一种无人机充电平台的超声波精确定位系统的制作方法

本发明的涉及无人机定位的技术领域，具体涉及一种无人机充电平台的超声波精确定位系统。

背景技术：

随着国内经济的发展，电网的规模逐步扩大，较长距离高电压输电线路增长迅速，尤其是我国西南部，山川河流众多，这就大大增加了人工巡检的困难，而且人工巡检耗时长、效率低下、巡检数据错误率高。

近几年来，国内稳步发展的无人机智能巡检技术，因其不受地形的影响，大大的提高了工作效率，与此同时，无人机视野广阔，内部具有先进机载设备，采集图像视频，具有近距离观测输电线路杆塔的可能性，大大解放了人力，提高了巡检质量。

但是，现有的无人机具有续航短的通病，这大大影响了巡检工作的效率及质量，现提出一种无线充电平台的概念：无人机电量低时可降落在充电平台进行无线充电，充电完毕后可继续飞行，以此解决续航短的弊端，但无人机的充电效率与定位精度密切相关，只有进行精确定位，才能实现充电效益最大化，但往往无人机定位存在误差，导致无人机在充电平台上充电效率低下，大大影响无人机工作效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对目前输电线路巡检无人机充电效率低下的问题，提出了一种无人机充电平台的超声波精确定位系统，实现精确对准充电区域，确保巡检无人机充电的高效。

本实用新型的技术方案是一种输电线路巡检无人机充电平台的超声波精确定位系统，包括无人机、充电平台和服务器，所述的无人机安装有超声波发射装置、射频发射装置以及第一无线通讯模块，射频发射装置采用F05A型号；所述的充电平台安装有多个超声波接收装置、射频接收装置、多个计时器和第二无线通讯模块；所述的射频接收装置连接到1个计时器；每个超声波接收装置对应1个计时器，超声波接收装置输出端和计时器输入端连接；所述的计时器输出端和第二无线通讯模块输入端连接。

所述的无人机和充电平台分别通过无线网与服务器连接。

所述的超声波发射装置输入端、射频发射装置输入端分别和第一无线通讯模块输出端连接；所述的超声波接收装置与充电平台垂直设置。

所述的超声波接收装置为3-5个，优选地，本系统采用3个超声波接收装置。

所述的计时器为4-6个，优选地，本系统采用4个计时器。

本实用新型的工作原理是：利用无线射频装置和超声波传播速度的差异解决了超声波的发射与接收不在同一侧而产生的同步难题。无人机定位时，服务器通过无线局域网对无人机发出发射超声波的指令，无人机收到该指令后，通过超声波发射装置发射超声波信号，与此同时，无线射频装置发射无线射频信号；无线射频接收装置接收到上述射频信号时，触发超声波接收装置；当超声波接收装置接收到上述超声波信号时，就会确定无人机与参考点接收设备的距离，参考点有3个或3个以上时，就能确定无人机相对于无线充电平台的精确位置。

本实用新型的有益效果是使无人机精确对准充电区域，提高无人机充电的效率，且结构简单，可靠性高，易于布置。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本实用新型结构示意图。

图2为充电平台2示意图。

图3为无人机1精确位置示意图。

具体实施方式

本实用新型专利涉及一种无人机充电平台的超声波精确定位系统，具体结构如图1和图2所示，包含无人机1、充电平台2和服务器3，其中无人机1上安装有超声波发射装置4、第一无线通讯模块6以及无线射频发射装置5，射频发射装置5采用F05A型号。超声波发射装置4用以向充电平台2发射超声波信号，无线射频发射装置5可发射射频信号。充电平台2安装有3个超声波接收装置7（分别设置于A、B、C点，线段AB与线段AC垂直），1个无线射频接收装置8（设置于D点）和第二无线通讯模块10。超声波接收装置7相对于充电平台2垂直放置，有利于接收超声波发射装置4于P点所发出的超声波信号。

