式的規(guī)定；當(dāng)回收控制器9未控制傘降回收裝置4 進(jìn)行開傘動(dòng)作時(shí)，開傘狀態(tài)為單字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)"00"，而當(dāng)回收控制器9控制傘降回 收裝置4進(jìn)行開傘動(dòng)作時(shí)，開傘狀態(tài)為單字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)"11"。當(dāng)機(jī)載GPS接收機(jī)1 工作狀態(tài)正常時(shí)，傳送當(dāng)前經(jīng)度、緯度和高度；而當(dāng)機(jī)載GPS接收機(jī)1工作狀態(tài)異常、 無法定位時(shí)，傳送上一次機(jī)載GPS接收機(jī)1工作正常時(shí)得到的經(jīng)度、緯度和高度。
回收定位數(shù)據(jù)幀經(jīng)過民用移動(dòng)無線通訊網(wǎng)12傳遞到地面回收定位裝置13的地面無線 移動(dòng)通訊模塊15上，再通過地面處理顯示模塊17解碼處理后從中獲取無人機(jī)5當(dāng)前的 經(jīng)度、緯度、和地理高度、GPS接收機(jī)工作狀態(tài)和開傘狀態(tài)信息，并顯示給地面回收人員。 地面回收人員根據(jù)地面處理顯示模塊17上的顯示信息，判斷當(dāng)前無人機(jī)5的狀態(tài)當(dāng)接 收到的經(jīng)度、緯度和高度基本不再變化、機(jī)載GPS接收機(jī)1工作狀態(tài)為正常時(shí)，則無人 機(jī)5已經(jīng)接地且機(jī)載GPS接收機(jī)1仍在正常工作，前往當(dāng)前的顯示位置即可回收無人機(jī)； 當(dāng)顯示的經(jīng)度、諱度和髙度基本不再變化、機(jī)載GPS接收機(jī)1的工作狀態(tài)為異常時(shí)，則 無人機(jī)5已經(jīng)接地且機(jī)載GPS接收機(jī)1無法正常工作，此時(shí)顯示的位置為無人機(jī)5大致 的接地地點(diǎn)，則可進(jìn)一步采用無線電測(cè)向定位原理進(jìn)行無人機(jī)的回收定位。如圖6所示， 地面回收人員前往該地點(diǎn)后，任意選擇相距500米左右的兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)A和B，在這兩個(gè) 點(diǎn)上打開無線電測(cè)向設(shè)備14。天線指向不同時(shí)無線電測(cè)向設(shè)備14探測(cè)到的無線電信標(biāo)機(jī) 11發(fā)射的信標(biāo)信號(hào)的強(qiáng)弱不同，其中強(qiáng)度最大的方向?yàn)闊o人機(jī)5所在方位。分別測(cè)定觀 測(cè)點(diǎn)A和B上無人機(jī)5所在方位相對(duì)正北方向的夾角(假設(shè)分別為"和")，同時(shí)由地面 回收定位裝置13的地面GPS接收機(jī)16，測(cè)得觀測(cè)點(diǎn)A和B的經(jīng)度和煒度。將觀測(cè)點(diǎn)A 和B按其經(jīng)緯度標(biāo)記在地圖上，過這兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)分別按其對(duì)應(yīng)的方位夾角"和"作兩條直 線，這兩條直線的交點(diǎn)即為無人機(jī)接地的精確位置。
當(dāng)本發(fā)明以第二種方式實(shí)施時(shí)，如圖3所示，回收控制器9的功能由機(jī)載計(jì)算機(jī)2實(shí) 現(xiàn)，即回收控制器9的功能變?yōu)闄C(jī)載計(jì)算機(jī)2的一項(xiàng)子功能，當(dāng)無人機(jī)5進(jìn)入預(yù)定回收區(qū) 域或收到地面控制站8發(fā)來的回收指令后，機(jī)載計(jì)算機(jī)2控制傘降回收裝置4進(jìn)行開傘 動(dòng)作；同時(shí)機(jī)載計(jì)算機(jī)2開啟機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊IO和無線電信標(biāo)機(jī)11。機(jī)載計(jì)算機(jī) 2定時(shí)接收來自機(jī)載GPS接收機(jī)1的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行解碼處理獲得當(dāng)前的經(jīng)度、諱度和地理高度數(shù)據(jù)以及機(jī)載GPS接收機(jī)1的工作狀態(tài)等信息。機(jī)載計(jì)算機(jī)2開啟機(jī)載無線移 動(dòng)通訊模塊10后，將當(dāng)前的經(jīng)度、緯度和地理高度數(shù)據(jù)以及機(jī)載GPS接收機(jī)1的工作狀 態(tài)編碼生成回收定位數(shù)據(jù)，并由機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊10向外定時(shí)發(fā)送，發(fā)送周期通常 與機(jī)載GPS接收機(jī)1數(shù)據(jù)的輸出周期一致。當(dāng)機(jī)載GPS接收機(jī)1工作狀態(tài)正常時(shí)，傳送 當(dāng)前經(jīng)度、緯度和高度；而當(dāng)機(jī)載GPS接收機(jī)1工作狀態(tài)異常、無法定位時(shí)，傳送上一 次機(jī)載GPS接收機(jī)1工作正常時(shí)得到的經(jīng)度、緯度和高度。
