专利名称：一种确定无人机机场跑道的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种确定无人机跑道的系统及方法，用于为无人机起飞着陆提供准确的跑道参数。
背景技术：
目前公知无人机机场跑道位置及航向信息标定方法使用真实系统(无人机)进行 测量(将无人机在已有跑道上人力推动，用于测量无人机的跑道)或使用各种通用测绘手段进行测绘，其自动化程度较低，劳动强度较高，工作效率较低，且标定效果不能快速给出定量评判。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种确定无人机机场跑道的系统及方法，降低机场跑道标定劳动强度，提高工作效率，确保数据有效性。本发明的技术解决方案是—种确定无人机机场跑道的系统,包括基准站和移动站，移动站和基准站的结构组成相同，均包含差分GPS板、数传电台板、主控板、电池和机箱；差分GPS板、数传电台板、主控板和电池均固定在机箱中，电池为差分GPS板、数传电台板和主控板供电，主控板与差分GPS板通过PC104总线连接，主控板与数传电台板通过RS232串行通讯连接；基准站的差分GPS板用于产生差分码，并通过PC104总线提供给主控板，主控板通过数传电台板将所述差分码发送给移动站，移动站的主控板通过移动站的数传电台接收到所述差分码之后将该差分码提供给移动站的差分GPS板，移动站的差分GPS板根据GPS定位信息和所述差分码生成差分GPS定位信息，并将所述差分GPS定位信息通过PC104总线提供给移动站的主控板用以确定跑道。基准站和移动站之间通过无线电链路通讯。一种基于权利要求I所述系统实现的确定无人机机场跑道的方法，步骤如下(I)将基准站固定在已有机场附近，并使基准站通电；(2)基准站的差分GPS板不断采集基准站的GPS位置信息并进行平均计算，直到差分GPS板能够输出差分码，之后基准站向移动站发送该差分码；(3)将移动站通电，之后监测移动站的差分GPS板是否进入了差分工作模式，当移动站的差分GPS板处于差分工作模式之后，进入步骤(4)；(4)将移动站置于所述已有机场的跑道中心线上，将跑道中心线六等分，依次在跑道中心线的两端、5个6等分点的位置以及跑道两侧边沿各任取I点的位置采集移动站位置信息，之后进入步骤(5)；(5)对跑道中心线上7个位置点的最终位置进行线性最小二乘拟合，并计算7个位置点的最终位置与拟合结果之间的均方根；计算跑道边沿两点到拟合结果的距离之和作为无人机机场跑道宽度的计算值，计算跑道中心线两端之间的距离作为无人机机场跑道长度的计算值；(6)若步骤(5)中计算出的均方根小于I米、无人机机场跑道宽度的计算值与已有机场的跑道宽度之间的误差小于I米并且无人机机场跑道长度的计算值与已有机场的跑道长度之间的误差也小于I米，则无人机机场跑道的长度即为跑道中心线两端之间的距离、无人机机场跑道宽度即为跑道边沿两点到拟合结果的距离之和、无人机机场跑道的中心线即为线性最小二乘拟合的结果。所述步骤(4)中采集移动站位置信息具体通过如下步骤进行(4. I)对第一个位置点米集50次移动站位置信息；(4. 2)根据采集到的50次移动站位置信息计算方差，若方差大于等于I米，则在该位置点从新采集50次移动站位置信息并计算方差，直到方差小于I米，对最新50次采集的移动站位置信息进行平均，以平均值作为该位置点的最终位置；(4. 3)对其余位置点均采集50次移动站位置信息，并进行步骤(4. 2)的操作，直到每个位置点的移动站位置信息的方差均小于I米，并计算各个位置点的最终位置。 本发明与现有技术相比的有益效果是(I)本发明中移动站\基准站构成一致，可以相互作为备件；(2)本发明中机场跑道数据测量和处理的效果可以即时定量评判；(3)本发明中的移动站和基准站均为可单人手持的便携式设备，降低人员的劳动强度，提高工作效率，保证数据质量；
