无人机定位装置、方法及系统与流程

本发明涉及无人机领域，具体而言，涉及一种无人机定位装置、方法及系统。

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。无人机广泛应用于军事、农业、摄影等领域，例如，利用无人机侦察、喷洒农药以及航拍等等。

目前对无人机的飞行轨迹的记录主要依赖于无人机主动上报的位置信息(GPS坐标和海拔高度)，通过计算机软件系统记录位置信息即可得到无人机的飞行轨迹。该记录方法存在两个限制条件：1、无人机必须具备主动上报位置信息的能力；2、计算机软件系统必须已经接入无人机的通信网络。上述的限制条件导致了该方法的实用性较差，主要缺点如下：1、无人机的通信报文可能是加密过的，此时无人机上报的位置信息，对无法接入无人机通信网络的计算机软件系统不可用；2、某些较廉价的无人机可能不具备上报位置信息的能力；3、无人机上报的位置信息的准确度的可靠性不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种无人机定位装置、方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机定位装置，所述无人机定位装置包括：

信息接收单元，用于接收一雷达系统发送的无人机相对于所述雷达系统的方位角、距离值以及所述雷达系统的地理位置信息；

计算单元，用于依据所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统的地理位置信息计算出焦距数据；

控制指令生成单元，用于依据所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统的地理位置信息生成控制指令；

信息发送单元，用于将焦距数据、所述控制指令发送至一光学监控系统；

所述信息接收单元还用于接收所述光学监控系统依据所述焦距数据、所述控制指令发送的无人机的俯仰角；

所述计算单元还用于依据所述方位角、所述距离值、所述雷达系统的地理位置信息以及所述俯仰角计算出所述无人机的地理位置信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机定位方法，所述无人机定位方法包括：

接收一雷达系统发送的无人机相对于所述雷达系统的方位角和距离值以及所述雷达系统的地理位置信息；

依据所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统的地理位置信息计算出焦距数据与生成控制指令；

将所述焦距数据、所述控制指令发送至一光学监控系统；

接收所述光学监控系统依据所述焦距数据、所述控制指令发送的无人机的俯仰角；

依据所述方位角、所述距离值、所述俯仰角以及所述雷达系统的地理位置信息计算出所述无人机的地理位置信息。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机定位系统，所述无人机定位系统包括雷达系统、后台服务器以及光学监控系统，所述雷达系统、所述后台服务器以及所述光学监控系统之间建立通信连接，

所述雷达系统用于对一目标区域进行探测，在探测到无人机时发送无人机相对于所述雷达系统的方位角和距离值以及所述雷达系统的地理位置信息至所述后台服务器；

所述后台服务器包括：

信息接收单元，用于接收所述雷达系统发送的所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统的地理位置信息；

计算单元，用于依据所述方位角、所述距离值计算出焦距数据；

控制指令生成单元，用于依据所述方位角、所述距离值生成控制指令；

信息发送单元，用于将所述焦距数据以及所述控制指令发送至所述光学监控系统；

所述光学监控系统用于接收所述信息发送单元发送的控制指令以及焦距数据，依据所述焦距数据聚焦，再依据所述控制指令确定扫描区域并搜索扫描区域内的无人机，在搜索到无人机时记录无人机当前的俯仰角，并发送俯仰角至所述信息接收单元；

所述信息接收单元还用于接收所述光学监控系统依据所述焦距数据、所述控制指令发送的无人机的俯仰角；

所述计算单元还用于依据所述方位角、所述距离值、所述俯仰角以及所述雷达系统的地理位置信息计算出所述无人机的地理位置信息。

与现有技术相比，本发明提供的无人机定位装置、方法及系统，通过雷达系统在目标区域探测到无人机后，发送无人机相对于所述雷达系统的方位角和距离值以及所述雷达系统的地理位置信息至所述后台服务器，后台服务器依据上述的信息控制光学监控系统扫描无人机并记录无人机当前的俯仰角，后台服务器的计算单元即可依据所述方位角、所述距离值、所述俯仰角以及所述雷达系统的地理位置信息计算出所述无人机的地理位置信息。该无人机定位装置、方法及系统对无人机的定位不受无人机本身的条件限制，可记录目标区域内的飞行轨迹，改善了雷达系统无法精确探测低慢小目标的位置的问题，提高了对无人机定位的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

