一种基于VLC的垂直起降飞行器盲降系统的制作方法

本发明涉及可见光通信技术领域，尤其是涉及一种基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统。

背景技术：

如今具有垂直起降的飞行器正处于迅速发展期，鉴于它的起降方式简单便捷，不需要通过长长的滑跑，即节省了人力，也节省了物力(如跑道的修建和维护)，越来越受到人们的关注，随之而来，对于垂直起降飞行器的精确定位和在停机坪的安全起降有着极大的需求，目前的主流方式是通过gps、光流和声呐等传感器进行精确定位，但是依旧达不到理想的精度要求，降落安全性无法保障。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统。

随着科技的不断发展，led以其节能发光效率高等诸多优点正在逐步取代其他照明光源成为市面上的主流照明光源，同时，led的高速调制特性使它可以应用于通信技术，形成可见光通信技术(vlc，visiblelightcommunication)，基于vlc的定位技术具有定位精度高、无电磁干扰、和照明结合等优点，这些优点决定vlc定位技术非常适合用于垂直起降飞行器的盲降系统中。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统，其包括：信号强度扫描定位部分和同步跟踪通信部分；信号强度扫描定位部分用于确定垂直起降飞行器的位置信息；同步跟踪通信部分用于将所述位置信息传送给所述垂直起降飞行器；其中，信号强度扫描定位部分包括：vlc信标灯模块、寻光定位模块、主控电路、控制驱动平台；vlc信标灯模块安装在所述垂直起降飞行器底部，朝正下方，用于发射光信号；寻光定位模块设置在控制驱动平台上，用于接收光信号，并对光信号进行处理；主控电路用于根据寻光定位模块处理后的光信号计算vlc信标灯模块中的vlc信标灯的坐标以及解码所述vlc信标灯的id号；控制驱动平台设置在地面上，用于驱动寻光定位模块旋转以捕捉光信号。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本发明基于可见光通信技术，实现垂直起降飞行器在移动过程中的导航降落，提高垂直起降飞行器降落的精确性，保证降落安全；

(2)本发明中利用控制驱动平台带动寻光定位模块旋转，旋转180度即可实现所有方向的信号光源的捕捉，实现全面定位。

附图说明

图1为本发明实施例基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统的示意图。

图2为本发明实施例基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在本发明的示例性实施例中，提供了一种基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统。图1为本发明实施例基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统的示意图。如图1所示，本发明基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统包括：信号强度扫描定位部分与同步跟踪通信部分，信号强度扫描定位部分包括：控制驱动平台、寻光定位模块、主控电路(可以但不限于设置在控制驱动平台上)、vlc信标灯模块；同步跟踪通信部分包括无线通信模块。本发明的基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统还包括一组步进电机及其驱动模块、一组角度传感器。步进电机及其驱动模块可以但不限于设置在控制驱动平台上，步进电机驱动整个控制驱动平台水平旋转，角度传感器配置于控制驱动平台上，角度传感器时刻测出旋转的角度；寻光定位模块主要包括至少3个光电传感器、信号放大处理电路、捕光电路、信号解码电路，光电传感器把光信号转换成电流信号(微弱)，微弱的电流信号经过信号放大处理电路后分别输入到捕光电路和信号解码电路，捕光电路和信号解码电路输出的信号分别输入到主控电路(主控电路与寻光定位模块连接)，主控电路采集这两个信号后计算并处理；寻光定位模块、主控电路安装在控制驱动平台上，控制驱动平台和寻光定位模块以整体的形式安装在停机坪上，寻光定位模块跟随控制驱动平台一起旋转，光电传感器主要是将接收到的光信号转换为电信号，由于信号非常微弱，需要信号放大处理电路进行放大，捕光电路用于采集峰值电压，最终经过主控电路中的ad转换处理器传入主控电路的主控芯片，再经过主控芯片处理找到峰值，此时所述至少3个光电传感器和vlc信标灯(垂直起降飞行器)在同一个竖直面上，主控芯片根据某两个光电传感器及其对应的捕光电路输出的信号对比分析，得到vlc信标灯(垂直起降飞行器)的俯仰角度；经过信号放大处理电路输出的电信号又经过信号解码电路处理，信号解码电路把信号放大处理电路输出的信号转换成标准方波信号(方波的脉冲宽度包含解码需要的信息，主控电路根据连续多个方波脉冲宽度就可得到vlc信标灯id号)，提供给主控电路进行采集处理，信号解码电路输出的信号输入到主控电路，再输入到主控芯片进行解码，解码出vlc信标灯的id号，即可知道垂直起降飞行器身份，就得到了具体哪一个飞行器，根据俯仰角度和角度传感器测得的水平旋转角度得到vlc信标灯的方向坐标，即可知道垂直起降飞行器的位置方向，通过同步跟踪通信部分将上述位置方向信息传送给(这个)垂直起降飞行器。综上所述，主控电路用来控制步进电机、采集光电传感器及其处理电路输出的电信号、计算垂直起降飞行器的方向坐标并驱动同步跟踪通信部分发送和接收数据；

