无人机精确定位的方法及装置与流程

本发明涉及定位技术领域，特别涉及一种无人机精确定位的方法及装置。

背景技术：

随着无人机技术的迅速发展以及成本的降低，无人机应用已从传统的军用领域发展到民用领域。例如随着电子商务的迅速发展，人们开始使用无人机承担快递业务。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有无人机快递还存在以下不足：现有无人机通常采用GPS(Global Positioning System，全球定位系统，简称GPS)定位经纬度，并采用气压传感器定位海拔，由于该种定位方式本身存在一定的误差，并且如果受到遮挡或恶劣天气的影响，误差可能还会更大，由此造成目前的无人机在承担快递业务时，一般需要先将物品送到指定地点(目标用户位置附近区域)，再由快递员送到用户手中。该种方式仍然需要快递人员参与分拣、转运工作，不利于运输成本的降低。也有一些无人机辅助定位方案，通过在目的位置处放置红外发射器，实现将物品直接送达目的位置。但是由于该种方式需要在目的位置放置额外的辅助定位装置，同样会不必要的增加成本，不利于无人机运输业务的普及。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种无人机精确定位的方法及装置，其通过目标位置处的无线热点辅助以提高无人机定位精度，从而可以在不增加额外成本的前提下满足无人机快递直达，有利于扩大无人机的运输业务范围。

第一方面，本发明的实施方式提供了一种无人机精确定位的方法，包括：

获取目标位置信息；其中，所述目标位置信息包括：目标位置和目标位置处的N个无线热点的第一接收信号强度；其中，所述N为大于2的自然数；

当到达第一位置D1时，获取所述N个无线热点的第二接收信号强度；

根据所述第一接收信号强度和所述第二接收信号强度，控制无人机从所述第一位置D1到达所述目标位置。

第二方面，本发明的实施方式还提供了一种无人机精确定位的装置，包括：

第一获取模块，用于获取目标位置信息；其中，所述目标位置信息包括：目标位置和目标位置处的N个无线热点的第一接收信号强度；其中，所述N为大于2的自然数；

检测模块，用于在到达第一位置D1时触发第二获取模块；

所述第二获取模块，用于在所述第一位置D1处获取所述N个无线热点的第二接收信号强度；

控制模块，用于根据所述第一接收信号强度和所述第二接收信号强度，控制无人机从所述第一位置D1到达所述目标位置。

本发明实施方式相对于现有技术而言，无人机通过获取目标位置处和第一位置处的无线热点的接收信号强度(即第一接收信号强度和第二接收信号强度)，从而可以利用第一位置处和目标位置处的接收信号强度精确确定第一位置与目标位置的偏差，进而可以根据该偏差控制无人机从第一位置到达由无线热点的接收信号强度确定的精确的目标位置，实现无人机精确定位，由于目前无线热点的分布已经十分广泛而密集，所以采用本发明实施方式的无人机精确定位的方法不会增加额外的成本，从而有利于无人机运输业务服务范围的扩大。

另外，所述获取所述N个无线热点的第二接收信号强度，具体包括：

判定所述第一位置D1处的N个无线热点与所述目标位置处的N个无线热点为相同无线热点；

获取N个相同无线热点的第二接收信号强度。

由于第一位置处的N个无线热点与目标位置处的N个无线热点为相同无线热点时，求得的第一位置处和目标位置处的偏差才更为准确，所以在获取N个无线热点的第二接收信号强度时，判定第一位置处D1的N个无线热点与目标位置处的N个无线热点为相同无线热点可以保证无人机定位的精确度。

另外，所述根据所述第一接收信号强度和所述第二接收信号强度，控制无人机从所述第一位置D1到达所述目标位置，具体包括：

根据所述N个无线热点的第一接收信号强度和第二接收信号强度计算得到所述第一位置D1和所述目标位置之间的偏离距离以及所述目标位置相对所述第一位置D1的方位；

根据所述偏离距离和所述方位控制所述无人机到达所述目标位置。

另外，所述N等于3；

所述根据所述N个无线热点的第一接收信号强度和第二接收信号强度计算得到所述第一位置D1和所述目标位置之间的偏离距离以及所述目标位置相对所述第一位置D1的方位，具体包括：

