专利名称：一种无人飞行器定位、导航系统及方法
技术领域：
本发明涉及无人飞行器领域，尤其涉及无人飞行器在飞行过程中实现定位、路径规划和导航功能的系统及方法。
背景技术：
市面上使用的无人飞行器，如航空模型、玩具模型、用于航空拍摄、勘探和抗震救灾等用于实现飞行导航的方式都是建立于人工操控和GPS导航的方式。GPS导航技术主要是以安装在无人飞行器上面的GPS信号接收模块作为GPS信号接收端，通过其接收到的GPS卫星信号，来定位飞行器的位置、飞行速度等信息。要实现无人飞行器安全、准确地定位或导航，必须要保证GPS信号接收模块实时接收到的卫星信号足够良好和准确。但是，在一些如山区、建筑物、公路或其他GPS信号盲区，GPS信号接收模块无法准确地接收到GPS卫星信号。这样，就会造成无人飞行器无法实现正常的定位或导航，甚至会使无人飞行器在飞行过程中飞行状态失控，从高空跌落损坏！
发明内容
为解决无人飞行器现有的定位、导航系统满足的环境有限的技术问题，本发明提供一种用于无人飞行器中进行定位或导航的系统。本发明为解决上述技术问题提供的技术方案是一种无人飞行器定位、导航系统，包括控制处理模块以及分别与所述控制处理模块通信连接的GPS模块和无线通讯收发模块，所述控制处理模块在同一时间仅以从GPS模块和无线通讯收发模块两者中的一个获取的位置信息作为定位或导航的依据。进一步的，当所述控制处理模块判断所述GPS模块接收的卫星信号不稳定或中断时，该控制处理模块通过所述无线通讯收发模块从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据。进一步的，所述无线通讯收发模块中包含身份识别卡，所述身份识别卡中含有其身份信息。本发明还提供一种无人飞行器定位或导航的方法，包括控制处理模块在同一时间仅以从GPS模块和无线通讯收发模块两者中的一个获取的位置信息作为定位或导航的依据。采用本发明的技术方案，可根据需要切换定位或导航信息的来源，满足不同情况下的需要，能够克服更多复杂的环境；并且，又避免了将两个定位模块获取的信息同时作为定位或导航信息给飞行控制带来的混乱。所述定位或导航方法还包括
步骤S1:控制处理模块通过GPS模块获取位置信息并将其作为定位或导航依据；
步骤s2 :当控制处理模块判断GPS模块接收的卫星信号不稳定或中断时，控制处理模块通过无线通讯收发模块从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据。采用上述技术方案，由于GPS定位信息相较移动通讯网络中提供的定位信息更加精准、迅速、廉价、地理覆盖面更广，对无人飞行器的定位或导航所参考的信息以GPS模块接收的位置信息为主，能够在广阔的地理范围内使用其提供的服务；同时，在GPS信号不稳定的环境中，利用无线通讯收发模块从移动通信网络中获取位置信息，又可不因对GPS信号的过度依赖造成无法实现定位或导航，扩展了无人飞行器的活动空间，增强了无人飞行器的飞行性能。步骤s2进一步包括
子步骤s21 :当控制处理模块判断GPS模块接收的卫星信号不稳定或中断时，控制处理模块通过无线通讯收发模块从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据；
子步骤s22 :当控制处理模块判断GPS模块接收的卫星信号恢复稳定时，控制处理模块通过GPS模块获取位置信息并将其作为定位或导航依据。采用上述技术方案，由于GPS定位方式相对通过移动通信网络获得定位信息更有优势，因此，一旦GPS信号恢复正常，即恢复以GPS信号作为定位或导航依据，可以充分利用GPS的优势，提高定位的可靠性、准确性，降低经济成本。子步骤s22进一步包括当控制处理模块判断GPS模块接收的卫星信号恢复稳定时，控制处理模块控制无线通讯收发模块停止向外索取位置信息。采用上述技术方案，关停无线通讯收发模块在此时显得不必要的功能，避免其对定位、导航信息的干扰，节省移动通信产生的费用，并且节省电路功耗，降低成本，延长产品寿命。子步骤s22中进一步包括当GPS模块接收到的有效信号卫星的数量多于四颗时，控制处理模块即判断GPS模块接收的卫星信号稳定。步骤s2包括GPS模块接收到的有效信号卫星的数量不多于四颗时，控制处理模块即判断GPS模块接收的卫星信号不稳定。采用上述技术方案，选取合适的判定条件，即保证了利用GPS实现定位时的准确性，又尽可能地降低了启用无线通讯收发模块获取位置信息的可能性，充分发挥GPS定位的优势。进一步的，所述无线通讯收发模块中包含身份识别卡，该无线通讯收发模块向外发射的信号中包含所述身份识别卡中的身份信息。采用上述技术方案，利用身份识别卡携带无线通讯收发模块的身份信息，即使得无人飞行器也在移动通信网络中也具备了确定的身份。不仅可以利用其向移动通信网络发送或从中接收可被该网络识别和传送的信号，从而获取移动通信网络提供的位置信息服务；还可以利用移动通信网络对地理的区块化划分，确定身份识别卡所在的区块，即通过其可了解无人飞行器的大致位置。本发明带来的有益效果是采用本发明的定位、导航系统及方法，在无人飞行器飞行过程中对定位信号进行实时、有效地监测和判断，可实现可靠安全地为无人飞行器进行定位、导航服务，从而避免了无人飞行器在飞行过程中由于采用单一利用GPS进行定位或导航而造成因GPS信号丢失或信号不稳定引起的定位或导航失效，避免了由此造成无人飞行器失控从高空跌落的隐患和财产损失，更避免了无人飞行器在居民区失控造成威胁人身安全、财产的隐患！