图1为本明实施例提供的无人机、雷达系统、后台服务器以及光学监控系统之间的交互示意图；

图2为本发明实施例提供的后台服务器的结构框图；

图3发明实施例提供的无人机定位装置的功能模块示意图；

图4为本发明实施例提供的无人机定位方法的程序流程图；

图5为本发明实施例提供的数字高清摄像机的电路连接框图。

图标：100-无人机；200-雷达系统；300-后台服务器；400-光学监控系统；201-无人机定位装置；202-存储器；203-存储控制器；204-处理器；205-外设接口；301-信息接收单元；302-计算单元；303-控制指令生成单元；304-信息发送单元；305-飞行轨迹绘制单元；501-控制器；502-无线通信模块；503-电机驱动组件；504-数字高清摄像机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本发明较佳实施例所提供的无人机定位装置、方法及系统可应用于如图1所示的应用环境中。如图1所示，无人机100、雷达系统200、后台服务器300、光学监控系统400位于无线通信网络中，雷达系统200用于通过电磁波扫描无人机100，后台服务器300分别与雷达系统200、光学监控系统400进行数据交互。

图2示出了本发明实施例中的后台服务器300的结构框图。如图2所示，后台服务器300包括无人机定位装置201、存储器202、存储控制器203，一个或多个(图中仅示出一个)处理器204、外设接口205等。这些组件通过一条或多条通讯总线/信号线相互通讯。所述无人机定位装置201包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器202中或固化在所述后台服务器300的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。

存储器202可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的无人机定位装置及方法所对应的程序指令/模块，处理器204通过运行存储在存储器202内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，如本发明实施例提供的无人机定位方法。

存储器202可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。处理器204以及其他可能的组件对存储器202的访问可在存储控制器203的控制下进行。

外设接口205将各种输入/输出装置耦合至处理器204以及存储器202。在一些实施例中，外设接口205、处理器204以及存储控制器203可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

可以理解，图2所示的结构仅为示意，后台服务器300还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

请参阅图3，本发明实施例提供了一种无人机定位装置201，所述无人机定位装置201包括信息接收单元301、计算单元302、控制指令生成单元303、信息发送单元304以及飞行轨迹绘制单元305。

所述信息接收单元301用于接收一雷达系统200发送的无人机100相对于所述雷达系统200的方位角、距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息。

雷达系统，可利用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息，另外，雷达系统200还存储有自身的地理位置信息，雷达系统200的地理位置信息包括有雷达系统200所在地理位置的经度、纬度以及高度，并且雷达系统200还可以将反射电磁波的信号强度以及测得无人机100的移动速度信息发送至信息接收单元301。

所述计算单元302用于依据所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息计算出焦距数据。

计算单元302通过所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息可以得出无人机100的大致方位，从而可以得出光学监控系统400可以拍摄到无人机100需要聚焦的焦距数据。

所述控制指令生成单元303用于依据所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息生成控制指令。

本实施例中，控制指令携带有无人机100的方位角、距离值以及雷达系统200的地理位置信息。

所述信息发送单元304用于将焦距数据、所述控制指令发送至一光学监控系统400。

所述信息接收单元301还用于接收所述光学监控系统400依据所述焦距数据、所述控制指令发送的无人机100的俯仰角。

本实施例中，光学监控系统400依据所述焦距数据聚焦，再依据所述控制指令携带的无人机100的方位角、距离值以及雷达系统200的地理位置信息确定扫描区域并搜索扫描区域内的无人机100，在搜索到无人机100时记录无人机100当前的俯仰角，并发送俯仰角至所述信息接收单元301。

