一种基于双天线的RTK基站式救援指挥仪及方法与流程

一种基于双天线的rtk基站式救援指挥仪及方法
技术领域
1.本发明涉及智能救援技术领域，尤其是涉及一种基于双天线的rtk基站式救援指挥仪及方法。


背景技术：

2.水上救援装备正在逐渐引进各种先进技术，正向着自动化，智能化方向发展。目前已经出现了可以采用遥控器进行操作，自带动力电池与动力推进系统的智能救生圈。遥控器操作模式下的前进方向一般为救生圈体坐标系意义下的机头方向，不可能完全对准救援目标，因此在前进同时接近救援目标的过程中还需要多次通过遥控器不断调整与修正智能救生圈的航向，从而更快速的接近救援目标。智能救生圈的遥控器操作者的技术熟练程度决定了智能救生圈到达救援目标的时间。
3.上述操作方式不可避免的会出现前进速度与航线纠偏精度的协调性矛盾，智能救生圈的前进速度越大，一点点的航向偏差都会造成很大的侧向位移偏移，即前进速度越大，侧向偏移对航向偏差越敏感。最终智能救生圈不是以直线方式快速接近救援目标，而是不断变换方向去接近救援目标，无疑会耽搁救援时间。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于双天线的rtk基站式救援指挥仪及方法，以解决现有技术中存在的救援速度慢的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供的基于双天线的rtk基站式救援指挥仪包括支架以及均固定在所述支架上的激光测距望远镜、两个天线、定位定向测量电路、通讯模块；两个所述天线对称设置在所述激光测距望远镜的两侧，且两个所述天线的连线与所述激光测距望远镜的视准轴垂直；两个所述天线用于获取定位信息以及rtcm修正信息；所述激光测距望远镜用于瞄准救援目标并获取救援目标与激光测距望远镜之间的距离；所述定位定向测量电路用于根据两个所述天线的定位信息以及救援目标与激光测距望远镜之间的距离计算出救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位；所述救援路线起点是指两个所述天线的连线的中点在水平面投影后的位置；所述救援航向是指激光测距望远镜的视准轴方向在水平面投影后的方向；所述通讯模块用于将rtcm修正信息、救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈。
6.进一步地，两个所述天线分别为主天线和副天线；所述通讯模块用于将所述主天线对应的rtcm修正信息发送给智能救生圈；所述定位定向测量电路用于先计算出两个所述天线的连线的中点位置相对于主天线的位置参数以及救援目标相对于两个所述天线的连线的中点的水平位置增量，再计算救援目标相对于主天线的位置参数，该救援目标相对于主天线的位置参数为所述救援目标的定位。
7.进一步地，所述通讯模块用于先将救援路线起点定位和救援航向发送给智能救生圈，再将救援目标的定位发送给智能救生圈。
8.进一步地，本发明还包括组合导航电路；所述组合导航电路固定在所述支架上，用于与两个所述天线配合实现组合导航。
9.进一步地，本发明还包括按钮；当所述按钮被按下，所述通讯模块将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈。
10.本发明还提供一种基于双天线的rtk基站式救援指挥方法，其上述的基于双天线的rtk基站式救援指挥仪，所述方法包括：两个天线获取定位信息和rtcm修正信息，并将rtcm修正信息发送给智能救生圈；利用激光测距望远镜瞄准救援目标，并获取救援目标与激光测距望远镜之间的距离；定位定向测量电路根据两个所述天线的定位信息以及救援目标与激光测距望远镜之间的距离计算出救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位；所述救援路线起点是指两个所述天线的连线的中点在水平面投影后的位置；所述救援航向是指激光测距望远镜的视准轴方向在水平面投影后的方向；通讯模块将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈。
11.进一步地，两个所述天线分别为主天线和副天线；将主天线对应的rtcm修正信息发送给智能救生圈；所述救援目标的定位的具体计算方法为：定位定向测量电路先计算出两个所述天线的连线的中点位置相对于主天线的位置参数以及救援目标相对于两个所述天线的连线的中点的水平位置增量，再计算救援目标相对于主天线的位置参数，该救援目标相对于主天线的位置参数为所述救援目标的定位。