根据所述第一接收信号强度和所述第二接收信号强度计算得到所述第一位置D1与3个无线热点的当前距离以及所述目标位置与所述3个无线热点的目标距离；

以所述第一位置D1和目标位置为两个顶点，并以所述3个无线热点其中之一为第三个顶点，以所述当前距离和所述目标距离为边分别建立三个三角形；

根据所述三个三角形的两个已知边利用余弦定理计算得到所述偏离距离以及所述方位。

另外，所述根据所述偏离距离和所述方位控制所述无人机到达所述目标位置，具体包括：

当所述偏移距离小于预设距离时，确定所述第一位置D1为所述目标位置；

当所述偏移距离大于或者等于预设距离时，控制所述无人机沿所述方位前进所述偏移距离。

当偏移距离在可接受范围内(即偏移距离小于预设距离)时，确定无人机到达目标位置，从而可以省掉不必要的无人机移动过程。

另外，所述无线热点包括以下之一：无线保真热点、蓝牙热点。

由于无线保真热点和蓝牙热点较为普及，因此有利于无人机精确定位方法的实施。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式无人机精确定位的方法的流程图；

图2是根据本发明第二实施方式无人机精确定位的方法的流程图；

图3是根据本发明第二实施方式中根据接收信号强度计算第一位置D1和目标位置的偏离距离和方位的几何示意图；

图4是根据本发明第三实施方式无人机精确定位的装置的结构示意图；

图5是根据本发明第四实施方式中第二获取模块403的结构示意图；

图6是根据本发明第四实施方式中控制模块404的结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种无人机精确定位的方法，可应用于无人机快递业务等。本实施方式中的无人机可以具有定位能力，例如可借助GPS实现经纬度的定位、利用气压传感器实现高度的定位等，另外，该无人机还可以具有访问网络的能力，例如可借助于3G、4G、WIFI(无线保真)、蓝牙等方式接入互联网。

如图1所示，本实施方式的无人机精确定位的方法包括以下流程：

步骤101：获取目标位置信息。

其中，目标位置信息包括：目标位置和目标位置处的N个无线热点的第一接收信号强度。其中，N为大于2的自然数。

步骤102：当到达第一位置D1时，获取N个无线热点的第二接收信号强度。

步骤103：根据第一接收信号强度和第二接收信号强度，控制无人机从第一位置D1到达目标位置。

步骤101中，目标位置例如是快递收件地址所在的经纬度信息、海拔高度。目标位置处的N(N例如取3)个无线热点的第一接收信号强度可以预先测试得到，3个无线热点可以是目标位置处能够被搜索到的任意热点。由于目前无线热点普及率极高，尤其是在住宅或办公区，所以基本都能够搜索到3个或更多无线热点。当目标位置处的无线热点数量较多时，还可以选取接收信号强度最大的前3个无线热点。在搜索并测试得到3个无线热点的第一接收信号强度之后，将测试得到的第一接收信号强度和目标位置一并发送至承担该快递业务的无人机。无人机可以通过移动通信网络、无线保真热点等接收到目标位置和第一接收信号强度。在实际应用中，无线热点可以是无线保真热点、蓝牙热点等，本实施方式对于无线热点的类型不做具体限制。

步骤102中，无人机可以根据GPS、气压传感器对目标位置进行定位以便到达目标位置，但是，通常由于GPS、气压传感器存在一定的误差导致无人机根据目标位置定位得到的第一位置D1与无人机获取的的目标位置(即实际的目标位置)之间存在偏差。例如，GPS在经纬度定位上存在5到10米左右的误差，而气压传感器受天气等因素的影响，误差可能更大。因此，步骤102中，当无人机到达第一位置D1时，需要获取无人机在步骤101中接收到的N个无线热点的第二接收信号强度。无线热点的接收信号强度的获取方法为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。

步骤103中，在根据第一接收信号强度和第二接收信号强度，控制无人机从第一位置D1到达目标位置时，可以根据接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度，简称RSSI)与距离的换算公式(RSSI＝无线热点发射功率+天线增益-路径损耗)，计算得到目标位置与3个无线热点的距离以及第一位置D1与3个无线热点的距离。其中，无线热点发射功率和天线增益为常量，而路径损耗可以采用自由空间无线电传播路径损耗模型进行计算，其计算公式为：Lbs＝32.44+20lgd+20lgf，式中，传输距离d的单位为千米(km)，电波频率f的单位为MHz，路径损耗Lbs单位为dB。因此，可以将接收信号强度转化成相对应的距离。

