一种无人机的定位系统和方法与流程

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机的定位系统和一种无人机的定位方法。

背景技术：

目前无人机可以使用单点GPS(全球定位系统，Global Positioning System)进行定位，但是单点GPS无法获得无人机准确的实时坐标，其针对同一位置所得的坐标会在不同时间产生测量的偏移，其误差主要来自卫星钟误差、星历误差、电离层延迟，对流层延迟等等。因此，所得的定位坐标精度过低，使得无人机无法精准作业。

为了提高定位的精度和可靠性，无人机还可以使用差分GPS技术进行定位。无人机接收固定站发送的差分电文，现行的差分GPS技术是由固定站通过数字电台或移动通信网络，将差分电文发送至无人机。使用差分GPS定位技术优点是绝对精度高，然而，现行的差分GPS方案都需要传输大量的数据，因此存在有如下缺点：

1，在通过数字电台发送差分电文至无人机时，由于数字电台通信距离有限，不能均匀覆盖(数字电台的发射天线有一定的指向性)，以及遇到障碍物阻隔等因素的影响，在信号较差的地方容易发生通信中断。

2，在通过移动通信网络发送差分电文至无人机时，由于无人机上通常使用移动通信模块与固定站进行无线通信，故在无移动通信网络或者信号较差的地方容易发生通信中断，当通信中断时无人机会退出差分GPS。

发生以上情况时只能使用单点GPS进行定位，无人机定位不准确。根据经验，民用GPS的精度一般在10米左右，其单点定位的坐标值距离真实坐标为圆心的10米左右的半径以内，即无人机退出差分时，坐标偏移可能大于10米。当无人机上的GPS定位不准确时，容易发生偏航错误，在航线执行精度要求高的场景下，容易发生事故。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无人机的定位系统和一种无人机的定位方法。可以用于减小无人机在执行同一任务期间其定位发生的偏差，提高任务轨迹的执行精度：在小区域范围内增强退出差分时的定位精度；在只关心相对精度的场合，可在小区域内提高相对于某一时刻的定位精度。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种无人机的定位系统，所述定位系统至少包括定位增强装置，固定站和无人机，所述固定站能够与所述无人机相连，其中，

所述定位增强装置，包括：

第一定位模块，用于获取单点定位坐标，并依据所述单点定位坐标输出参考定位坐标，其中，所述参考定位坐标的定位精度高于单点定位坐标；

偏差计算模块，用于采用所述参考定位坐标和/或单点定位坐标生成位置偏差信息；

所述无人机，包括：

无人机定位模块，用于获取无人机的当前定位坐标；

飞行控制器，用于接收所述无人机定位模块输出的所述当前定位坐标以及接收所述定位增强装置发送的位置偏差信息，在所述当前定位坐标为单点定位坐标时，采用所述位置偏差信息对所述单点定位坐标进行修正，采用修正后的单点定位坐标控制无人机的飞行。

优选地，所述飞行控制器，还用于在所述当前定位坐标为差分定位坐标时，采用所述差分定位坐标控制无人机的飞行。

优选地，所述第一定位模块，用于在所述无人机飞行过程中，接收固定站发送的差分电文，以及，获取卫星发送的单点定位坐标，根据所述差分电文和单点定位坐标计算参考定位坐标；

或者，

所述第一定位模块，用于在所述无人机飞行过程中，获取当前时刻卫星发送的单点定位坐标，将第0时刻至当前时刻所获取的单点定位坐标进行滤波处理，得到当前时刻的参考定位坐标。