通过射频信号向参考点传送超声波发射的起始信息，因射频信号的传播速度很大，为3 QUOTE10⁸m/s，而超声波的传播速度较小，约为3.41 QUOTE 10²m/s，所以射频的时间可忽略不计，传播速度的差异解决了超声波的发射与接收不在同一侧而产生的同步难题。在实际计算中，射频信号的时延虽然可忽略，但发送装置所发送的数据中，包括接收端的地址码、数据以及同步码仍需一定的时间，该时间与系统选用的串行时钟有关，解码器解出该数据也需要一定的时间，由于这些时间都是确切已知的，系统计算时可对这段时间的补偿做的比较精确。

在定位时，服务器3通过无线局域网对无人机1发出发射超声波的指令，无人机1收到该指令后，通过超声波发射装置4发射超声波信号，与此同时，射频发射装置5发射无线射频信号；无线射频接收装置8接收到上述射频信号时，超声波接收装置7触发；当3个超声波接收装置7分别于A,B,C点接收到上述超声波信号时，就能确定无人机1与充电平台2的距离，从而确定了无人机1相对于充电平台2的位置。

无人机1发射超声波后，当充电平台2接收到超声波信号时各计时器9停止计时；计时器5将计时器的值通过第二无线通讯模块10送到服务器3端，服务器3经过计算后得出具体距离。

无人机1的第一无线通讯模块6、充电平台2的第二无线通讯模块10和服务器3组建无线局域网，它能实现标准的无线通讯，支持多种网络协议，例ARP、UDP。研究表明，将无线局域网模块应用于无人机1和充电平台2与服务器3，实行基于无线局域网的通信是可靠的。

本系统采用的超声波接收装置数量是3个（A，B，C点），熟悉本领域的技术人员，超声波精准定位的超声波接收装置可以是三个以上，并不一定以本系统所采用的数量为标准。

充电平台2包含4个计时器9，分别与无线射频接收装置8、3个超声波接收装置7对应，无线射频接收装置8接收到射频信号时，无线射频接收装置8对应的计时器9记录此时刻为T0，当接收到三个超声波信号时，对应的计时器记录时刻分别为T1，T2，T3。计算T0与T1,T2,T3之间的时间间隔，可以得出无人机1相对于充电平台2的位置。

在本系统中，对巡检无人机进行超声波定位的定位过程如下：

首先，服务器3通过无线网络使无人机内部射频发射装置5和超声波发射装置4分别发出无线射频信号和超声波信号。

接着，充电平台2内无线射频接收装置8接收到射频信号后，记录此时刻为T0，与此同时，3个超声波接收装置7于A,B,C点开通，为接收超声波信号做准备。

最后，充电平台2上的超声波接收装置A,B,C接收到超声波信号后，计时器计数分别为T1、T2、T3，并根据超声波信号在空气中传播的速度V分别计算出三个参考点A,B,C同无人机底部超声波发射装置4的位置P点之间的距离，如图3所示，以A点作为坐标原点，A、B、C三点表示参考点接收设备的超声波接收装置的位置，P点为无人机上的超声波发射装置的位置，可得出PA=V*(T1-T0)，PB=V*(T2-T0)，PC=V*(T3-T0)， PA、PB、PC可计算得出，P₀为P相对于ABC平面的投影，因此P₀A、P₀B、P₀C也能计算得出，基于这些信息，可以计算出P点的坐标，实现对无人机的定位，实现充电效率的最大化。

计算P点的过程如下：

第一步，通过余弦定理计算出三角形△ABP₀中角∠BAP₀的值。

第二步，计算出P点的横纵坐标，P(X,Y)=P(P₀Acos∠P₀AB，P₀Asin∠P₀AB)，X表示P点在坐标系的横坐标，Y表示坐标系的纵坐标。

第三步，计算出P点的Z轴坐标，由勾股定理a²+b²=c²可得：PP₀²=PA²-P₀A²。

以上实施例仅表达本实用新型的几种实施方式，描述较详细与具体，但并不能因此理解为对本实用新型专利范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的情况下，亦可做些若干改进，这些都属于本实用新型的保护范围，因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。