浮空器的定位系统及其定位方法、存储介质及处理器与流程

本发明涉及浮空器领域，具体而言，涉及一种浮空器的定位系统及其定位方法、存储介质及处理器。

背景技术：

目前的三维定位方法，主要依靠gps、北斗等卫星定位方法，对于系留浮空器这种长时间用于非开阔地带、偏远无gps或北斗覆盖的地点，以上定位方法存在适用性低的问题。并且由于系留飞艇往往用于军事环境，只需要确定艇身和锚泊系统的相对位置即可，无需全球性的坐标，因此gps、北斗等定位方法需要在锚泊系统上和在系留艇上分别装备一套定位天线和定位硬件，造价昂贵，并不适合在系留浮空器上使用。

针对现有技术中通过在浮空器中设置gps定位装置对浮空器进行定位，导致定位成本较高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种浮空器的定位系统及其定位方法、存储介质及处理器，以至少解决在浮空器中设置gps定位装置对浮空器进行定位，导致定位成本较高的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种浮空器的定位系统，包括：高度传感器，设置于浮空器中，用于检测浮空器相对于锚泊装置所处平面的高度；计米器，设置于锚泊装置中，用于检测浮空器的系留缆绳的长度，其中，系留缆绳穿过环状体；环状体，通过支撑部件设置于计米器一侧的预定位置；多个压力传感器，设置于环状体内侧的不同位置，多个压力传感器用于检测浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量，其中，多个方向为由环状体的中心朝向多个压力传感器的方向；处理器，分别与高度传感器、计米器和多个压力传感器通信，用于根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于环状体的位置。

进一步地，多个压力传感器为四个压力传感器，四个压力传感器的方向分别朝向正东、正南、正西以及正北方向。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种浮空器的定位方法，包括：获取浮空器的高度、浮空器的系留缆绳的长度以及浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量，其中，多个方向为由环状体的中心朝向设置于环状体的多个压力传感器的方向；根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于环状体的位置。

进一步地，通过设置在环状体的四个均匀分布的压力传感器来检测浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量。

进一步地，以环状体的中心作为原点构建三维坐标系，其中，第一维度和第二维度为由原点指向与原点的连线相互垂直的两个压力传感器的方向，第三维度垂直于第一维度和第二维度所构成的平面；根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于原点的坐标值，并确定坐标值为浮空器相对于环状体的位置。

进一步地，获取多个压力传感器检测到的拉力分量；根据拉力分量不为零的压力传感器的拉力分量确定系留缆绳的偏移方向；根据偏移方向、高度和长度确定浮空器相对于原点的坐标值。

进一步地，在多个压力传感器的拉力分量都为零的情况下，确定浮空器处于环状体上方的竖直方向；在仅有一个压力传感器的拉力分量不为零的情况下，确定缆绳偏向拉力分量不为零的压力传感器对应的方向；在两个压力传感器的拉力分量不为零的情况下，确定缆绳偏向拉力分量不为零的两个压力传感器对应的方向之间。

进一步地，在确定浮空器处于环状体上方的竖直方向的情况下，确定第一坐标和第二坐标为零，第三坐标为高度，其中，第一坐标为第一维度的值，第二坐标为第二维度的值，第三坐标为第三维度的值；在确定缆绳偏向拉力分量不为零的压力传感器对应的方向的情况下，确定拉力分量不为零的压力传感器对应的第一坐标为零，并根据高度和长度确定第二坐标，以及确定高度为第三坐标，其中，第一坐标为第一维度的值，第二坐标为第二维度的值，第三坐标为第三维度的值；在确定缆绳偏向拉力分量不为零的两个压力传感器对应的方向之间的情况下，根据拉力分量不为零的两个压力传感器的拉力分量和高度确定第一坐标和第二坐标，并确定高度为第三坐标，其中，第一坐标为第一维度的值，第二坐标为第二维度的值，第三坐标为第三维度的值。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，其特征在于，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备实施例1中任意一项的浮空器的定位方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，其特征在于，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行实施例1中任意一项的浮空器的定位方法。