vlc信标灯模块安装在垂直起降飞行器底部，朝正下方，将垂直起降飞行器信息以光的形式广播出去；同步跟踪通信部分主要是无线通信模块，发射端集成在控制驱动平台上，接收端安装在垂直起降飞行器上。当垂直起降飞行器准备降落时(垂直起降飞行器进入本盲降系统的定位范围内)，地面上的控制驱动平台和寻光定位模块旋转扫描到垂直起降飞行器，然后计算出方向坐标、解码出id(垂直起降飞行器身份)，然后把方向坐标发送给这个垂直起降飞行器。每旋转一周就会测出垂直起降飞行器在此时的方向坐标，然后发送给飞行器，飞行器根据实时收到的方向坐标调整降落位置(垂直起降飞行器时刻接收地面发来的定位信息，调整降落位置)。

总体而言，控制驱动平台的主要功能就是驱动寻光定位模块旋转；寻光定位模块主要功能就是接收光信号转换成电信号，然后放大处理，解码出vlc信标灯id号，计算出vlc信标灯(垂直起降飞行器)坐标，然后通过无线通信模块将坐标发送给垂直起降飞行器。

作为一种具体实施方式，光电传感器选择使用7个响应半角为20°的pin管(光敏二极管)，本领域的技术人员应当明白，光电传感器的个数选择并不局限于此(假如选用的光电传感器的响应半角为θ，那么两个传感器法线之间的夹角不大于θ，假如需要测量的总角度为α，那么选择的光电传感器的个数为α/θ个，取大整数)，只要能够确定vlc信标灯的位置方向即可。另外，光电传感器两两之间法线夹角为0°至90°范围之间，这里优选20°。光电传感器优选为光敏二极管。光敏二极管位于圆板圆周上，排在一个直径40mm的半圆形板上面。

控制驱动平台可以是正方形结构，尺寸优选为100mm，由步进电机进行驱动，控制驱动平台旋转180度即可实现所有方向的信号光源的捕捉。

角度传感器可以选用地磁角传感器，用于时刻测量控制驱动平台旋转的角度。

vlc信标灯模块是由大功率led组成，电信号经过编码后加载到led，使其拥有独一无二的id号。另外，大功率led也可以由普通照明灯替换。

图2为本发明实施例基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统的原理示意图。如图2所示，寻光定位模块包括7个pin管及其信号放大处理电路，且pin管和信号放大处理电路同时连接在两侧的板子上，一侧的板子是捕光电路和信号解码电路，另一侧是电源电路，分别对pin管进行供电以及信号处理，同时在控制驱动平台上配置一个步进电机和角度传感器。pin管两两之间法线夹角的角度为20°。假如7个pin管旋转到和信标灯同一竖直平面内，必定有相邻两个pin管接收到信标灯的光信号(信标灯在这两个pin管法线夹角内)，信标灯和这两个pin管间的直线分别和两个pin管的法线形成夹角，这个夹角就是光入射到pin管的角度，光入射到pin管的角度和pin管输出的电流成线性关系，即和这个pin管对应的信号放大处理电路成线性关系，根据两个pin管输出的电压值，就能计算出信标灯和两个pin管法线的角度。由图2可知，单片机(主控芯片)实时采集7个pin管对应的信号放大处理电路、捕光电路输出的信号值，找出最强的两个pin管接收值，pin管法线与法线夹角为20度。在某个t时刻采集到的7个pin管对应的捕光电路输出值，从大到小的排序为x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7，假设x1值对应的pin管法线和竖直向上间的夹角是β度，x2值对应的是α度，那么在实验过程中，我们只需要α和β，便可知俯仰角，再加上水平转角方向，即可确定vlc信标灯(垂直起降飞行器)位置俯仰方向。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明基于vlc的垂直起降飞行器盲降系统有了清楚的认识。综上所述，本发明基于可见光通信技术，通过其精确的信号强度扫描定位部分和快速的同步跟踪通信部分来实现垂直起降飞行器在移动过程中的导航降落，通过步进电机驱动，使寻光定位模块实现快速精准的跟踪定位vlc信标灯光源(垂直起降飞行器)，并进行实时通信。实现对一定距离范围内的vlc信标灯光源(垂直起降飞行器)的跟踪定位，进行实时通信。本发明通过控制驱动平台水平旋转，实现对所有方向的信号光源的捕捉，进行可见光收发实时通信。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。