一種確定無人機機場跑道的系統及方法
2023-07-29 22:51:21 2
專利名稱：一種確定無人機機場跑道的系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種確定無人機跑道的系統及方法，用於為無人機起飛著陸提供準確的跑道參數。
背景技術：
目前公知無人機機場跑道位置及航向信息標定方法使用真實系統(無人機)進行 測量(將無人機在已有跑道上人力推動，用於測量無人機的跑道)或使用各種通用測繪手段進行測繪，其自動化程度較低，勞動強度較高，工作效率較低，且標定效果不能快速給出定量評判。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種確定無人機機場跑道的系統及方法，降低機場跑道標定勞動強度，提高工作效率，確保數據有效性。本發明的技術解決方案是—種確定無人機機場跑道的系統,包括基準站和移動站，移動站和基準站的結構組成相同，均包含差分GPS板、數傳電臺板、主控板、電池和機箱；差分GPS板、數傳電臺板、主控板和電池均固定在機箱中，電池為差分GPS板、數傳電臺板和主控板供電，主控板與差分GPS板通過PC104總線連接，主控板與數傳電臺板通過RS232串行通訊連接；基準站的差分GPS板用於產生差分碼，並通過PC104總線提供給主控板，主控板通過數傳電臺板將所述差分碼發送給移動站，移動站的主控板通過移動站的數傳電臺接收到所述差分碼之後將該差分碼提供給移動站的差分GPS板，移動站的差分GPS板根據GPS定位信息和所述差分碼生成差分GPS定位信息，並將所述差分GPS定位信息通過PC104總線提供給移動站的主控板用以確定跑道。基準站和移動站之間通過無線電鏈路通訊。一種基於權利要求I所述系統實現的確定無人機機場跑道的方法，步驟如下(I)將基準站固定在已有機場附近，並使基準站通電；(2)基準站的差分GPS板不斷採集基準站的GPS位置信息並進行平均計算，直到差分GPS板能夠輸出差分碼，之後基準站向移動站發送該差分碼；(3)將移動站通電，之後監測移動站的差分GPS板是否進入了差分工作模式，當移動站的差分GPS板處於差分工作模式之後，進入步驟(4)；(4)將移動站置於所述已有機場的跑道中心線上，將跑道中心線六等分，依次在跑道中心線的兩端、5個6等分點的位置以及跑道兩側邊沿各任取I點的位置採集移動站位置信息，之後進入步驟(5)；(5)對跑道中心線上7個位置點的最終位置進行線性最小二乘擬合，並計算7個位置點的最終位置與擬合結果之間的均方根；計算跑道邊沿兩點到擬合結果的距離之和作為無人機機場跑道寬度的計算值，計算跑道中心線兩端之間的距離作為無人機機場跑道長度的計算值；(6)若步驟(5)中計算出的均方根小於I米、無人機機場跑道寬度的計算值與已有機場的跑道寬度之間的誤差小於I米並且無人機機場跑道長度的計算值與已有機場的跑道長度之間的誤差也小於I米，則無人機機場跑道的長度即為跑道中心線兩端之間的距離、無人機機場跑道寬度即為跑道邊沿兩點到擬合結果的距離之和、無人機機場跑道的中心線即為線性最小二乘擬合的結果。所述步驟(4)中採集移動站位置信息具體通過如下步驟進行(4. I)對第一個位置點米集50次移動站位置信息；(4. 2)根據採集到的50次移動站位置信息計算方差，若方差大於等於I米，則在該位置點從新採集50次移動站位置信息並計算方差，直到方差小於I米，對最新50次採集的移動站位置信息進行平均，以平均值作為該位置點的最終位置；(4. 3)對其餘位置點均採集50次移動站位置信息，並進行步驟(4. 2)的操作，直到每個位置點的移動站位置信息的方差均小於I米，並計算各個位置點的最終位置。 本發明與現有技術相比的有益效果是(I)本發明中移動站\基準站構成一致，可以相互作為備件；(2)本發明中機場跑道數據測量和處理的效果可以即時定量評判；(3)本發明中的移動站和基準站均為可單人手持的可攜式設備，降低人員的勞動強度，提高工作效率，保證數據質量；