因此，步骤103中，在3个无线热点的位置确定的情况下，可以通过相对3个无线热点的距离精确确定目标位置和第一位置D1的位置，那么也可以确定第一位置D1和目标位置之间的关系，从而根据第一位置D1和目标位置之间的关系控制无人机从第一位置D1到达目标位置。

综上，本实施方式通过利用第一位置D1和目标位置相对相同无线热点的接收信号强度来确定两个位置之间的位置偏差，从而在无人机到达第一位置处时，根据其与目标位置的位置偏差，控制无人机从定位精度较差的第一位置到达定位精度较佳的目标位置，从而提高了无人机定位的精度。并且，由于目前无线热点已十分普及，因此能够为本实施方式的实施提供有力的保障，同时避免增加不必要的成本。

本发明的第二实施方式涉及一种无人机精确定位的方法。第二实施方式对第一实施方式中的获取第二接收信号强度以及根据第一接收信号强度和第二接收信号强度，控制无人机从第一位置D1到达目标位置的步骤分别做出进一步限定，丰富了本发明的实施方式。

如图2所示，本实施方式的无人机精确定位的方法包括以下步骤：

步骤201：获取目标位置信息。其中，目标位置信息包括：目标位置和目标位置处的N个无线热点的第一接收信号强度。其中，N为大于2的自然数。

步骤202：当到达第一位置D1时，获取N个无线热点的第二接收信号强度。

步骤203：根据第一接收信号强度和第二接收信号强度，控制无人机从第一位置D1到达目标位置。

步骤202中，获取N个无线热点的第二接收信号强度具体包括以下子步骤：

子步骤2021：判定第一位置D1处的N个无线热点与目标位置处的N个无线热点为相同无线热点。

其中，可以根据无线热点的设备标识判断无线热点是否为相同热点，此处不再赘述。

子步骤2022：获取N个相同无线热点的第二接收信号强度，从而可以保证第一位置D1和目标位置的位置是基于相同的无线热点确定的，进而可以保证得到的第一位置D1和目标位置之间的偏差是准确的。

其中，步骤203包括以下子步骤：

子步骤2031：根据N个无线热点的第一接收信号强度和第二接收信号强度计算得到第一位置D1和目标位置之间的偏离距离以及目标位置相对第一位置D1的方位。

子步骤2032：根据偏离距离和方位控制无人机到达目标位置。

具体地，结合图3所示，对子步骤2031进行详细说明如下：

根据第一接收信号强度和第二接收信号强度计算得到第一位置D1与3个无线热点(1、2、3)的当前距离(a’、b’、c’)以及目标位置D与3个无线热点(1、2、3)的目标距离(a、b、c)。

以第一位置D1和目标位置D为两个顶点，并以3个无线热点(1、2、3)其中之一为第三个顶点，以当前距离(a’、b’、c’)和目标距离(a、b、c)为边分别建立三个三角形。其中，3个三角形以3个无线热点为顶点的角度分别为A、B、C，Δd为第一位置D1与目标位置D之间的偏离距离，且Δd为三个三角形共有的边。

根据三个三角形的两个已知边利用余弦定理计算得到偏离距离以及方位，具体计算公式如下：

(一)：Δd^2＝a^2+a’^2-2aa’cosA

(二)：Δd^2＝b^2+b’^2-2bb’cosB

(三)：Δd^2＝c^2+c’^2-2cc’cosC

由上述公式(一)、(二)、(三)可计算出角A，B，C的大小，从而计算出无人机需要移动的距离(即偏离距离)Δd。

同样根据余弦定理：

a^2＝a’^2+Δd^2-2a’ΔdcosD’计算出偏转角度D’，即得出了目标位置D相对第一位置D1的方位。

从而，在步骤2032中，可以根据计算得到的偏移距离Δd和方位D1控制无人机到达目标位置D。

值得一提的是，在步骤2031中，当计算得到的偏移距离Δd小于预设距离时，可以确定第一位置D1为目标位置D。当偏移距离Δd大于或者等于预设距离时，控制无人机沿方位(D’)前进偏移距离Δd。其中，预设距离可以根据实际定位精度的需要设定，预设距离例如设置为1米。从而，可以在保证无人机定位精度的前提下，尽量节省不必要的无人机移动过程。