图I为本发明系统架构示意图；图2机场跑道确定方法流程图；图3机场跑道确定方法测点分布具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行进一步的详细描述。如图I所示，本发明提供了一种确定无人机机场跑道的系统，该系统包括基准站和移动站，移动站和基准站的结构组成相同，均包含差分GPS板、数传电台板、主控板、电池和机箱；基准站和移动通过无线电链路通讯。差分GPS板、数传电台板、主控板和电池均固定在机箱中，电池为差分GPS板、数传电台板和主控板供电，主控板与差分GPS板通过PC104总线连接，主控板与数传电台板通过RS232串行通讯连接；
基准站的差分GPS板用于产生差分码(基准站通过较长时间平均某一固定地点GPS坐标，获取差分码)，并通过PC104总线提供给主控板，主控板通过数传电台板将所述差分码发送给移动站，移动站的主控板通过移动站的数传电台接收到所述差分码之后将该差分码提供给移动站的差分GPS板，移动站的差分GPS板根据GPS定位信息和所述差分码生成差分GPS定位信息，并将所述差分GPS定位信息通过PC104总线提供给移动站的主控板用以确定跑道。如图2所示为本发明提供的基于上述系统实现的一种确定无人机机场跑道的方法，按照如下步骤进行(I)将基准站固定在已有机场附近，并使基准站通电；(2)基准站的差分GPS板不断采集基准站的GPS位置信息并进行平均计算，直到差 分GPS板能够输出差分码，之后基准站向移动站发送该差分码；差分GPS板并不能刚刚通电就输出差分码，一般来讲，需要等待约一个小时才能够输出差分码。(3)将移动站通电，之后监测移动站的差分GPS板是否进入了差分工作模式，当移动站的差分GPS板处于差分工作模式之后，进入步骤(4)；差分GPS板有主要有两种工作模式，一种是单一工作模式，一种是差分工作模式。差分工作模式是指GPS定位信息已经完成差分码修正。(4)如图3所示，将移动站置于所述已有机场的跑道中心线上，将跑道中心线六等分，依次在跑道中心线的两端、5个六等分点的位置以及跑道两侧边沿各任取I点的位置采集移动站位置信息(共计9个位置点)，之后进入步骤(5)；采集移动站位置信息具体通过如下步骤进行(4. I)对第一个位置点米集50次移动站位置信息；(4. 2)根据采集到的50次移动站位置信息计算方差，若方差大于等于I米，则在该位置点从新采集50次移动站位置信息并计算方差，直到方差小于I米，对最新50次采集的移动站位置信息进行平均，以平均值作为该位置点的最终位置；(4. 3)对其余位置点均采集50次移动站位置信息，并进行步骤(4. 2)的操作，直到每个位置点的移动站位置信息的方差均小于I米，并计算各个位置点的最终位置。(5)对跑道中心线上七个位置点(图3中位置点I 7)的最终位置进行线性最小二乘拟合(得到的结果即为无人机机场跑道的中心线)，并计算七个位置点的最终位置与拟合结果之间的误差均方根；计算跑道边沿两点(图3中位置点8和9)到拟合结果的距离之和(点到直线的距离)作为无人机机场跑道宽度的计算值，计算跑道中心线两端之间的距离(两点之间距离)作为无人机机场跑道长度的计算值；(6)若步骤(5)中计算出的均方根小于I米、无人机机场跑道宽度的计算值与已有机场的跑道宽度之间的误差小于I米并且无人机机场跑道长度的计算值与已有机场的跑道长度之间的误差也小于I米，则无人机机场跑道的长度即为跑道中心线两端之间的距离、无人机机场跑道宽度即为跑道边沿两点到拟合结果的距离之和、无人机机场跑道的中心线即为线性最小二乘拟合的结果。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