在本发明实施例中，通过设置于浮空器中的高度传感器检测浮空器相的高度，通过设置于锚泊装置的计米器检测浮空器的系留缆绳的长度，通过设置于环状体的不同位置的多个压力传感器检测浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量，并通过处理器根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于环状体的位置。上述方案改变了现有技术中在浮空器中设置gps装置以获取浮空器的位置的高成本方式，而采用设置有压力传感器的环状体的方式，确定浮空器与锚泊装置的相对位置，从而解决了在浮空器中设置gps定位装置对浮空器进行定位，导致定位成本较高的技术问题，且可以直接在现有的锚泊装置上加上设置有压力传感器的环状体，改造方便且成本低廉。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的浮空器的定位系统的示意图；

图2是根据本申请实施例的一种可选的浮空器的定位系统的示意图；

图3是根据本申请实施例的一种环状体内部结构的俯视图；以及

图4是根据本发明实施例的浮空器的定位方法的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

31、压力计1；32、压力计2；33、压力计3；34、压力计4；50、环状体；60、锚泊装置；70、系留缆绳；90、浮空器；100、浮空器空域。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种浮空器的定位系统的实施例，图1是根据本发明实施例的浮空器的定位系统的示意图，如图1所示，该系统包括：

高度传感器10，设置于浮空器中，用于检测浮空器相的高度。

具体的，上述高度传感器可以是压力高度表，通过检测浮空器所处位置的空气压力来获取海拔高度数据。

计米器20，设置于锚泊装置中，用于检测浮空器的系留缆绳的长度，其中，系留缆绳穿过环状体。

环状体50，通过支撑部件设置于计米器一侧的预定位置。

具体的，上述环状体可以为圆环，环状体的材质可以选择表面光滑的材质，使系留缆绳穿过环状体后滑动时摩擦力较小，以防止磨损系留缆绳。

多个压力传感器30，设置于环状体内侧的不同位置，多个压力传感器用于检测浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量，其中，多个方向为由环状体的中心朝向多个压力传感器的方向。

具体的，当浮空器飞行时，系留缆绳处于绷直状态，系留缆绳穿过环状体后，当浮空器不在环状体垂直上方的位置时，系留缆绳的拉力会对设置于环状体内侧的压力传感器产生压力，即拉力分量，从而可以根据设置在环状体内侧不同位置的压力传感器检测到的拉力分量，确定系留缆绳相对于环状体的偏移方向。

在一种可选的实施例中，环状体内侧具有与压力传感器的大小相匹配的多个凹槽，凹槽的位置均匀分布，将压力传感器嵌入环状体内侧的凹槽中，使换状态内侧光滑，从而形成了具有均匀分布的压力传感器的环状体。

处理器40，分别与高度传感器、计米器和多个压力传感器通信，用于根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于环状体的位置。

具体的，上述处理器通过有线或无线的方式与高度传感器、计米器以及压力传感器通信。图2是根据本申请实施例的一种可选的浮空器的定位系统的示意图，在一种可选的实施例中，结合图2所示，该示例在浮空器空域100中构建了一个三维坐标系，从而能够通过三维坐标来描述浮空器90的位置，在这个三维坐标系中，以环状体50的中心作为三维坐标系的中心，系留缆绳70穿过设置有多个压力传感器(图中未示出)的环状体50，连接浮空器90与锚泊装置60。处理器(图中未示出)在这一装置中，根据计米器(图中未示出)确定的系留缆绳70的长度、高度传感器(图中未示出)检测到的浮空器90的高度以及压力传感器检测到的拉力分量，确定浮空器90在以环状体为原点的三维坐标系中的三维坐标，从而确定了浮空器90的位置。