图1为本发明实施例的无人飞行器定位、导航系统的结构示意框图2为本发明实施例的无人飞行器定位、导航方法的流程示意图。
具体实施例方式下面结合
及具体实施方式
对本发明进一步说明。如图1所示，本发明实施例的无人飞行器定位、导航系统，包括控制处理模块I和分别与控制处理模块I通信连接的GPS模块2、无线通讯收发模块3和飞行状态调节装置4，所述控制处理模块在同一时间仅以从GPS模块和无线通讯收发模块两者中的一个获取的位置信息作为定位或导航的依据。当控制处理模块I判断GPS模块2接收的卫星信号不稳定或中断时，该控制处理模块I通过无线通讯收发模块3从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据，控制处理模块I根据从无线通讯收发模块3获取的位置信息控制飞行状态调节装置4调节无人飞行器的飞行状态。无线通讯收发模块3中包含身份识别卡，例如SIM卡等，无线通讯收发模块3向外发射的信号中包含身份识别卡中的身份信息。本发明实施例的无人飞行器导航系统所应用的导航方法，包括控制处理模块I在同一时间仅以从GPS模块2和无线通讯收发模块3两者中的一个获取的位置信息作为定位或导航的依据。优选的,如图2所示,上述方法进一步包括
步骤S1:控制处理模块I通过GPS模块2获取位置信息并将其作为定位或导航依据；进一步的，控制处理模块I还根据从GPS模块2获取的位置信息控制飞行状态调节装置4调节无人飞行器的飞行状态；
步骤s2 :当控制处理模块I判断GPS模块2接收的卫星信号不稳定或中断时，控制处理模块I通过无线通讯收发模块3从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据；控制处理模块I根据从无线通讯收发模块3获取的位置信息控制飞行状态调节装置4调节无人飞行器的飞行状态。通常，GPS模块2接收到的有效信号卫星的数量未多于四颗时，控制处理模块I即判断GPS模块2接收的卫星信号不稳定。步骤s2进一步包括
子步骤s21 :当控制处理模块I判断GPS模块2接收的卫星信号不稳定或中断时，控制处理模块I通过无线通讯收发模块3从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据；
子步骤s22 :当控制处理模块I判断GPS模块2接收的卫星信号恢复稳定时，控制处理模块I通过GPS模块2获取位置信息并将其作为定位或导航依据；通常，GPS模块2接收到的有效信号卫星的数量多于四颗时，控制处理模块I即判断GPS模块2接收的卫星信号稳定。优选的，此时，控制处理模块I关闭无线通讯收发模块3。
本发明实施例的无人飞行器导航系统包含控制处理模块1、GPS模块2、无线通讯收发模块3、飞行状态调节装置4、用于测量海拔高度的传感器、测量飞行器实时姿态的陀螺仪传感器和加速度传感器等；控制处理模块I包含至少一个微处理器，主要完成运算、控制等工作。无人飞行器在高空飞行时，安装在无人飞行器上面的控制处理模块I将需通过定位模块或传感器等对飞行器的当前飞行姿态、大气压力、飞行高度和位置等信息准确的进行采集、分析，这些信息将用于飞行器的飞行高度、姿态进行实时对照、调整，以保持无人飞行器稳定、安全的飞行。无人飞行器的导航信息以GPS模块2作为主定位模块，以安装在无人飞行器上的用于移动通讯的无线通讯收发模块3 (它能通过移动通讯营运商提供的实时位置服务功能而实时获取的无人飞行器的定位信息)作为辅定位模块，无线通讯收发模块3包括用于移动通讯的智能身份识别卡(如SM卡开通GPRS、WALN、WIFI服务等)。如果飞行器当前所接收到的GPS信号足够良好，则无人飞行器以GPS信息为定位或导航的参考信息；如果飞行器当前所接收到的GPS信号较差，则无人飞行器以身份识别卡从移动通讯网络中获取的定位信息作为定位或导航的参考信息。对GPS信号良好与否的判断是以GPS模块2所接收到的有效信号卫星的数量而定，通常情况下，GPS模块2所接收到的有效信号卫星多于四颗时，就可以实现精确定位，此时无人飞行器以GPS信息作为定位或导航的参考信息；当GPS模块2所接收到的有效信号卫星未多于四颗时，安装在无人飞行器上的用于移动通讯的身份识别卡通过移动通讯营运商提供的实时位置服务功能，实时获取无人飞行器的位置信息，以此信息作为无人飞行器定位或导航的参考信息。