回收定位數(shù)據(jù)幀經(jīng)過民用移動(dòng)無線通訊網(wǎng)12傳遞到地面回收定位裝置13的地面無線 移動(dòng)通訊模塊15上，再通過地面處理顯示模塊17解碼處理后從中獲取無人機(jī)5當(dāng)前的 經(jīng)度、緯度、和地理高度、GPS接收機(jī)1工作狀態(tài)和開傘狀態(tài)信息，并顯示給地面回收人 員。地面回收人員根據(jù)地面處理顯示模塊17上的顯示信息，判斷當(dāng)前無人機(jī)5的狀態(tài) 當(dāng)接收到的經(jīng)度、緯度和高度基本不再變化、機(jī)載GPS接收機(jī)1工作狀態(tài)為正常時(shí)，則 無人機(jī)5已經(jīng)接地且機(jī)載GPS接收機(jī)1仍在正常工作，前往當(dāng)前的顯示位置即可回收無 人機(jī)5;當(dāng)顯示的經(jīng)度、緯度和高度基本不再變化、機(jī)載GPS接收機(jī)1的工作狀態(tài)為異 常時(shí)，則無人機(jī)5已經(jīng)接地且機(jī)載GPS接收機(jī)1無法正常工作，此時(shí)顯示的位置為無人 機(jī)5大致的接地地點(diǎn)。如圖6所示，地面回收人員前往該地點(diǎn)后，任意選擇相距500米 左右的兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)A和B，在這兩個(gè)點(diǎn)上打開無線電測(cè)向設(shè)備14。天線指向不同時(shí)無線 電測(cè)向設(shè)備14探測(cè)到的無線電信標(biāo)機(jī)11發(fā)射的信標(biāo)信號(hào)的強(qiáng)弱不同，其中強(qiáng)度最大的 方向?yàn)闊o人機(jī)5所在方位。分別測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)A和B上無人機(jī)5所在方位相對(duì)正北方向的 夾角(假設(shè)分別為"和")，同時(shí)由地面回收定位裝置13的地面GPS接收機(jī)16，測(cè)得觀 測(cè)點(diǎn)A和B的經(jīng)度和緯度。將觀測(cè)點(diǎn)A和B按其經(jīng)諱度標(biāo)記在地圖上，過這兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn) 分別按其對(duì)應(yīng)的方位夾角"和"作兩條直線，這兩條直線的交點(diǎn)即為無人機(jī)接地的精確位 置。
權(quán)利要求
1、一種中小型無人機(jī)回收定位裝置，包括無人機(jī)上的機(jī)載GPS接收機(jī)、機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊、回收控制器、傘降回收裝置和地面回收定位裝置的地面GPS接收機(jī)、地面無線移動(dòng)通訊模塊、地面處理顯示模塊，其特征在于還包括無人機(jī)上的無線電信標(biāo)機(jī)和地面回收定位裝置的無線電測(cè)向設(shè)備無人機(jī)(5)上的機(jī)載GPS接收機(jī)(1)將GPS定位數(shù)據(jù)傳送給回收控制器(9)，回收控制器(9)將回收定位數(shù)據(jù)傳送給機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)；同時(shí)回收控制器(9)可控制機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)和無線電信標(biāo)機(jī)(11)的開啟或關(guān)閉，也可控制傘降回收裝置(4)開傘或不開傘；機(jī)載無線通訊模塊(10)經(jīng)民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(12)將回收定位數(shù)據(jù)發(fā)送到地面回收定位裝置(13)的地面無線移動(dòng)通訊模塊(15)，地面無線移動(dòng)通訊模塊(15)將回收定位數(shù)據(jù)傳送給地面處理顯示模塊(17)，經(jīng)地面處理顯示模塊(17)解碼處理后顯示給地面回收人員；地面GPS接收機(jī)(16)測(cè)定地面回收定位裝置(13)當(dāng)前的位置；無線電測(cè)向設(shè)備(14)接收無線電信標(biāo)機(jī)(11)的信號(hào)，測(cè)定無線電信標(biāo)機(jī)(11)的信號(hào)相對(duì)地面回收定位裝置(13)當(dāng)前位置的方位角；地面回收定位裝置(13)由地面回收人員攜帶，在無人機(jī)(5)回收時(shí)使用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中小型無人機(jī)傘降回收定位裝置，其特征在于所 