此处需要说明的是，由于环状体的位置是固定的，且预存于处理器中，因此在确定了浮空器相对于环状体的位置之后，处理器还能够根据环状体的位置确定浮空器在空间中的绝对位置(例如经纬度信息等)。

由上可知，本申请上述实施例通过设置于浮空器中的高度传感器检测浮空器相的高度，通过设置于锚泊装置的计米器检测浮空器的系留缆绳的长度，通过设置于环状体的不同位置的多个压力传感器检测浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量，并通过处理器根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于环状体的位置。上述方案改变了现有技术中在浮空器中设置gps装置以获取浮空器的位置的高成本方式，而采用设置有压力传感器的环状体的方式，确定浮空器与锚泊装置的相对位置，从而解决了在浮空器中设置gps定位装置对浮空器进行定位，导致定位成本较高的技术问题，且可以直接在现有的锚泊装置上安装设置有压力传感器的环状体，改造方便且成本低廉。

可选的，根据本申请上述实施例，多个压力传感器均匀设置于环状体内侧。具体的，由于系留缆绳穿过环状体，且压力传感器用于检测系留缆绳对环状体内侧的拉力分量，从而确定浮空器相对于锚泊装置的偏移，因此将压力传感器设置于环状体内侧。

可选的，根据本申请上述实施例，多个压力传感器为四个压力传感器。

可选的，根据本申请上述实施例，四个压力传感器的方向分别朝向正东、正南、正西以及正北方向。

图3是根据本申请实施例的一种环状体内部结构的俯视图，结合图3所示，压力计131、压力计232、压力计333以及压力计434分别设置于正北、正西、正南以及正东的方向。当系留缆绳穿过环状体，四个压力计会实时检测环状体所受到的系留缆绳的拉力的分量，从而作为确定浮空器位置的依据。

此处需要说明的是，设置在环状体内侧的压力传感器的数量可以是但不限于为四个，还可以为8个、16个等等，无论多个传感器的数量为多少，都能够通过下述实施例2中的方法求解浮空器的位置。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种浮空器的定位方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

该方法可以应用于实施例1中的浮空器的定位系统。图4是根据本发明实施例的浮空器的定位方法的流程图，如图4所示，该方法包括如下步骤：

步骤s402，获取浮空器的高度、浮空器的系留缆绳的长度以及浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量，其中，多个方向为由环状体的中心朝向设置于环状体的多个压力传感器的方向。

作为一种可选的实施例中，多个压力传感器均匀设置于环状体内侧，多个压力传感器为四个压力传感器，四个压力传感器的方向分别朝向正东、正南、正西以及正北方向。

具体的，上述浮空器的高度可以是通过设置于浮空器上的压力高度表获取的海拔高度，上述浮空器的溪流缆线的长度可以是根据设置在锚泊装置中的计米器获取的数据。当浮空器飞行时，系留缆绳处于绷直状态，系留缆绳穿过环状体后，在浮空器不在环状体垂直上方的位置时，系留缆绳的拉力会对设置于环状体内的压力传感器产生压力，即拉力分量，因此可以根据设置在环状体内不同位置的压力传感器检测到的分量，确定系留缆绳相对于环状体的偏移方向。

步骤s404，根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于环状体的位置。

图2是根据本申请实施例的一种可选的浮空器的定位系统的示意图，上述方法可以应用于如图2所示的示例中，在一种可选的实施例中，结合图2所示，图中构建了一个三维坐标系，从而能够通过三维坐标来描述浮空器的位置，在这个三维坐标系中，以环状体的中心作为三维坐标系的中心，系留缆绳穿过环状体，连接浮空器与锚泊装置。处理器在这一装置中，根据计米器确定的系留缆绳的长度、高度传感器检测到的浮空器的高度以及压力传感器检测到的拉力分量，确定浮空器在以环状体为原点的三维坐标系中的三维坐标，从而确定了浮空器的具体位置。

