[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

说明书

本发明公开了一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统及方法，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；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。本发明可以根据实际需要调整模拟外耳的空间位置和倾斜角度，很好的模拟了蝙蝠在接收声波信号时的耳部和头部运动。

技术领域

本发明涉及无人机定位技术领域，尤其涉及一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

现阶段无人机室内定位方法中常见的方法包括：基于视觉的定位技术、基于激光雷达的定位技术和UWB室内定位技术。基于视觉的定位技术虽然定位精度较高，但是容易收到光线干扰并且实时性较低，而基于激光雷达的定位技术则易受环境影响，而且所需仪器价格昂贵，UWB室内定位技术也有着实时性低，算法复杂等缺点。

目前对于动物外耳接收超声波的研究尚处于机理研究阶段，人工外耳接收装置也很不完善，无法达到动物对声波的接收效果；因此，现有技术中对于将模拟仿生技术与无人机定位技术进行结合的研究较为少见。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统及方法，将蝙蝠超声定位不受光线影响，可以主动发射和接收超声波的优势，与无人机的机动性强的优点相结合，可以大大提高无人机的室内定位效率和精度。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位系统，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。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于仿蝙蝠超声波收发的无人机定位方法，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。

进一步地，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；