圖I為本發明系統架構示意圖；圖2機場跑道確定方法流程圖；圖3機場跑道確定方法測點分布具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行進一步的詳細描述。如圖I所示，本發明提供了一種確定無人機機場跑道的系統，該系統包括基準站和移動站，移動站和基準站的結構組成相同，均包含差分GPS板、數傳電臺板、主控板、電池和機箱；基準站和移動通過無線電鏈路通訊。差分GPS板、數傳電臺板、主控板和電池均固定在機箱中，電池為差分GPS板、數傳電臺板和主控板供電，主控板與差分GPS板通過PC104總線連接，主控板與數傳電臺板通過RS232串行通訊連接；
基準站的差分GPS板用於產生差分碼(基準站通過較長時間平均某一固定地點GPS坐標，獲取差分碼)，並通過PC104總線提供給主控板，主控板通過數傳電臺板將所述差分碼發送給移動站，移動站的主控板通過移動站的數傳電臺接收到所述差分碼之後將該差分碼提供給移動站的差分GPS板，移動站的差分GPS板根據GPS定位信息和所述差分碼生成差分GPS定位信息，並將所述差分GPS定位信息通過PC104總線提供給移動站的主控板用以確定跑道。如圖2所示為本發明提供的基於上述系統實現的一種確定無人機機場跑道的方法，按照如下步驟進行(I)將基準站固定在已有機場附近，並使基準站通電；(2)基準站的差分GPS板不斷採集基準站的GPS位置信息並進行平均計算，直到差 分GPS板能夠輸出差分碼，之後基準站向移動站發送該差分碼；差分GPS板並不能剛剛通電就輸出差分碼，一般來講，需要等待約一個小時才能夠輸出差分碼。(3)將移動站通電，之後監測移動站的差分GPS板是否進入了差分工作模式，當移動站的差分GPS板處於差分工作模式之後，進入步驟(4)；差分GPS板有主要有兩種工作模式，一種是單一工作模式，一種是差分工作模式。差分工作模式是指GPS定位信息已經完成差分碼修正。(4)如圖3所示，將移動站置於所述已有機場的跑道中心線上，將跑道中心線六等分，依次在跑道中心線的兩端、5個六等分點的位置以及跑道兩側邊沿各任取I點的位置採集移動站位置信息(共計9個位置點)，之後進入步驟(5)；採集移動站位置信息具體通過如下步驟進行(4. I)對第一個位置點米集50次移動站位置信息；(4. 2)根據採集到的50次移動站位置信息計算方差，若方差大於等於I米，則在該位置點從新採集50次移動站位置信息並計算方差，直到方差小於I米，對最新50次採集的移動站位置信息進行平均，以平均值作為該位置點的最終位置；(4. 3)對其餘位置點均採集50次移動站位置信息，並進行步驟(4. 2)的操作，直到每個位置點的移動站位置信息的方差均小於I米，並計算各個位置點的最終位置。(5)對跑道中心線上七個位置點(圖3中位置點I 7)的最終位置進行線性最小二乘擬合(得到的結果即為無人機機場跑道的中心線)，並計算七個位置點的最終位置與擬合結果之間的誤差均方根；計算跑道邊沿兩點(圖3中位置點8和9)到擬合結果的距離之和(點到直線的距離)作為無人機機場跑道寬度的計算值，計算跑道中心線兩端之間的距離(兩點之間距離)作為無人機機場跑道長度的計算值；(6)若步驟(5)中計算出的均方根小於I米、無人機機場跑道寬度的計算值與已有機場的跑道寬度之間的誤差小於I米並且無人機機場跑道長度的計算值與已有機場的跑道長度之間的誤差也小於I米，則無人機機場跑道的長度即為跑道中心線兩端之間的距離、無人機機場跑道寬度即為跑道邊沿兩點到擬合結果的距離之和、無人機機場跑道的中心線即為線性最小二乘擬合的結果。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員的公知技術。