优选地，还包括：滤波模块，用于对预设阈值内的位置偏差信息进行滤波处理，并将进行滤波处理后的位置偏差信息发送至所述飞行控制器。

优选地，所述定位增强装置外接于所述固定站，或者，所述定位增强装置内置于所述固定站。

本发明实施例还公开了一种无人机的定位方法，包括：

接收定位增强装置发送的位置偏差信息；

获取无人机定位模块输出的当前定位坐标，并判断所述当前定位坐标为差分定位坐标或者单点定位坐标；

若所述当前定位坐标为单点定位坐标，则采用所述位置偏差信息对所述单点定位坐标进行修正；

采用修正后的单点定位坐标控制无人机的飞行。

本发明实施例还公开了一种无人机的定位方法，包括：

获取参考定位坐标和单点定位坐标；

采用所述参考定位坐标和单点定位坐标生成位置偏差信息；

将所述位置偏差信息发送至无人机，以使所述无人机能够采用所述位置偏差信息对于获取的当前定位坐标进行修正，并采用修正后的当前定位坐标控制无人机的飞行。

优选地，所述采用所述参考定位坐标和单点定位坐标生成位置偏差信息的步骤，包括：

将参考定位坐标减去单点定位坐标，获得定位坐标差；

将所述定位坐标差判定为位置偏差信息。

优选地，所述获取参考定位坐标和单点定位坐标的步骤包括：

在所述无人机飞行过程中，获取固定站发送的差分电文，以及，获取卫星发送的单点定位坐标，根据所述差分电文和单点定位坐标计算参考定位坐标；

或者，

在所述无人机飞行过程中，获取当前时刻卫星发送的单点定位坐标，将第0时刻至当前时刻所获取的单点定位坐标进行滤波处理，得到当前时刻的参考定位坐标。

优选地，所述将位置偏差信息发送至无人机的步骤包括：

筛选出预设阈值内的位置偏差信息；

对预设阈值内的位置偏差信息进行滤波处理，并将进行滤波处理后的位置偏差信息发送至所述无人机。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例在的无人机定位系统中添加定位增强装置，作为无人机GPS定位的补充。定位增强装置可以与固定站相连，无人机通过定位增强装置可以获取到能够进行定位修正的位置偏差信息，当获取到的无人机的当前定位坐标是单点定位坐标时，可以利用定位增强装置发送位置偏差信息进行修正，然后再使用修正后的单点定位坐标来控制无人机的飞行。本发明实施例可以用于减小无人机在执行同一任务期间其定位发生的偏差，提高任务轨迹的执行精度：在小区域范围内增强差分GPS退出差分时的定位精度；在只关心相对精度的场合，可在小区域内提高相对于某一时刻的定位精度。

附图说明

图1是本发明的一种无人机的定位系统实施例的结构框图；

图2是本发明的一种定位增强装置的系统架构示意图；

图3是本发明的一种无人机的定位方法实施例1的结构框图；

图4是本发明的一种无人机的定位方法实施例2的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明的一种无人机的定位系统实施例的结构框图。所述定位系统至少包括定位增强装置101，固定站102和无人机103，所述固定站102能与所述无人机103相连。进一步地，所述固定站103还能与所述定位增强装置101相连。

需要说明的是，本发明实施例的定位增强装置101，既可以内置于固定站102，也可以外接于固定站102，甚至可以安装到无人机的机体上，本发明实施例对此均不加以限制。

在具体实现中，定位增强装置101，固定站102和无人机103之间可以进行相互通信，其通信方式可以包括但不限于：无线通信协议(例如，WIFI、GPRS、3G/4G)、蓝牙、无线波等等。

本发明实施例的定位增强装置101，可以包括第一定位模块1011和偏差计算模块1012。

第一定位模块1011，用于获取单点定位坐标，并依据所述单点定位坐标输出参考定位坐标，其中，所述参考定位坐标的定位精度高于单点定位坐标；

偏差计算模块1012，用于采用所述参考定位坐标和/或单点定位坐标生成位置偏差信息；

本发明实施例的无人机103，可以包括无人机定位模块1031和飞行控制器1032。

无人机定位模块1031，用于获取无人机的当前定位坐标；

当无人机定位模块1031能够接收固定站102发送的差分电文时，无人机定位模块1031则向飞行控制器1032输出的当前定位坐标为差分定位坐标。当由于通信中断或者无法通信等异常问题出现时，无人机定位模块1031无法收到差分电文或者无法收到完整的差分电文，此时无人机定位模块1031则回退到单点定位模式，向飞行控制器1032输出的当前定位坐标为单点定位坐标。

飞行控制器1032，用于接收所述无人机定位模块1031输出的所述当前定位坐标以及接收所述定位增强装置101发送的位置偏差信息，在所述当前定位坐标为单点定位坐标时，采用所述位置偏差信息对所述单点定位坐标进行修正，采用修正后的单点定位坐标控制无人机的飞行。

定位增强装置101中的第一定位模块1011，可以实时获取单点定位坐标，实时地基于单点定位坐标获得精度高于单点定位坐标的参考定位坐标，然后偏差计算模块1012利用单点定位坐标和参考定位坐标P2作差，得到一个位置偏差信息offset(Δlatitude，Δlongitude，Δaltitude)。即：offset＝P1–P2。定位增强装置101可以实时将位置偏差信息发送给无人机103。

本发明实施例的无人机103的无人机定位模块1031，可以进行单点定位得到单点定位坐标，或者，利用RTK(Real-time kinematic，载波相位差分)技术进行差分定位得到差分定位坐标，当无人机因差分定位中断退化到单点定位或者仅能进行单点定位时，也即是说，无人机103获取到的当前定位坐标是单点定位坐标时，飞行控制器1032可以利用定位增强装置101发送的位置偏差信息，对于当前获取到的单点定位坐标进行修正，然后再使用修正后的单点定位坐标来控制无人机103的飞行。

