[发明专利]一种基于超宽带通信的无人机导航装置

说明书

本发明公开的一种基于超宽带通信的无人机导航装置，包括设置在无人机上的机载定位部分和与机载定位部分连接的超宽带定位部分，超宽带定位部分与地面控制系统连接。通过上述技术方案，本发明在实际应用中，解决无人机在无卫星信号的情况下，无人机依然可以实现自主起飞、自主降落、精确定点、定高悬停、定点、自主导航飞行等功能，确保不坠机、不炸机，采用纳米时常的脉冲进行通信，传输速率高、发射功率小、信号功率谱密度低、抗干扰性能强，精度达到厘米级，使无人机在室内或者没有卫星的情况下，可以实时获知自身准确的空间位置。

技术领域

本发明涉及无人机导航领域，特别涉及一种基于超宽带通信的无人机导航装置。

背景技术

由于近年来无人机技术和人工智能的快速发展，无人机变得更加智能、应用更加广泛。而无人机在起降和自主航行过程中需要实时获得所处空间位置信息，传统在空旷的室外条件下可以依靠GPS/北斗导航系统获取位置信息，使无人机安全起降、自主飞行成为了可能，而在复杂环境下或者大型室内场合失去卫星信号的情况下如何平稳起飞、自主飞行、精确定高和悬停，成为了我们需要解决的关键问题，因此需要寻求一套其他的辅助无人机导航定位装置。

传统的研究和实践中，大部分使用超声波定位、红外线定位以及视觉定位，而普通的超声波本身的测距距离只有5米左右，也决定了使用的局限性，而在视觉定位方面，其研究对象主要是图像和视频，数据量庞大、冗余信息多、特征空间维度高，再设计普适性的特征提取算法时对飞行控制器的计算能力和存储速度的要求是十分巨大的，就造成了开发成本的大大提高。

发明内容

针对现有技术所存在的缺点，本发明提供一种基于超宽带通信的无人机导航装置。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于超宽带通信的无人机导航装置，包括设置在无人机上的机载定位部分和与机载定位部分连接的超宽带定位部分，超宽带定位部分与地面控制系统连接；其中：

所述机载定位部分包括飞行器控制模块和分别与飞行器控制模块连接的惯性测量模块、光流传感模块、数据通信模块及伺服控制模块；

所述超宽带定位部分包括中央处理器和分别与中央处理器连接的显示模块、按键模块、超宽带射频模块及SPI总线接口，超宽带射频模块与超宽带天线连接；

所述地面控制系统包括数传接收机和分别与数传接收机连接的数据保存处理模块、控制操作模块及显示模块，数据保存处理模块与控制操作模块连接。

所述超宽带定位部分为地面导航部分，即在飞行区域内设置3个或3个以上，用于与机载定位部分的超宽带定位设备配合完成测距工作，实时获取无人机的当前高精度坐标。

所述飞行控制模块，由ARM处理器组成，ARM处理器与超宽带定位部分、光流传感模块、惯性测量模块、数据通信模块、伺服控制模块相连接；对超宽带定位部分获得的实时坐标、光流传感模块获得的高度、惯性测量模块获得的速度、加速度、姿态信息融合进行处理，得到无人机当前位置，再通过与预设航线对比运算，分析无人机下一步控制指令，通过伺服控制模块，改变各个螺旋桨电机的转速，控制无人机的飞行姿态和规划飞行轨迹；最后通过数据通信模块将无人机的位置信息，获取的任务信息传送给地面导航部分。

所述惯性测量模块，由加速度计传感器、陀螺仪传感器组成，加速度计传感器、陀螺仪传感器通过数据接口和飞行控制模块相连接，惯性测量模块用于获得无人机的当前飞行速度、加速度、姿态角、角速度、俯仰角、航偏角和翻滚角信息，并通过数据接口直接将以上信息实时的输入到飞行器控制模块中。

所述光流传感模块，由光流传感器、气压计传感器组成，与无人机的飞行控制模块相连接，用于获得无人机的实时飞行高度信息，直接将高度信息的传送给飞行器控制模块。