12.进一步地，所述通讯模块将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈，具体包括：通讯模块先将救援路线起点定位和救援航向发送给智能救生圈，再将救援目标的定位发送给智能救生圈。
13.进一步地，利用组合导航电路与两个所述天线配合实现组合导航。
14.进一步地，通过按钮控制通讯模块，当所述按钮被按下，所述通讯模块将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈。
15.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明提供的基于双天线的rtk基站式救援指挥仪能够为智能救生圈提供精准的救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位，使得智能救生圈能够根据救援航向以及救援目标的定位快速驶向救援目标，提高救援速度。组合导航电路与两个天线配合实现组合导航。利用rtk的相对定位原理，消除观察者单点定位精度带来的测量误差，为智能救生圈提供更加精确的救援运动路径。先将救援路线起点定位和救援航向发送给智能救生圈，再将救援目标的定位发送给智能救生圈，首先利用望远镜视准轴方位信息实施救援，节省时间，使得智能救生圈能够快速动作，避免耽误时间。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例提供的基于双天线的rtk基站式救援指挥仪的结构示意图；附图标记：1-支架；2-天线；3-激光测距望远镜；4-电池；5-通讯模块；6-定位定向测量电路；7-组合导航电路；8-按钮； 101-支撑板；102-支撑座。
具体实施方式
18.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
22.如图1所示，本发明实施例提供一种基于双天线2的rtk基站式救援指挥仪，其包括支架1以及均固定在支架1上的激光测距望远镜3、两个天线2、定位定向测量电路6、通讯模块5；两个天线2对称设置在激光测距望远镜3的两侧，且两个天线2的连线与激光测距望远镜3的视准轴垂直；两个天线2用于获取定位信息和rtcm修正信息；激光测距望远镜3用于瞄准救援目标并获取救援目标与激光测距望远镜3之间的距离；定位定向测量电路6用于根据两个天线2的定位信息以及救援目标与激光测距望远镜3之间的距离计算出救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位；救援路线起点是指两个天线2的连线的中点在水平面投影后的位置；救援航向是指激光测距望远镜3的视准轴方向在水平面投影后的方向；通讯模块5用于将rtcm修正信息、救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈。
23.本发明实施例提供的基于双天线2的rtk基站式救援指挥仪，在使用时，两个天线2获取定位信息和rtcm修正信息，并将rtcm修正信息发送给智能救生圈，激光测距望远镜3瞄准救援目标，并获取救援目标与激光测距望远镜3之间的距离（即两个天线2的连线的中点到救援目标的距离），定位定向测量电路6根据两个天线2的定位信息以及救援目标与激光测距望远镜3之间的距离计算出救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位，最后通
讯模块5将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈。本发明能够为智能救生圈提供精准的救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位，使得智能救生圈能够根据救援航向以及救援目标的定位快速驶向救援目标，提高救援速度。
24.定位测量电路计算救援目标的定位具体为：两个天线2分别为主天线2和副天线2；通讯模块5用于将主天线2对应的rtcm修正信息发送给智能救生圈，这样主天线2即能够起到基站的作用；定位定向测量电路6用于先计算出两个天线2的连线的中点位置相对于主天线2的位置参数以及救援目标相对于两个天线2的连线的中点的水平位置增量，再计算救援目标相对于主天线2的位置参数，该救援目标相对于主天线2的位置参数为救援目标的定位。