所述计算单元302还用于依据所述方位角、所述距离值、所述雷达系统200的地理位置信息以及所述俯仰角计算出所述无人机100的地理位置信息。

具体地，所述计算单元302用于依据算式S1＝C1+D×cos(β)×cos(θ)，S2＝C2+D×cos(β)×sin(θ)，G＝H+D×sin(β)分别计算出无人机100的经度、纬度以及高度以获得无人机100的地理位置信息，其中，C1为所述雷达系统200的经度，C2为所述雷达系统200的纬度，H为所述雷达系统200的高度，θ为无人机100的方位角，β无人机100的俯仰角，S1为无人机100的经度，S2为无人机100的纬度，G为无人机100的高度，D为所述距离值。

所述飞行轨迹绘制单元305用于依据时间信息以及所述无人机100的地理位置信息绘制出所述无人机100的飞行轨迹。

请参阅图4，本发明实施例提供了一种无人机定位方法，需要说明的是，本实施例所提供的无人机定位方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述无人机定位方法包括：

步骤S401：利用后台服务器300接收一雷达系统200发送的无人机100相对于所述雷达系统200的方位角和距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息。

可以理解地，依据信息接收单元301执行步骤S401。

步骤S402：后台服务器300依据所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息计算出焦距数据与生成控制指令。

可以理解地，依据计算单元302执行步骤S402。

步骤S403：后台服务器300将所述焦距数据、所述控制指令发送至一光学监控系统400。

可以理解地，依据信息发送单元304执行步骤S403。

步骤S404：后台服务器300接收所述光学监控系统400依据所述焦距数据、所述控制指令发送的无人机100的俯仰角。

可以理解地，依据信息接收单元301执行步骤S404。

步骤S405：后台服务器300依据所述方位角、所述距离值、所述俯仰角以及所述雷达系统200的地理位置信息计算出所述无人机100的地理位置信息。

可以理解地，依据计算单元执行步骤S405。

具体地，步骤S405包括：依据算式S1＝C1+D×cos(β)×cos(θ)，S2＝C2+D×cos(β)×sin(θ)，G＝H+D×sin(β)分别计算出无人机100的经度、纬度以及高度以获得无人机100的地理位置信息，其中，C1为所述雷达系统200的经度，C2为所述雷达系统200的纬度，H为所述雷达系统200的高度，θ为无人机100的方位角，β无人机100的俯仰角，S1为无人机100的经度，S2为无人机100的纬度，G为无人机100的高度，D为所述距离值。

步骤S406：后台服务器300依据时间信息以及所述无人机100的地理位置信息绘制出所述无人机100的飞行轨迹。

可以理解地，依据飞行轨迹绘制单元305执行步骤S406。

请参阅图1，本发明实施例还提供了一种无人机定位系统，需要说明的是，本实施例所提供的无人机定位系统，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述无人机定位系统包括雷达系统200、后台服务器300以及光学监控系统400，所述雷达系统200、所述后台服务器300以及所述光学监控系统400之间建立通信连接。

所述雷达系统200用于对一目标区域进行探测，在探测到无人机100时发送无人机100相对于所述雷达系统200的方位角和距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息至所述后台服务器300，所述后台服务器300包括：

信息接收单元301，用于接收所述雷达系统200发送的所述方位角、所述距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息。

计算单元302，用于依据所述方位角、所述距离值计算出焦距数据。

控制指令生成单元303，用于依据所述方位角、所述距离值生成控制指令。

信息发送单元304，用于将所述焦距数据以及所述控制指令发送至所述光学监控系统400。

所述光学监控系统400用于接收所述信息发送单元304发送的控制指令以及焦距数据，依据所述焦距数据聚焦，再依据所述控制指令确定扫描区域并搜索扫描区域内的无人机100，在搜索到无人机100时记录无人机100当前的俯仰角，并发送俯仰角至所述信息接收单元301。