述的回收控制器(9)有兩種實(shí)現(xiàn)方式第一種，當(dāng)回收控制器以獨(dú)立子系統(tǒng)的形式存在于整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)中時(shí)，回收控制 器(9)的功能由獨(dú)立的單片機(jī)或單板計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)無人機(jī)(5)進(jìn)入預(yù)定回收區(qū)域或收到地面控制站(8)發(fā)來的回收指令后，機(jī)載 計(jì)算機(jī)(2)發(fā)送開傘指令到回收控制器(9)，回收控制器(9)接收、解碼并執(zhí)行該 指令，控制傘降回收裝置(4)進(jìn)行開傘動(dòng)作；同時(shí)回收控制器(9)開啟機(jī)載無線移動(dòng) 通訊模塊(10)和無線電信標(biāo)機(jī)(11);回收控制器(9)定時(shí)接收來自機(jī)載GPS接收機(jī)(1)的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行解碼處理 獲得當(dāng)前的經(jīng)度、緯度和地理高度數(shù)據(jù)以及機(jī)載GPS接收機(jī)(1)的工作狀態(tài)等信息； GPS接收機(jī)定位數(shù)據(jù)幀的具體格式根據(jù)機(jī)載GPS接收機(jī)(1)設(shè)置的數(shù)據(jù)輸出格式來 確定；回收控制器(9)開啟機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)后，將當(dāng)前的經(jīng)度、諱度和 地理高度數(shù)據(jù)、機(jī)載GPS接收機(jī)(1)的工作狀態(tài)和傘降回收裝置(4)的開傘狀態(tài)編 碼生成回收定位數(shù)據(jù)幀，并由機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)向外定時(shí)發(fā)送，發(fā)送周期與機(jī)載GPS接收機(jī)(1)數(shù)據(jù)的輸出周期一致；當(dāng)機(jī)載GPS接收機(jī)(1)工作狀態(tài)正常時(shí)，傳送當(dāng)前經(jīng)度、緯度和高度；而當(dāng)機(jī)載GPS接收機(jī)(l)工作狀態(tài)異常、無法定位 時(shí)，傳送上一次機(jī)載GPS接收機(jī)(1)工作正常時(shí)得到的經(jīng)度、緯度和高度；回收定位數(shù)據(jù)幀經(jīng)過民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)(12)傳遞到地面回收定位裝置(13)的 地面無線移動(dòng)通訊模塊(15)上，再通過地面處理顯示模塊(17)解碼處理后從中獲 取無人機(jī)(5)當(dāng)前的經(jīng)度、錄度、和地理高度、GPS接收機(jī)工作狀態(tài)和開傘狀態(tài)信息， 并顯示給地面回收人員；地面回收人員根據(jù)地面處理顯示模塊(17)上的顯示信息，判斷當(dāng)前無人機(jī)(5) 的狀態(tài)當(dāng)接收到的經(jīng)度、諱度和高度基本不再變化、機(jī)載GPS接收機(jī)(1)工作狀態(tài) 為正常時(shí)，則無人機(jī)(5)已經(jīng)接地且機(jī)載GPS接收機(jī)(1)仍在正常工作，前往當(dāng)前 的顯示位置即可回收無人機(jī)；當(dāng)顯示的經(jīng)度、緯度和高度基本不再變化、機(jī)載GPS接 收機(jī)(1)的工作狀態(tài)為異常時(shí)，則無人機(jī)(5)已經(jīng)接地且機(jī)載GPS接收機(jī)(1)無 法正常工作，此時(shí)顯示的位置為無人機(jī)(5)大致的接地地點(diǎn)，則可進(jìn)一步采用無線電 測(cè)向定位原理進(jìn)行無人機(jī)的回收定位；第二種，當(dāng)將回收控制器與現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行融合時(shí)，回收控制器(9)的功能由 