与现有技术相比，本实施例利用无线热点的接收信号强度计算得到第一位置D1和目标位置D相对相同3个无线热点的实际距离，并据此通过简单计算即可得到第一位置D1相对目标位置D的偏离距离和方位，从而可以实现将无人机由第一位置D1精确定位至目标位置D，提高了无人机的定位精度。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种无人机精确定位的装置，可应用于无人机快递业务等。本实施方式中的无人机可以具有定位能力，例如可借助GPS实现经纬度的定位、利用气压传感器实现高度的定位等，另外，该无人机还可以具有访问网络的能力，例如可借助于3G、4G、WIFI(无线保真)、蓝牙等方式接入互联网。

如图4所示，本实施方式的无人机精确定位的装置40包括：

第一获取模块401，用于获取目标位置信息。其中，目标位置信息包括：目标位置和目标位置处的N个无线热点的第一接收信号强度。其中，N为大于2的自然数，一般而言，N可以取3。

检测模块402，用于在到达第一位置D1时触发第二获取模块403。

第二获取模块403，用于在第一位置D1处获取N个无线热点的第二接收信号强度。

控制模块404，用于根据第一接收信号强度和第二接收信号强度，控制无人机从第一位置D1到达目标位置。

其中，目标位置例如是快递收件地址所在的经纬度信息、海拔高度。目标位置处的N(N例如取3)个无线热点的第一接收信号强度可以预先测试得到，3个无线热点可以是目标位置处能够被搜索到的任意热点，由于目前无线热点普及率极高，尤其是在住宅或办公区，所以基本都能够搜索到3个或更多无线热点。当目标位置处的无线热点数量较多时，还可以选取接收信号强度最大的前3个无线热点。在搜索并测试得到3个无线热点的第一接收信号强度之后，将测试得到的第一接收信号强度和目标位置一并发送至承担该快递业务的无人机。无人机可以通过移动通信网络、无线保真热点等接收到目标位置和第一接收信号强度。在实际应用中，无线热点可以是无线保真热点、蓝牙热点等，本实施方式对于无线热点的类型不做具体限制。

无人机可以根据GPS、气压传感器对目标位置进行定位以便到达目标位置，但是，通常由于GPS、气压传感器存在一定的误差导致无人机根据目标位置定位得到的第一位置D1与无人机获取的的目标位置(即实际的目标位置)之间存在偏差。例如，GPS在经纬度定位上存在5到10米左右的误差，而气压传感器受天气等因素的影响，误差可能更大。因此，当检测模块402检测到无人机到达第一位置D1时，即触发第二获取模块403获取无人机在第一获取模块401中接收到的N个无线热点的第二接收信号强度。无线热点的接收信号强度的获取方法为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。

控制模块404可以根据接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度，简称RSSI)与距离的换算公式(RSSI＝无线热点发射功率+天线增益-路径损耗)，计算得到目标位置与3个无线热点的距离以及第一位置D1与3个无线热点的距离。其中，无线热点发射功率和天线增益为常量，而路径损耗可以采用自由空间无线电传播路径损耗模型进行计算，其计算公式为：Lbs＝32.44+20lgd+20lgf，式中，传输距离d的单位为千米(km)，电波频率f的单位为MHz，路径损耗Lbs单位为dB。因此，可以将接收信号强度转化成相对应的距离。

因此，在3个无线热点的位置确定的情况下，可以通过相对3个无线热点的距离精确确定目标位置和第一位置D1的位置，那么也可以确定第一位置D1和目标位置之间的关系，从而控制模块404可以根据第一位置D1和目标位置之间的关系控制无人机从第一位置D1到达目标位置。

与现有技术相比，本实施方式通过利用第一位置D1和目标位置相对相同无线热点的接收信号强度来确定两个位置之间的位置偏差，从而在无人机到达第一位置处时，根据其与目标位置的位置偏差，控制无人机从定位精度较差的第一位置到达定位精度较佳的目标位置，从而提高了无人机定位的精度。并且，由于目前无线热点已十分普及，因此能够为本实施方式的实施提供有力的保障，同时避免增加不必要的成本。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第四实施方式涉及一种无人机精确定位的装置。第四实施方式对第三实施方式中的第二获取模块403以及控制模块404分别做出进一步限定，从而丰富了本发明的实施方式。