这样，使无人飞行器的定位、导航更加精确和有效。无人飞行器在飞行的过程中，如果GPS信号因受地域或其它因素影响如山区、建筑物、公路或其他GPS信号盲区，造成无人飞行器上的GPS模块2所接收到的有效信号卫星中断或信号不稳定，无人飞行器上的控制处理模块I将自动切换至以辅定位模块获取的位置信息作为定位或导航的参考信息，为无人飞行器进行定位、导航。这时，控制处理模块I将通过安装在无人飞行器上的用于移动通讯的智能身份识别卡通过移动通讯营运商提供的实时位置服务功能，实时获取无人飞行器的位置信息，使无人飞行器在此情况下的也能正常、有效地发挥定位、导航功能。当无人飞行器上的GPS模块2所接收到的有效卫星信号恢复到正常状态时，控制处理模块I将自动切换至以主定位模块获取的GPS信息作为定位或导航的参考信息。此时，可关闭智能身份识别卡，使其停止向外索取位置信息。如上所云是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思和内涵的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种无人飞行器定位、导航系统，包括控制处理模块和与所述控制处理模块通信连接的GPS模块，其特征在于还包括与所述控制处理模块通信连接的无线通讯收发模块，所述控制处理模块在同一时间仅以从GPS模块和无线通讯收发模块两者中的一个获取的位置信息作为定位或导航的依据。
2.根据权利要求1所述的定位、导航系统，其特征在于当所述控制处理模块判断所述 GPS模块接收的卫星信号不稳定或中断时，该控制处理模块通过所述无线通讯收发模块从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据。
3.根据权利要求1所述的定位、导航系统，其特征在于所述无线通讯收发模块中包括身份识别卡，所述身份识别卡中含有其身份信息。
4.一种无人飞行器定位、导航方法，其特征在于控制处理模块在同一时间仅以从GPS 模块和无线通讯收发模块两者中的一个获取的位置信息作为定位或导航的依据。
5.根据权利要求4所述的定位、导航方法，其特征在于包括步骤S1:控制处理模块通过GPS模块获取位置信息并将其作为定位或导航依据；其特征在于还包括步骤s2 :当控制处理模块判断GPS模块接收的卫星信号不稳定或中断时，控制处理模块通过无线通讯收发模块从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据。
6.根据权利要求5所述的定位、导航方法，其特征在于步骤s2进一步包括子步骤s21 :当控制处理模块判断GPS模块接收的卫星信号不稳定或中断时，控制处理模块通过无线通讯收发模块从移动通信网络中获取位置信息并将其作为定位或导航依据；子步骤s22 :当控制处理模块判断GPS模块接收的卫星信号恢复稳定时，控制处理模块通过GPS模块获取位置信息并将其作为定位或导航依据。
7.根据权利要求6所述的定位、导航方法，其特征在于子步骤s22进一步包括当控制处理模块判断GPS模块接收的卫星信号恢复稳定时，控制处理模块控制无线通讯收发模块停止向外索取位置信息。
8.根据权利要求6或7所述的定位、导航方法，其特征在于子步骤s22中进一步包括 当GPS模块接收到的有效信号卫星的数量多于四颗时，控制处理模块即判断GPS模块接收的卫星信号稳定。
9.根据权利要求5所述的定位、导航方法，其特征在于步骤s2包括GPS模块接收到的有效信号卫星的数量不多于四颗时，控制处理模块即判断GPS模块接收的卫星信号不稳定。
10.根据权利要求5所述的定位、导航方法，其特征在于无线通讯收发模块中包含身份识别卡，该无线通讯收发模块向外发射的信号中包含身份识别卡中的身份信息。
全文摘要
本发明提供一种无人飞行器定位、导航系统，包括控制处理模块以及分别与所述控制处理模块通信连接的GPS模块和无线通讯收发模块，所述控制处理模块在同一时间仅以从GPS模块和无线通讯收发模块两者中的一个获取的位置信息作为定位或导航的依据。本发明还提供一种无人飞行器定位或导航的方法。采用本发明的技术方案，可根据需要切换定位或导航信息的来源，满足不同情况下的需要，能够克服更多复杂的环境；并且，又避免了将两个定位模块获取的信息同时作为定位或导航信息给飞行控制带来的混乱。
文档编号G01S19/46GK103048670SQ20121056518
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者龚小明, 郭华龙, 张天桥, 陈常祥, 章俊, 李彬 申请人:深圳市旭飞航天航空科技有限公司