機(jī)載計(jì)算機(jī)(2)完成，即回收控制器(9)的功能成為機(jī)載計(jì)算機(jī)(2)的一項(xiàng)子功能；當(dāng)無人機(jī)(5)進(jìn)入預(yù)定回收區(qū)域或收到地面控制站(8)發(fā)來的回收指令后，機(jī)載 計(jì)算機(jī)(2)控制傘降回收裝置(4)進(jìn)行開傘動(dòng)作；同時(shí)機(jī)載計(jì)算機(jī)(2)開啟機(jī)載無 線移動(dòng)通訊模塊(10)和無線電信標(biāo)機(jī)(11);機(jī)載計(jì)算機(jī)(2)定時(shí)接收來自機(jī)載GPS接收機(jī)(1)的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行解碼處理 獲得當(dāng)前的經(jīng)度、緯度和地理高度數(shù)據(jù)以及機(jī)載GPS接收機(jī)(1)的工作狀態(tài)等信息； 機(jī)載計(jì)算機(jī)(2)開啟機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)后，將當(dāng)前的經(jīng)度、諱度和地理高 度數(shù)據(jù)以及機(jī)載GPS接收機(jī)(1)的工作狀態(tài)編碼生成回收定位數(shù)據(jù)，并由機(jī)載無線移 動(dòng)通訊模塊(10)向外定時(shí)發(fā)送，發(fā)送周期通常與機(jī)載GPS接收機(jī)(1)數(shù)據(jù)的輸出 周期一致；當(dāng)機(jī)載GPS接收機(jī)(1)工作狀態(tài)正常時(shí)，傳送當(dāng)前經(jīng)度、諱度和高度；而 當(dāng)機(jī)載GPS接收機(jī)(1)工作狀態(tài)異常、無法定位時(shí)，傳送上一次機(jī)載GPS接收機(jī)(1) 工作正常時(shí)得到的經(jīng)度、緯度和高度；回收定位數(shù)據(jù)幀經(jīng)過民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)(12)傳遞到地面回收定位裝置(13)的 地面無線移動(dòng)通訊模塊(15)上，再通過地面處理顯示模塊(17)解碼處理后從中獲 取無人機(jī)(5)當(dāng)前的經(jīng)度、緯度、和地理高度、機(jī)載GPS接收機(jī)(1)工作狀態(tài)和開 傘狀態(tài)信息，并顯示給地面回收人員；地面回收人員根據(jù)地面處理顯示模塊(17)上的顯示信息，判斷當(dāng)前無人機(jī)(5) 的狀態(tài)當(dāng)接收到的經(jīng)度、緯度和高度基本不再變化、機(jī)載GPS接收機(jī)(1)工作狀態(tài) 為正常時(shí)，則無人機(jī)(5)已經(jīng)接地且機(jī)載GPS接收機(jī)(1)仍在正常工作，前往當(dāng)前 的顯示位置即可回收無人機(jī)(5);當(dāng)顯示的經(jīng)度、緯度和高度基本不再變化、機(jī)載GPS 接收機(jī)(1)的工作狀態(tài)為異常時(shí)，則無人機(jī)(5)已經(jīng)接地且機(jī)載GPS接收機(jī)(1) 無法正常工作，此時(shí)顯示的位置為無人機(jī)(5)大致的接地地點(diǎn)，則可進(jìn)一步釆用無線 電測(cè)向定位原理進(jìn)行無人機(jī)的回收定位。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中小型無人機(jī)傘降回收定位方法，其特征在于將 機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)、民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(12)、地面無線移動(dòng)通訊模塊 (15)、無線電信標(biāo)機(jī)(11)和無線電測(cè)向設(shè)備(14)結(jié)合應(yīng)用于無人機(jī)(5)的回收 定位；利用機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)通過民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(12)向地面無線移 動(dòng)通訊模塊(15)傳送無人機(jī)(5)的回收定位信息所涉及設(shè)備之間的關(guān)系是機(jī)載GPS接收機(jī)(1)將無人機(jī)(5)當(dāng)前的GPS定位 數(shù)據(jù)輸出至回收控制器(9);回收控制器(9)輸出開啟或關(guān)閉指令至機(jī)載無線移動(dòng)通 訊模塊(10);回收控制器(9)將回收定位數(shù)據(jù)輸出至機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10); 