[发明专利]基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，其特征在于，包括：无人机本体和控制器，所述无人机本体上设有基座，所述基座上设有分别与控制器连接的超声波发射装置、超声波接收装置和天线；

所述超声波发射装置和超声波接收装置相对设置；所述超声波接收装置包括：用于模拟蝙蝠外耳特性的模拟外耳，与模拟外耳连接用于接收模拟外耳形变时所产生的物理信号的信号接收器，用于支撑并调节模拟外耳的位置和角度的仿生运动装置；所述控制器能够控制仿生运动装置运动，从而改变模拟外耳的位置和角度。

2.如权利要求1所述的一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，其特征在于，所述仿生运动装置包括：头部运动平台、耳部运动平台、耳部连杆和头部连杆；模拟外耳和耳部运动平台分别设置在头部运动平台上，耳部连杆一端与模拟外耳连接，另一端与耳部运动平台连接，头部连杆一端与模拟外耳连接，另一端与头部运动平台连接。

3.如权利要求2所述的一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，其特征在于，所述头部运动平台包括设置在基座上的第一底座、第一连接杆和第一运动平台，所述第一底座和第一运动平台上分别设有多个连接点，第一底座和第一运动平台上的连接点之间通过第一连接杆连接，所述第一连接杆与第一底座和第一运动平台分别铰接；每一个第一连接杆均能够通过由伺服电机带动的可伸缩的电动缸驱动伸缩，使得所述第一运动平台能够实现六自由度运动。

4.如权利要求2所述的一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，其特征在于，所述耳部运动平台包括设置在头部运动平台上的第二底座、第二连接杆和第二运动平台；所述第二底座和第二运动平台上分别设有多个连接点，第二底座和第二运动平台上的连接点之间通过第二连接杆连接，所述第二连接杆与第二底座和第二运动平台分别铰接；每一个第二连接杆均能够通过由伺服电机带动的可伸缩的电动缸驱动伸缩，使得所述第二运动平台能够实现六自由度运动。

5.如权利要求2所述的一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，其特征在于，所述耳部连杆和头部连杆均为空心金属杆，所述耳部连杆和头部连杆分别通过铰链与模拟外耳连接。

6.如权利要求2所述的一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，其特征在于，所述头部运动平台上设置两个信号接收器，模拟外耳的根部通过滑动轴承与信号接收器连接。

7.如权利要求1所述的一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，其特征在于，所述超声波发射装置包括用于发射超声波的超声波发射器和用于将控制器发送的数字信号转化为电压信号的信号调制装置；所述超声波发射器产生的超声波信号在各个方向上的信号强度一致。

8.如权利要求1所述的一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，其特征在于，所述模拟外耳包括仿生外耳，和置于所述仿生外耳内侧的仿生外耳下皮瓣，所述仿生外耳能在接收回波信号时产生物理形变，所述仿生外耳下皮瓣能够使接收回声的过程具有能控制波束方向的特性；所述仿生外耳和仿生外耳下皮瓣均采用柔性材料制成。

9.一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位方法，其特征在于，包括：

分别以两个模拟外耳的形心为原点建立两个空间直角坐标系；

根据接收到的控制器指令控制仿生运动装置运动，从而改变模拟外耳的位置和角度；

将无人机发射的数字信号调制成电压信号，将电压信号转换为超声波信号后进行发射；

超声波信号遇到障碍物后生成回波信号，所述回波信号能够被模拟外耳接收，并使得所述模拟外耳产生形变；

将所述形变转换为数字信号传递给控制器，控制器基于所述数字信号进行计算，得到障碍物相对于无人机的位置，实现无人机的室内定位和避障；

其中，所述障碍物包括墙壁和墙壁以外的其他能够产生回波信号的物体，通过动态超声定位算法，定位无人机相对于墙壁的位置信息能够实现对无人机的定位；通过动态超声定位算法，定位无人机相对于其他物体的距离，能够实现无人机的避障。

10.如权利要求9所述的一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位方法，其特征在于，控制器基于所述数字信号，计算回波信号的频率特征，进而判断所述回波信号来自于室内墙壁还是其他物体；

分别对回波信号进行距离向和方位向的匹配滤波，得到相应障碍物相对于原点的距离，进而得到所述障碍物在两个空间直角坐标系上X、Y、Z轴上的值；

进行距离向匹配时，通过方位角的差值，判断所接收的回波信号是否是距离迁移所产生的误差项。