应用本发明实施例的定位增强装置101，可以使得无人机103在退出差分定位之后，在距离较近的地理区域内仍可保持较高的绝对精度，当差分定位中断退化到单点定位会产生较大定位误差时，利用位置偏差信息对于单点定位坐标进行修正，提高单点定位坐标的定位精度，从而大大增强无人机103执行航线的稳定性。此外，由于位置偏差信息的数据量特别小，在移动通信网络的信号较弱的地理区域也容易通信成功，并且位置偏差信息的时效性长。

在本发明的一种优选实施例中，第一定位模块1011可以获取到单点定位坐标，并基于单点定位坐标输出参考定位坐标。具体地，第一定位模块1011获取到单点定位坐标和参考定位坐标方式包括但不限于如下两种方式：

方式一：所述第一定位模块1011，用于在所述无人机飞行过程中，接收固定站发送的差分电文，以及，获取卫星发送的单点定位坐标，根据所述差分电文和单点定位坐标计算参考定位坐标。

方式二：所述第一定位模块1011，用于在所述无人机飞行过程中，获取当前时刻卫星发送的单点定位坐标，将第0时刻至当前时刻所获取的单点定位坐标进行滤波处理，得到当前时刻的参考定位坐标。

在具体实现中，第一定位模块1011可以两种GPS接收机，即用于接收差分电文的差分GPS接收机，接收单点定位坐标的单点GPS接收机，即在第一定位模块1011可以有两路输入。

可选地，如果两个GPS接收机在硬件上独立，在计算位置偏差信息时应当将两个GPS接收机的接收天线的位置差计算在内，当然，在一些对精度要求相较不严格的使用场景下，如果两个GPS接收机的接收天线离得很近(如<10cm)，则可以不考虑接收天线的位置差。

在本发明实施例中，第一定位模块1011可以通过单点定位得到的单点定位坐标，而参考定位坐标可以通过多种方式获得，只要参考定位坐标的定位精度高于单点定位坐标的定位精度即可。例如，第一定位模块1011首先可以从固定站获得差分电文，然后再根据差分电文和单点定位坐标计算得到参考定位坐标，或者，对于通过单点定位得到单点定位坐标行采样滤波获得(适用于仅能获得单点定位坐标的场景)，然后再将滤波处理后的单点定位坐标作为参考定位坐标。

在一些只关心相对精度的飞行场景中，可以采用单点定位坐标替代差分定位坐标作为参考定位坐标。具体来说，在无人机开机后通过单点定位在0时刻到当前时刻进行单点定位坐标的采集和滤波处理，然后将0时刻-当前时刻进行滤波处理后的单点定位坐标作为参考定位坐标。

当然，在实施本发明实施例时，也可以采用其他方式来获取单点定位坐标和参考定位坐标，本发明实施例对此无需加以限制。

在本发明的一种优选实施例中，所述定位增强装置101还可以包括如下模块：

滤波模块1013，用于对预设阈值内的位置偏差信息进行滤波处理，并将进行滤波处理后的位置偏差信息发送至所述飞行控制器。

在具体实现中，由于通过单点定位得到的单点定位坐标存在较大的漂移，因此可以对位置偏差信息进行滤波来降噪并使其平滑。

一种优选滤波方案为：去除在位置偏差信息中变化超过阈值的偏差信息，然后再将去除变化超过预设阈值后的位置偏差信息进行滤波处理，即可得到较为理想的位置偏差信息，再发送给无人机103的飞行控制器1032来修正单点定位坐标。

在本发明的一种优选实施例中，所述飞行控制器1032，还用于在所述当前定位坐标为差分定位坐标时，采用所述差分定位坐标控制无人机的飞行。

需要说明的是，在无人机处于差分定位时，由于差分定位获得的差分定位坐标本身为高精度定位坐标，则可以直接使用差分定位得到的差分定位坐标控制无人机的飞行，而无需使用位置偏差信息对于无人机的当前定位坐标进行修正。

本发明实施例在的无人机定位系统中添加定位增强装置，作为无人机定位系统的一个补充。其中，定位增强装置可以与固定站相连，无人机通过定位增强装置可以获取到能够进行定位修正的位置偏差信息，当获取到的无人机的当前定位坐标是单点定位坐标时，可以利用定位增强装置发送位置偏差信息进行修正，然后再使用修正后的单点定位坐标来控制无人机的飞行。本发明实施例可以用于减小无人机在执行同一任务期间其定位发生的偏差，提高任务轨迹的执行精度：在小区域范围内增强退出差分时的定位精度；在只关心相对精度的场合，可在小区域内提高相对于某一时刻的定位精度。

