[发明专利]用于输电线路巡视的多旋翼无人机室外声电联合定位方法

说明书

本发明涉及一种用于输电线路巡视的多旋翼无人机室外声电联合定位方法，在输电线路杆塔上安装声电联合发射单元、在无人机上安装声电联合接收单元，声电联合发射单元发出电磁波信号和超声波信号后，声电联合接收单元中的圆形超声传感器阵列接收超声波信号、电磁波传感器接收电磁波信号，信号处理及定位模块根据电信号和超声信号的时间差和超声波在空气中传输速度计算发射振源和接收阵列间的距离，对超声阵列接收的信号进行空间谱估计运算，获得超声发射振源的来波方向，根据来波方向和距离，确定发射振源在无人机坐标系中的位置。本发明以较低成本实现了快速、精确实现无人机定位。可作为无人机的输电线路巡视提供定位依据。

技术领域

本发明属于无人机领域，涉及无人机空间定位，尤其是用于输电线路巡视多旋翼无人机室外空间定位方法。

背景技术

随着电网的规模逐步扩大，输电线路设备量迅速增加，传统的人工巡检已经不能满足需求，尤其是我国西部地区，山川河流众多，人工巡检工作量难度大，且巡视效率低。

近几年来，无人机智能巡检技术迅速发展，且其不受地形的影响，沿着输电线路巡视，大大的提高了巡视工作效率，且无人机可以携带不同先进机载设备，能够近距离观测输电线路杆塔，实现可见光、红外测温等多种功能，有效提高了巡检质量。

目前，多旋翼无人机多采用GPS定位，但民用GPS定位总有5-10米的误差。实时动态测量技术RTK(Real Time Kinematic)可以提高定位进度，但在测量过程中，RTK仍然需要通过GPS对已知准确坐标的基准点进行定位，然后对无人机位置进行校准，在野外工作，已知位置的基准点常常难以实现，且RTK技术成本较高。且对输电线路巡视来说，并不需要知道无人机的确切位置，仅需准确测量无人机相对每基杆塔的准确位置即可。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种利用超声波阵列定位技术和声电联合定位技术的实现基于输电线路杆塔为基准的无人机定位的方法。该方法成本较低，定位过程中仅需要无人机采集输电杆塔上信号发射器发出的声电信号，就能够准确测量无人机相对杆塔的准确位置，能够更好的为输电线路无人机自动测巡提供定位支撑。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种用于输电线路巡视的多旋翼无人机室外声电联合定位方法，在输电线路杆塔上安装声电联合发射单元、在无人机上安装声电联合接收单元，声电联合发射单元发出电磁波信号和超声波信号后，声电联合接收单元中的圆形超声传感器阵列接收超声波信号、电磁波传感器接收电磁波信号，经信号采集卡采样接收后传输给信号处理及定位模块，信号处理及定位模块根据电信号和超声信号的时间差和超声波在空气中传输速度计算发射振源和接收阵列间的距离，对超声阵列接收的信号进行空间谱估计运算，获得超声发射振源的来波方向，根据来波方向和距离，确定发射振源在无人机坐标系中的位置，实现无人机相对发射振源的准确定位。

而且，所述声电联合发射单元包括一个超声波发射振源、一个电磁波发射振源，发射信号生成器，太阳能电池板及蓄电池，以及安装架构及外壳，太阳能电池板及蓄电池为发射信号生成器提供电源，发射信号生成器以预定的时间间隔控制超声波发射振源和电磁波发射振源发射出相关信号。

而且，所述的声电联合接收单元包括一个圆形敞开式超声波接收阵列、一个电容型电磁波接收单元，信号采集卡，信号处理及定位模块，圆形敞开式超声波接收阵列以电容型电磁波接收单元为圆心，超声波接收阵列分布在圆周上，信号采集卡采集超声信号和电磁波信号，对信号采样及数字化处理，并将采集的电信号传给信号处理及定位模块，信号处理及定位模块检测接收超声波和电磁波信号，实现对声电联合发射单元的定位，并将定位信息传递给无人机。

而且，圆形敞开式超声波接收阵列为4阵元、5阵元、6阵元，阵元间距为发射信号生成器发射超声波的半波长。

本发明的优点和积极效果是：