[发明专利]一种基于ZigBee的四轴飞行器农田定位系统

权利要求书

1.一种基于ZigBee的四轴飞行器农田定位系统，其特征在于，包括：

若干已知位置、同等高度的ZigBee信标节点，每个ZigBee信标节点包括射频发射器和射频接收器，各个ZigBee信标节点均匀分布于农田中，信标节点相对坐标已知；

由四轴飞行器和ZigBee节点组成的待定位飞行器节点，所述四轴飞行器上设置有处理器和高度传感器，所述ZigBee节点包括射频发射器和射频接收器，固定在所述四轴飞行器中心；

所述待定位飞行器节点通过接收所述ZigBee信标节点中4个无线信号强度最强的信标节点发出的无线信号计算所述待定位飞行器节点与所述4个ZigBee信标节点之间的空间距离，将空间距离映射成ZigBee信标节点所在水平面的水平距离，每3个ZigBee信标节点组成一个三角形定位子区域，即共形成4个子区域，对于每个子区域分别通过三边定位法计算飞行器节点的相对坐标，再通过质心法计算这4个相对坐标所形成的四边形的质心，将该质心坐标作为飞行器节点的最终位置坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的四轴飞行器农田定位系统的定位方法，包括如下步骤：

步骤1：四轴飞行器飞过农田，通过高度传感器，获取飞行器高度H；

步骤2：待定位飞行器节点的射频接收器接收到不同所述ZigBee信标节点的射频发射器发射的信号，获取相应的接收信号强度指示值（Received Signal Strength Indication,RSSI），RSSI[dBm]=PL(d0)[dBm]-10nlg(dd0)-Xσ,]]>所述待定位飞行器节点选择4个无线信号强度最强的ZigBee信标节点，通过RSSI计算公式获得这4个ZigBee信标节点和四轴飞行器之间的实际空间距离d，方程式中，d₀是参考距离，取1m；n是信道衰减指数，取值2～4；PL(d₀)是距离发射机d₀处的信号强度，由经验或者硬件的规范定义获得；PL(d)是与发射机相距为d位置的信号强度；X_σ是均值为零、方差为σ的高斯随机变量，它是根据环境确定的；

步骤3：通过步骤2，应用勾股定理，将所述待定位飞行器节点和4个ZigBee信标节点的之间的空间距离映射到水平面的水平距离，公式为其中D是由步骤2计算出的实际空间距离，H是步骤1测得的所述四轴飞行器的高度，M是映射到水平面的水平距离；

步骤4：将所述已知位置信息的4个信标节点每3个组成一个三角形定位子区域，即共形成4个三角形子区域；

步骤5：设步骤4中4个三角形子区域中任意一个三角形三个顶点的坐标分别为A（x_A,y_A），B（x_B,y_B）和C（x_C,y_C），设所述待定位飞行器节点坐标为（x,y），由步骤3求得所述待定位飞行器节点和A，B，C三点的水平距离分别为M1，M2和M3，通过三边定位法，对这三点分别根据相应坐标应用距离公式，最后整理求得所述待定位飞行器节点坐标：

x=12·(yB-yC)(xA2-xC2+yA2-yC2+M32-M12)-(yA-yC)(xA2-xC2+yB2-yC2+M32-M22)(xA-xC)(yB-yC)-(yA-yC)(xB-xC)]]>

y=12·(xA-xC)(xA2-xC2+yB2-yC2+M32-M22)-(xB-xC)(xA2-xC2+yA2-yC2+M32-M12)(xA-xC)(yB-yC)-(yA-yC)(xB-xC)]]>

步骤6：由步骤5求出4个三角形子区域所对应的4个待定位飞行器节点坐标，4个坐标点可以组合成一个四边形，通过质心法取此四边形的质心作为所述待定位飞行器节点的最终定位坐标：

(x,y)=(xA′+xB′+xC′+xD′4,yA′+yB′+yC′+yD′4)]]>