機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)經(jīng)民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(12)將回收定位數(shù)據(jù)發(fā)送至 地面回收定位裝置(13)的地面無線移動(dòng)通訊模塊(15);地面無線移動(dòng)通訊模塊(15) 將接收到的回收定位數(shù)據(jù)輸出至地面處理顯示模塊(17)進(jìn)行解碼顯示；在使用時(shí)，回收控制器(9)控制無人機(jī)(5)的傘降回收裝置(4)開傘后，開啟 機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)，并通過民用無線移動(dòng)通訊阿絡(luò)(12)向地面無線移動(dòng)通 訊模塊(15)傳送無人機(jī)回收定位信息；無人機(jī)(5)接地后，若機(jī)載GPS接收機(jī)(1) 仍能正常工作，則機(jī)載GPS接收機(jī)(1)得到的無人機(jī)(5)當(dāng)前位置信息經(jīng)回收控制 器(9)定時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊(10)，然后由民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)(12) 傳送到地面無線移動(dòng)通訊模塊(15)，在由地面處理顯示模塊(17)顯示給地面回收人 員；利用無線電信標(biāo)機(jī)(11)和無線電測(cè)向設(shè)備(14)作為機(jī)載GPS接收機(jī)(1)接 地后無法正常工作時(shí)的備用回收定位手段所涉及設(shè)備之間的關(guān)系是無人機(jī)(5)上的回收控制器(9)輸出開傘控制信號(hào)至 傘降回收裝置(4);回收控制器(9)輸出開啟或關(guān)閉指令至無線電信標(biāo)機(jī)(11);無 線電信標(biāo)機(jī)(11)向四周發(fā)射無線電信標(biāo)訊號(hào)，經(jīng)地面回收定位裝置(13)的無線電測(cè)向設(shè)備(14)接收；無線電測(cè)向設(shè)備(14)測(cè)量并輸出無線電信標(biāo)機(jī)(11)的方位 角至地面處理顯示模塊(17)顯示；在使用時(shí)，回收控制器(9)控制無人機(jī)(5)的傘降回收裝置(4)開傘后，開啟 無線電信標(biāo)機(jī)(11)向四周發(fā)射無線電信標(biāo)信號(hào)；無人機(jī)(5)接地后，若機(jī)載GPS 接收機(jī)(1)不能正常工作，則按地面處理顯示模塊(17)顯示的機(jī)載GPS接收機(jī)(1) 最后正常工作時(shí)發(fā)回的位置，地面回收人員到達(dá)該點(diǎn)附近后利用無線電測(cè)向設(shè)備(14) 根據(jù)無線電信標(biāo)機(jī)(11)的信標(biāo)信號(hào)按無線電測(cè)向定位的方法確定無人機(jī)(5)精確的 接地位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中小型無人機(jī)回收定位裝置，應(yīng)用于中小型無人機(jī)傘降后的回收定位。該裝置包括無人機(jī)上的機(jī)載GPS接收機(jī)、機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊、回收控制器、傘降回收裝置和地面回收定位裝置的地面GPS接收機(jī)、地面無線移動(dòng)通訊模塊、地面處理顯示模塊，還包括無人機(jī)上的無線電信標(biāo)機(jī)和地面回收定位裝置的無線電測(cè)向設(shè)備。本發(fā)明利用機(jī)載無線移動(dòng)通訊模塊和地面無線移動(dòng)通訊模塊，借助民用無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了回收定位信息傳輸?shù)母采w范圍；采用無線電測(cè)向定位解決了無人機(jī)傘降接地后GPS接收機(jī)工作異常時(shí)無法定位的問題；可減少無人機(jī)回收工作量、加快回收速度，覆蓋范圍廣、設(shè)備成本低廉，既可單獨(dú)應(yīng)用，也可與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。
文檔編號(hào)G08G5/06GK101261520SQ20081010407
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者周尹強(qiáng), 王宏倫, 齊電海 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)