25.由于智能救生圈接收到主天线2对应的rtcm修正信息，因此能够得到智能救生圈相对于主天线2的高精度相对定位，通过上述方法计算得出救援目标相对于主天线2的高精度相对定位，使得智能救生圈在进行行驶过程中能够获得其自身相对于救援目标的高精度相对定位，从而大大提高定位精准和救援精准度。
26.即本发明为了提供精确控制智能救生圈的运动路径，以及消除观察者单点定位精度带来的测量误差，利用了rtk的相对定位原理，救援指挥仪发送双天线2其中的主天线2对应的rtcm修正信息给智能救生圈，提高了智能救生圈相对于指挥仪的导航定位精度。如果不采用这种方式消除共模的基站单点定位误差，采用各自独立的定位方法，在观察者自身单点定位情况下推算的救援目标定位信息包含了观察者的单点定位误差，智能救生圈也采用单点定位，其定位结果页包含单点定位误差。但是如果没有采用rtk机制，在后期的相对位置计算时，是无法消除的，因为这两者没有逻辑关系。按照一般的误差理论，相同级别的观测量加减运算，其结果的误差级别为倍，即有可能达到即7米的结果。而如前述分析，本发明采用rtk定位机制，智能救生圈的控制程序计算的相对位置误差仅在分米级，无疑二者存在数量级差异。
27.上述救援路线起点、救援航向以及救援目标的定位的具体计算方法为下：1、假设双天线2的长度为l，救援目标航向即救援路径基准线航向为；两个天线2的连线的中点位置相对于主天线2的位置参数的计算公式为：按照px4开源代码里面转换函数map_projection_reproject，将主天线2的经纬度作为参考点经纬度，由水平位置增量(，)可以计算出救援路线起点定位(双天线2中点的水平面投影位置)的经纬度。
28.2、航向以北偏东方向为正，假设目标航向为，俯仰角为，激光测距距离值为，救援目标相对于两个天线2的连线的中点的水平位置增量的计算公式为：3、救援目标相对于主天线2的位置参数的计算公式为：
在远距离情况下，俯仰角为可以认为0度。
29.按照px4开源代码里面的转换函数map_projection_reproject，将主天线2的经纬度作为参考点经纬度，由水平位置增量()可以计算出救援目标的经纬度（即救援目标的定位）。
30.救援航向的计算方法为：先计算两个天线2之间连线的角度信息，再计算将连线旋转90度之后的角度信息，由于望远镜视准轴与双天线的连线垂直，因此该角度信息即为救援航向角度。该计算方法为现有技术，在此不再详细介绍。
31.通过上述计算公式可进一步解释本发明中智能救生圈获得的目标相对位置以及方位信息都是高精度的，不受观察者单点定位精度差的影响，具体为：观察者单点定位精度差是指一种基于双天线2的rtk基站式救援指挥仪本身就是一个单点卫星定位基站（主天线2当成基站），在没有外部修正信息的情况下，主天线2单点定位精度不高，不失一般性，假设绝对定位误差达到5米左右。即双天线2其中的主天线2定位误差达到5米，同时双天线2中点的水平位置以及救援目标位置也都包含了相同的上述5米单位误差。
32.因为激光测距精度很高，双天线2测向精度也很高，所以按照上述方案的中第三个公式计算的水平位置增量是很准确的，进一步按照上述第三个公式计算的救援目标的经纬度误差主要成分就是基站（主天线2）的单点定位误差，按照上述假设有5米误差。
33.另一方面，智能救生圈上的卫星定位移动站板卡在接收到救援指挥仪发送出来的双天线2右边主天线2对应的rtcm修正信息后，给救生圈的定位结果的经纬度主要误差也是仅包含基站（主天线2）的单点定位误差。
34.最后在控制智能救生圈的自动驾驶仪程序中要计算救援目标相对智能救生圈的相对位置，以ned（北东地）坐标系为例，相对位置自然是对应的x、y坐标相减，就把都包含的公共误差项——基站位置误差抵消了，而且这种误差抵消得十分彻底，结果是：救援目标相对智能救生圈的相对定位精度可以达到分米级。
35.优选地，通讯模块5用于先将救援路线起点定位和救援航向发送给智能救生圈，再将救援目标的定位发送给智能救生圈。
36.由于激光测距仪进行测距时需要耗费较长时间，通常是需要连续多次测量才能确定测量的准确性，因此根据救援目标的距离计算出的救援目标的定位信息也需要较长时间才能得出。通过先发送救援路线起点定位和救援航向，智能救生圈根据先收到的救援路线起点定位和救援航向向救援目标前进。当智能救生圈接收到救援目标的定位后再按照给出的救援目标位置前进，由于激光测距仪远距离测量落水者不容易，首先利用望远镜视准轴方位信息实施救援，节省时间，使得智能救生圈能够快速动作，避免耽误时间。