由上可知，本申请上述实施例获取浮空器的高度、浮空器的系留缆绳的长度以及浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量，根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于环状体的位置。上述方案改变了现有技术中在浮空器中设置gps装置以获取浮空器的位置的高成本方式，而采用设置有压力传感器的环状体的方式，确定浮空器与锚泊装置的相对位置，从而解决了在浮空器中设置gps定位装置对浮空器进行定位，导致定位成本较高的技术问题，且可以直接在现有的锚泊装置上加上设置有压力传感器的环状体，改造方便且成本低廉。

可选的，根据本申请上述实施例，获取浮空器的系留缆绳的拉力对环状体在多个方向的拉力分量，包括：

通过设置在环状体的多个均匀分布的压力传感器来检测浮空器的系留缆绳的拉力对所属环状体在多个方向的拉力分量。

在一种可选的实施例中，可以根据如图3所示的环状体来设置压力传感器。

可选的，根据本申请上述实施例，根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于环状体的位置，包括：

步骤s4041，以环状体的中心作为原点构建三维坐标系，其中，第一维度和第二维度为由原点指向与原点的连线相互垂直的两个压力传感器的方向，第三维度垂直于第一维度和第二维度所构成的平面。

在上述步骤中，以环状体原点构建三维坐标系，从而使得得到的浮空器的坐标为相对于锚泊装置(锚泊装置与环状体距离较近，锚泊装置与环状体之间的距离可忽略)的坐标，进而得到了浮空器相对于锚泊装置的位置。

需要说明的是，该三维坐标系与图2中三维坐标系相同，图3用于进一步示出构建三维坐标系的方法。在一种可选的实施例中，结合图3所示的示例进行描述，在该示例中四个压力计(即压力传感器)，压力计1、压力计2、压力计3以及压力计4分别设置于正北、正西、正南以及正东的方向，将压力计1的方向作为第一维度x，将压力计4的方向作为第二维度y，并将垂直于环状体所处平面指向天的方向作为第三维度z。

步骤s4043，根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于原点的坐标值，并确定坐标值为浮空器相对于环状体的位置。

作为一种可选的实施例，多个压力传感器分别对应一个方向，根据高度、长度和拉力分量确定浮空器相对于原点的坐标值，包括：

步骤s40431，获取多个压力传感器检测到的拉力分量。

步骤s40433，根据拉力分量不为零的压力传感器的拉力分量确定系留缆绳的偏移方向。

步骤s40435，根据偏移方向、高度和长度确定浮空器相对于原点的坐标值。

在上述步骤中，由于浮空器安装有高度传感器，因此在表示浮空器位置的坐标值中，用于表示高度的第三坐标z的值等于通过高度传感器得到的浮空器相对于锚泊装置的高度值(可以通过高度传感器检测到的海拔高度减去锚泊装置的海拔高度)，因此，系留缆绳的偏移方向用于确定第一坐标x和第二坐标y。

作为一种可选的实施例，根据拉力分量不为零的压力传感器的拉力分量确定系留缆绳的偏移方向，包括：

步骤s4043，在多个压力传感器的拉力分量都为零的情况下，确定浮空器处于环状体上方的竖直方向。

当压力传感器为零时，说明系留缆绳在该压力传感器安装的方向上没有分量，也即系留缆绳未向该压力传感器安装的方向偏移，如果多个压力传感器的拉力分量均为零，则说明多个压力传感器均未受到拉力，系留缆绳未向任何方向偏移，浮空器处于环状体上方的竖直方向。由于环状体与锚泊装置距离较近可以忽略，因此，在上述情况下，浮空器处于锚泊装置的竖直方向。

步骤s4043，在仅有一个压力传感器的拉力分量不为零的情况下，确定缆绳偏向拉力分量不为零的压力传感器对应的方向。

以四个压力传感器为例，在三个压力传感器的拉力分量为零的情况下，说明系留缆绳向拉力分量非零的压力传感器所对应的方向偏移，此时，作为坐标系的原点、浮空器以及浮空器在环状体所处平面的投影点构成直角三角形，对该直角三角形进行求解，即可得到浮空器相对于锚泊装置的三维坐标，即浮空器的位置。