权利要求
1.一种确定无人机机场跑道的系统，其特征在于包括基准站和移动站， 移动站和基准站的结构组成相同，均包含差分GPS板、数传电台板、主控板、电池和机箱； 差分GPS板、数传电台板、主控板和电池均固定在机箱中，电池为差分GPS板、数传电台板和主控板供电，主控板与差分GPS板通过PC104总线连接，主控板与数传电台板通过RS232串行通讯连接； 基准站的差分GPS板用于产生差分码，并通过PC104总线提供给主控板，主控板通过数传电台板将所述差分码发送给移动站，移动站的主控板通过移动站的数传电台接收到所述差分码之后将该差分码提供给移动站的差分GPS板，移动站的差分GPS板根据GPS定位信息和所述差分码生成差分GPS定位信息，并将所述差分GPS定位信息通过PC104总线提供给移动站的主控板用以确定跑道。
2.根据权利要求I所述的一种确定无人机机场跑道的系统，其特征在于基准站和移动站之间通过无线电链路通讯。
3.基于权利要求I所述系统实现的一种确定无人机机场跑道的方法，其特征在于步骤如下 (1)将基准站固定在已有机场附近，并使基准站通电； (2)基准站的差分GPS板不断采集基准站的GPS位置信息并进行平均计算，直到差分GPS板能够输出差分码，之后基准站向移动站发送该差分码； (3)将移动站通电，之后监测移动站的差分GPS板是否进入了差分工作模式，当移动站的差分GPS板处于差分工作模式之后，进入步骤(4)； (4)将移动站置于所述已有机场的跑道中心线上，将跑道中心线六等分，依次在跑道中心线的两端、5个6等分点的位置以及跑道两侧边沿各任取I点的位置采集移动站位置信息，之后进入步骤(5)； (5)对跑道中心线上7个位置点的最终位置进行线性最小二乘拟合，并计算7个位置点的最终位置与拟合结果之间误差的均方根；计算跑道边沿两点到拟合结果的距离之和作为无人机机场跑道宽度的计算值，计算跑道中心线两端之间的距离作为无人机机场跑道长度的计算值； (6)若步骤(5)中计算出的均方根小于I米、无人机机场跑道宽度的计算值与已有机场的跑道宽度之间的误差小于I米并且无人机机场跑道长度的计算值与已有机场的跑道长度之间的误差也小于I米，则无人机机场跑道的长度即为跑道中心线两端之间的距离、无人机机场跑道宽度即为跑道边沿两点到拟合结果的距离之和、无人机机场跑道的中心线即为线性最小二乘拟合的结果。
4.根据权利要求3所述的一种确定无人机机场跑道的方法，其特征在于所述步骤(4)中采集移动站位置信息具体通过如下步骤进行 (4. I)对第一个位置点采集50次移动站位置信息； (4. 2)根据采集到的50次移动站位置信息计算方差，若方差大于等于I米，则在该位置点从新采集50次移动站位置信息并计算方差，直到方差小于I米，对最新50次采集的移动站位置信息进行平均，以平均值作为该位置点的最终位置； (4. 3)对其余位置点均采集50次移动站位置信息，并进行步骤(4. 2)的操作，直到每个位置点的移动站位置信息的方差均小于I米，并计算各个位置点的最终位置。·
全文摘要
一种确定无人机机场跑道的系统及方法，系统由基准站和移动站组成，移动站和基准站的构成相同，包含主控板、差分GPS板、数传电台板等。基准站用于获取并通过无线电链路向移动站发送GPS差分码，提高移动站定位精度。移动站采集机场跑道特定位置GPS数据，利用平均和拟合算法获取机场跑道长度、宽度、跑道中心线，本发明中机场跑道数据测量和处理的效果可以即时定量评判。
文档编号G01S19/44GK102636796SQ20121012213
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者成海朋, 胡强 申请人:中国航天空气动力技术研究院