如图4所示，本实施方式的无人机精确定位的装置40包括：

第一获取模块401，用于获取目标位置信息。其中，目标位置信息包括：目标位置和目标位置处的N个无线热点的第一接收信号强度。其中，N为大于2的自然数，一般而言，N可以取3。

检测模块402，用于在到达第一位置D1时触发第二获取模块403。

第二获取模块403，用于在第一位置D1处获取N个无线热点的第二接收信号强度。

控制模块404，用于根据第一接收信号强度和第二接收信号强度，控制无人机从第一位置D1到达目标位置。

如图5所示，第二获取模块403包括：判断子模块4031和第二强度获取子模块4032。

其中，判断子模块4031用于判定第一位置D1处的N个无线热点与目标位置处的N个无线热点为相同无线热点。判断子模块4031可以根据获取到的无线热点的设备标识确定第一位置D1处的N个无线热点与目标位置处的N个无线热点是否为相同无线热点。第二强度获取子模块4032用于获取N个相同无线热点的第二接收信号强度。

如图6所示，控制模块404具体包括：计算单元4041和校正单元4042。

其中，计算单元4041，用于根据N个无线热点的第一接收信号强度和第二接收信号强度计算得到第一位置D1和目标位置之间的偏离距离以及目标位置相对第一位置D1的方位。校正单元4042，用于根据计算单元4041计算得到的偏离距离和方位控制无人机到达目标位置。

具体地，继续结合图3所示，对计算单元4041进行详细描述，计算单元4041具体包括：第一距离计算子单元40411、三角形确定子单元40412和余弦计算子单元40413。

其中，第一距离计算子单元40411，用于根据第一接收信号强度和第二接收信号强度计算得到第一位置D1与3个无线热点(1、2、3)的当前距离(a’、b’、c’)以及目标位置D与3个无线热点(1、2、3)的目标距离(a、b、c)。

三角形确定子单元40412，用于以第一位置D1和目标位置D为两个顶点，并以三个无线热点(1、2、3)其中之一为第三个顶点，以当前距离(a’、b’、c’)和目标距离(a、b、c)为边分别建立三个三角形。其中，3个三角形以3个无线热点为顶点的角度分别为A、B、C，Δd为第一位置D1与目标位置D之间的偏离距离，且Δd为三个三角形共有的边。

余弦计算子单元40413，用于根据三角形确定子单元40412确定出的三个三角形的两个已知边并利用余弦定理计算得到偏离距离以及方位。

具体计算公式如下：

(一)：Δd^2＝a^2+a’^2-2aa’cosA

(二)：Δd^2＝b^2+b’^2-2bb’cosB

(三)：Δd^2＝c^2+c’^2-2cc’cosC

由上述公式(一)、(二)、(三)可计算出角A，B，C的大小，从而计算出无人机需要移动的距离(即偏离距离)Δd。

同样根据余弦定理：a^2＝a’^2+Δd^2-2a’ΔdcosD’，

即可计算出偏转角度D’，即得出了目标位置D相对第一位置D1的方位。

从而，校正单元4042可以根据余弦计算子单元40413计算得到的偏移距离Δd和方位D1控制无人机到达目标位置D。

值得一提的是，当余弦计算子单元40413计算得到的偏移距离Δd小于预设距离时，校正单元4042可以确定第一位置D1为目标位置D。当偏移距离Δd大于或者等于预设距离时，校正单元4042控制无人机沿方位(D’)前进偏移距离Δd。其中，预设距离可以根据实际定位精度的需要设定，预设距离例如设置为1米。从而，可以在保证无人机定位精度的前提下，尽量节省不必要的无人机移动过程。

与现有技术相比，本实施例利用无线热点的接收信号强度计算得到第一位置D1和目标位置D相对相同3个无线热点的实际距离，并据此通过简单计算即可得到第一位置D1相对目标位置D的偏离距离和方位，从而可以实现将无人机由第一位置D1精确定位至目标位置D，提高了无人机的定位精度。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。