權利要求
1.一種確定無人機機場跑道的系統，其特徵在於包括基準站和移動站， 移動站和基準站的結構組成相同，均包含差分GPS板、數傳電臺板、主控板、電池和機箱； 差分GPS板、數傳電臺板、主控板和電池均固定在機箱中，電池為差分GPS板、數傳電臺板和主控板供電，主控板與差分GPS板通過PC104總線連接，主控板與數傳電臺板通過RS232串行通訊連接； 基準站的差分GPS板用於產生差分碼，並通過PC104總線提供給主控板，主控板通過數傳電臺板將所述差分碼發送給移動站，移動站的主控板通過移動站的數傳電臺接收到所述差分碼之後將該差分碼提供給移動站的差分GPS板，移動站的差分GPS板根據GPS定位信息和所述差分碼生成差分GPS定位信息，並將所述差分GPS定位信息通過PC104總線提供給移動站的主控板用以確定跑道。
2.根據權利要求I所述的一種確定無人機機場跑道的系統，其特徵在於基準站和移動站之間通過無線電鏈路通訊。
3.基於權利要求I所述系統實現的一種確定無人機機場跑道的方法，其特徵在於步驟如下 (1)將基準站固定在已有機場附近，並使基準站通電； (2)基準站的差分GPS板不斷採集基準站的GPS位置信息並進行平均計算，直到差分GPS板能夠輸出差分碼，之後基準站向移動站發送該差分碼； (3)將移動站通電，之後監測移動站的差分GPS板是否進入了差分工作模式，當移動站的差分GPS板處於差分工作模式之後，進入步驟(4)； (4)將移動站置於所述已有機場的跑道中心線上，將跑道中心線六等分，依次在跑道中心線的兩端、5個6等分點的位置以及跑道兩側邊沿各任取I點的位置採集移動站位置信息，之後進入步驟(5)； (5)對跑道中心線上7個位置點的最終位置進行線性最小二乘擬合，並計算7個位置點的最終位置與擬合結果之間誤差的均方根；計算跑道邊沿兩點到擬合結果的距離之和作為無人機機場跑道寬度的計算值，計算跑道中心線兩端之間的距離作為無人機機場跑道長度的計算值； (6)若步驟(5)中計算出的均方根小於I米、無人機機場跑道寬度的計算值與已有機場的跑道寬度之間的誤差小於I米並且無人機機場跑道長度的計算值與已有機場的跑道長度之間的誤差也小於I米，則無人機機場跑道的長度即為跑道中心線兩端之間的距離、無人機機場跑道寬度即為跑道邊沿兩點到擬合結果的距離之和、無人機機場跑道的中心線即為線性最小二乘擬合的結果。
4.根據權利要求3所述的一種確定無人機機場跑道的方法，其特徵在於所述步驟(4)中採集移動站位置信息具體通過如下步驟進行 (4. I)對第一個位置點採集50次移動站位置信息； (4. 2)根據採集到的50次移動站位置信息計算方差，若方差大於等於I米，則在該位置點從新採集50次移動站位置信息並計算方差，直到方差小於I米，對最新50次採集的移動站位置信息進行平均，以平均值作為該位置點的最終位置； (4. 3)對其餘位置點均採集50次移動站位置信息，並進行步驟(4. 2)的操作，直到每個位置點的移動站位置信息的方差均小於I米，並計算各個位置點的最終位置。·
全文摘要
一種確定無人機機場跑道的系統及方法，系統由基準站和移動站組成，移動站和基準站的構成相同，包含主控板、差分GPS板、數傳電臺板等。基準站用於獲取並通過無線電鏈路向移動站發送GPS差分碼，提高移動站定位精度。移動站採集機場跑道特定位置GPS數據，利用平均和擬合算法獲取機場跑道長度、寬度、跑道中心線，本發明中機場跑道數據測量和處理的效果可以即時定量評判。
文檔編號G01S19/44GK102636796SQ20121012213
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月23日 優先權日2012年4月23日
發明者成海朋, 胡強 申請人:中國航天空氣動力技術研究院