37.在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例还包括组合导航电路7；组合导航电路7固定在支架1上，用于与两个天线2配合实现组合导航。组合导航电路7应包括mimu惯性测量单元，组合导航能够使得获得精准的实时定位信息。
38.在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例还包括按钮8；当按钮8被按下，通讯模块5将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈。通过按钮8的方式便于使用者控制通讯模块5信息的发送，方便使用。
39.在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例还包括电池4，电池4固定在支架1上，用于进行供电。电池4能够为本指挥仪的其他硬件进行独立供电。
40.具体地，支架1包括支撑板101和支撑座102；支撑座102固定在支撑板101上方并位于支撑板101的中部，支撑座102上设置有弧形槽，激光测距望远镜3设置弧形槽内，两个天线2分别位于支撑板101的两端部，电池4和通讯模块5固定在支撑板101上并位于激光测距望远镜3的一侧，定位定向测量电路6固定在支撑板101上并位于激光测距望远镜3的另一侧。组合导航电路7设置在支撑板101的底部，按钮8设置组合导航电路7上。本实施例提供的救援指挥仪结构紧凑，便于操作。
41.本发明还提供一种基于双天线2的rtk基站式救援指挥方法，其应上述的基于双天线2的rtk基站式救援指挥仪，方法包括：两个天线2获取定位信息和rtcm修正信息，并将rtcm修正信息发送给智能救生圈；利用激光测距望远镜3瞄准救援目标，并获取救援目标与激光测距望远镜3之间的距离；定位定向测量电路6根据两个天线2的定位信息以及救援目标与激光测距望远镜3之间的距离计算出救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位；救援路线起点是指两个天线2的连线的中点在水平面投影后的位置；救援航向是指激光测距望远镜3的视准轴方向在水平面投影后的方向；通讯模块5将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈。
42.本发明提供的上述方法的原理同上述的基于双天线2的rtk基站式救援指挥仪，在此不再赘述，本发明提供的上述方法能够为智能救生圈提供精准的救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位，使得智能救生圈能够根据救援航向以及救援目标的定位快速驶向救援目标，提高救援速度。
43.具体地，两个天线2分别为主天线2和副天线2；将主天线2对应的rtcm修正信息发送给智能救生圈；救援目标的定位的具体计算方法为：定位定向测量电路6先计算出两个天线2的连线的中点位置相对于主天线2的位置参数以及救援目标相对于两个天线2的连线的中点的水平位置增量，再计算救援目标相对于主天线2的位置参数，该救援目标相对于主天线2的位置参数为救援目标的定位。通过上述方法计算得出救援目标相对于主天线2的高精度相对定位，使得智能救生圈在进行行驶过程中能够获得其自身相对于救援目标的高精度相对定位，从而大大提高定位精准和救援精准度。
44.其中，通讯模块5将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈，具体包括：通讯模块5先将救援路线起点定位和救援航向发送给智能救生圈，再将救援目标的定位发送给智能救生圈。由于激光测距仪远距离测量落水者不容易，首先利用望远镜视准轴方位信息实施救援，节省时间，使得智能救生圈能够快速动作，避免耽误时间。
45.优选地，利用组合导航电路7与两个天线2配合实现组合导航，组合导航能够使得
获得精准的实时定位信息。
46.优选地，通过按钮8控制通讯模块5，当按钮8被按下，通讯模块5将救援路线起点定位、救援航向以及救援目标的定位发送给智能救生圈，通过按钮8的方式便于使用者控制通讯模块5信息的发送，方便使用。
47.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。