步骤s4043，在两个压力传感器的拉力分量不为零的情况下，确定缆绳偏向拉力分量不为零的两个压力传感器对应的方向之间。

仍以多个压力传感器为四个压力传感器为例，在两个压力传感器的拉力分量为零的情况下，另外两个压力传感器的拉力分量都不为零，说明系留缆绳向两个非零压力传感器对应的方向之间的方向偏移。同样的，坐标系的原点、浮空器以及浮空器在环状体所处平面的投影点构成直角三角形，对该直角三角形进行求解，即可得到浮空器相对于锚泊装置的三维坐标，即浮空器的位置。

作为一种可选的实施例中，在确定浮空器处于环状体上方的竖直方向的情况下，根据偏移方向、高度和长度确定浮空器相对于原点的坐标值，包括：

确定第一坐标和第二坐标为零，第三坐标为高度，其中，第一坐标为第一维度的值，第二坐标为第二维度的值，第三坐标为第三维度的值。

在一种可选的实施例中，仍结合图2和图3所示的示例，设压力计1至压力计4对应的力分别为f1、f2、f3以及f4，l为浮空器的高度。在f1＝f2＝f3＝f4的情况下，可以确定缆绳垂直向上，则x＝y＝0，浮空器在x、y轴方向的坐标为0(即x＝0，y＝0)，z方向的坐标为z＝l。

作为一种可选的实施例中，在确定缆绳偏向拉力分量不为零的压力传感器对应的方向的情况下，根据偏移方向、高度和长度确定浮空器相对于原点的坐标值，包括：

确定拉力分量不为零的压力传感器对应的第一坐标为零，并根据高度和不为零的第二坐标确定第三坐标，其中，第一坐标为第一维度的值，第二坐标为第二维度的值，第三坐标为第三维度的值。

在一种可选的实施例中，仍以图2和图3示出的示例，列举如下几种情况进行说明：

1)f2＝f3＝f4＝0，f1≠0，则有：x＝0，系留缆绳偏正北方向，且

2)f1＝f3＝f4＝0，f2≠0，则有：y＝0，系留缆绳偏正西方向，且

3)f1＝f2＝f4＝0，f3≠0，则有：x＝0，系留缆绳偏正南方向，且

4)f1＝f2＝f3＝0，f4≠0，则有：y＝0，系留缆绳偏正东方向，且

在上述的多种情况下，z值仍为浮空器的高度l。

作为一种可选的实施例中，在确定缆绳偏向拉力分量不为零的两个压力传感器对应的方向之间的情况下，根据偏移方向、高度和长度确定浮空器相对于原点的坐标值，包括：

根据拉力分量不为零的两个压力传感器的检测值和高度确定第一坐标和第二坐标，确定高度为第三坐标，其中，第一坐标为第一维度的值，第二坐标为第二维度的值，第三坐标为第三维度的值。

在一种可选的实施例中，仍以图2和图3示出的示例，列举如下几种情况进行说明：

1)f1＝f2＝0，f3≠0，f4≠0，则有：系留缆绳偏东南方向，

2)f2＝f3＝0，f1≠0，f4≠0，则有：系留缆绳偏东北方向，

3)f3＝f4＝0，f1≠0，f2≠0，则有：系留缆绳偏西北方向，

4)f1＝f4＝0，f2≠0，f3≠0，则有：系留缆绳偏西南方向，

在上述的多种情况下，z值仍为浮空器的高度l。

实施例3

根据本发明实施例，提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行实施例1中任意一种浮空器的定位方法。

实施例4

根据本发明实施例，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行实施例1中任意一种浮空器的定位方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元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全部或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(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。