为了是本领域技术人员更好地理解本发明实施例的定位增强装置，以下采用具体的示例进行说明。

参照图2所示的一种定位增强装置的系统架构示意图，该图所示的GPS增强装置即本发明实施例的定位增强装置，GPS增强装置是包括有第一GPS模块、偏差计算器以及滤波器。其中，第一GPS模块可以是RTK模式定位，也可以是单点定位。

如果是RTK模式定位，则第一GPS模块接收固定站的RTCM信号(差分电文)，同时GPS增强装置上的第一GPS模块利用从卫星获取到的单点定位坐标结合RTCM信号就可以算出GPS增强装置上的第一GPS模块的高精度定位信息。这个高精度定位与单点定位信息输入给偏差计算器，偏差计算器就可以算出高精度定位信息与单点定位信息的向量，这个向量就是偏差信息。

如果不是RTK模式定位，则第一GPS模块不断获得单点定位信息，通过滤波的方式计算获得一个符合定位精度要求的参考定位信息，这个参考定位信息与单点定位信息输入给偏差计算器，偏差计算器同样也可以算出偏差信息，只不过这个偏差信息与上一段的偏差信息相比精度没这么高。

最后，GPS增强装置实时地将位置偏差信息发送给无人机的飞行控制器。

对于无人机来说，无人机GPS模块即上述实施例中的无人机定位模块。如果无人机GPS模块如果能够接收到RTCM信号，那么它处于RTK定位模式，由于RTK定位模式输出的RTCM信号的坐标精度高，飞行控制器接收到该差分电文后会直接使用进行无人机的飞行控制，并舍弃接收的位置偏差信息。如果由于各种问题，无人机GPS模块突然接收不到RTCM信号，那么它输出给飞行控制器的就是单点定位坐标，此时飞行控制器将单点定位坐标和实时接收到的位置偏差信息对单点定位坐标进行纠正，然后才使用纠正后的单点定位坐标进行无人机的飞行控制。

需要说明的是，本发明实施例除了适用于无人机外，也同样适用于其他需要进行定位终端设备，本发明实施例对此并不加以限制。

本发明实施例的无人机在飞行过程中，当由使用差分定位退化为单点定位，或者仅能够进行单点定位时，可以根据位置偏差信息，对于无人机检测到的单点定位坐标进行修正，使得无人机能够维持较高的定位精度。

参照图3，示出了本发明的一种无人机的定位方法实施例1的步骤流程图，所述的方法具体可以包括如下步骤：

步骤201，接收定位增强装置发送的位置偏差信息；

步骤202，获取无人机定位模块输出的当前定位坐标；

步骤203，判断所述当前定位坐标为差分定位坐标或者单点定位坐标；若所述当前定位坐标为单点定位坐标，则执行步骤204；

步骤204，采用所述位置偏差信息对所述单点定位坐标进行修正；

步骤205，采用修正后的单点定位坐标控制无人机的飞行。

参照图4，示出了本发明的一种无人机的定位方法实施例2的步骤流程图，所述的方法具体可以包括如下步骤：

步骤301，获取参考定位坐标和单点定位坐标；

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤301可以如下包括子步骤：

子步骤S11，在所述无人机飞行过程中，获取固定站发送的差分电文，以及，获取卫星发送的单点定位坐标，根据所述差分电文和单点定位坐标计算参考定位坐标；

或者，

子步骤S12，在所述无人机飞行过程中，获取当前时刻卫星发送的单点定位坐标，将第0时刻至当前时刻所获取的单点定位坐标进行滤波处理，得到当前时刻的参考定位坐标。

步骤302，采用所述参考定位坐标和单点定位坐标生成位置偏差信息；

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤302可以包括如下子步骤：

子步骤S21，将参考定位坐标减去单点定位坐标，获得定位坐标差；

子步骤S22，将所述定位坐标差判定为位置偏差信息。

步骤303，将所述位置偏差信息发送至无人机，以使所述无人机能够采用所述位置偏差信息对于获取的当前定位坐标进行修正，并采用修正后的当前定位坐标控制无人机的飞行。

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤303可以包括如下子步骤：

子步骤S31，筛选出预设阈值内的位置偏差信息；

子步骤S32，对预设阈值内的位置偏差信息进行滤波处理，并将进行滤波处理后的位置偏差信息发送至所述无人机。

对于方法实施例而言，由于其与系统实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种无人机的定位系统和一种无人机的定位方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。