具体地，为了避免整个无人机定位系统对干扰的移动目标(如鸟类、气球等)的轨迹进行记录，所述光学监控系统400用于在搜索到飞行目标时，采集搜索到的飞行目标的视频数据，并依据采集到的视频数据识别该飞行目标是否为无人机100，如果是，则记录无人机100当前的俯仰角，并将俯仰角发送至所述信息接收单元301，从而避免了无人机定位系统对干扰的移动目标的轨迹进行记录。

进一步地，所述光学监控系统400包括基座、无线通信模块502、控制器501、电机驱动组件503、拍摄架组件以及数字高清摄像机504。电机驱动组件503、拍摄架组件均安装于基座，数字高清摄像机504安装于拍摄架组件。如图5所示，控制器501与无线通信模块502、电机驱动组件503以及数字高清摄像机504均电连接，控制器501用于通过无线通信模块502接收信息发送单元304发送的控制指令以及焦距数据，依据焦距数据控制数字高清摄像机504变焦，并依据控制指令锁定扫描区域，并控制所述电机驱动组件503驱动所述数字高清摄像机504转动以扫描所述扫描区域。数字高清摄像机504在扫描区域搜索到飞行目标后对采集飞行目标的视频数据，并将视频数据传输至控制器501，控制器501用于依据所述视频数据识别飞行目标是否为无人机100。

所述信息接收单元301还用于接收所述光学监控系统400依据所述焦距数据、所述控制指令发送的无人机100的俯仰角。

所述计算单元302还用于依据所述方位角、所述距离值、所述俯仰角以及所述雷达系统200的地理位置信息计算出所述无人机100的地理位置信息。

具体地，所述计算单元302用于依据算式S1＝C1+D×cos(β)×cos(θ)，S2＝C2+D×cos(β)×sin(θ)，G＝H+D×sin(β)分别计算出无人机100的经度、纬度以及高度以获得无人机100的地理位置信息，其中，C1为所述雷达系统200的经度，C2为所述雷达系统200的纬度，H为所述雷达系统200的高度，θ为无人机100的方位角，β无人机100的俯仰角，S1为无人机100的经度，S2为无人机100的纬度，G为无人机100的高度，D为所述距离值。

飞行轨迹绘制单元305，用于依据时间信息以及所述无人机100的地理位置信息绘制出所述无人机100的飞行轨迹。

本实施例中，后台服务器300还用于接收雷达系统200发送的反射电磁波的信号强度以及测得无人机100的移动速度信息；以及接收光学监控系统400拍摄得到的视频数据信息，并将反射电磁波的信号强度、无人机100的移动速度信息以及视频数据信息存储，以方便对无人机100的飞行状态进行查询与回溯。

本发明实施例提供的无人机定位装置、方法及系统，通过雷达系统200在目标区域探测到无人机100后，发送无人机100相对于所述雷达系统200的方位角和距离值以及所述雷达系统200的地理位置信息至所述后台服务器300，后台服务器300依据上述的信息控制光学监控系统400扫描无人机100并记录无人机100当前的俯仰角，后台服务器300的计算单元302即可依据所述方位角、所述距离值、所述俯仰角以及所述雷达系统200的地理位置信息计算出所述无人机100的地理位置信息。该无人机定位装置、方法及系统对无人机100的定位不受无人机100本身的条件限制，可记录目标区域内的飞行轨迹，并且改善了雷达系统200无法精确探测低慢小目标的位置的问题，提高了对无人机定位的可靠性，另外光学监控系统400可对采集搜索到的飞行目标的视频数据，并依据采集到的视频数据识别该飞行目标是否为无人机100，如果是，则记录无人机100当前的俯仰角，并将俯仰角发送至所述信息接收单元301，从而避免了无人机定位系统对干扰的移动目标的轨迹进行记录，更进一步地提高了对无人机定位的可靠性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。