一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法
【專利摘要】本發明公開了一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，使無人機在新部署機場尚未展開或需要在臨時選定的跑道進行緊急降落時，對跑道航向及中心坐標點完成快速標定。本發明無需專業人員進行操作及對后續數據進行處理，便可快速獲得跑道航道及中心坐標，指引無人機的高效起降。
【專利說明】
一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，用于無人機快速部署及緊 急備降，屬于航空無人機領域。
【背景技術】
[0002] 無人機飛行前需要對跑道進行標定，獲取跑道經煒度及航向信息。跑道標定過程 通常使用機載差分GPS進行，標定時需要人將無人機由跑道一端推到另一端進行采樣，然后 通過計算工具進行解算。這種方式不易操作，且必須利用無人機本身對跑道進行標定，在無 人機在新部署機場尚未展開或需要在臨時選定的跑道進行緊急降落時則無法進行跑道標 定。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題:針對現有技術的不足，提出一種無人機跑道航向及 中心坐標標定方法，使無人機在新部署機場尚未展開或需要在臨時選定的跑道進行緊急降 落時，對跑道航向及中心坐標點完成快速標定。
[0004] 本發明的技術解決方案：
[0005] -種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，具體步驟為：
[0006] (1)將基站放置于跑道中心2km范圍內任意點處；
[0007] (2)對基站進行初始化設置，配置串口通訊參數，包括:波特率、串口號、校驗位、停 止位；
[0008] (3)基站對自身進行多次靜態坐標點采集，從而獲得其經度、煒度、海拔高度值的 靜態坐標點；
[0009] (4)在基站獲得靜態坐標點后，生成差分碼并通過UHF電臺發送至移動站以提高其 定位精度；
[0010] (5)在跑道中線上順序選取四個點，包括跑道起點、終點及中線上任意兩點；
[0011] (6)對移動站進行初始化設置，配置串口通訊參數，包括:波特率、串口號、校驗位、 停止位；
[0012] (7)將移動站依次放置于所選取的四個點上，對坐標點進行多次采集并對所采集 數據進行均值處理，分別獲取四個點的經度、煒度、海拔高度數值，進而獲得無人機跑道航 向及中心坐標。
[0013] 步驟(3)中基站對自身進行多次靜態坐標點采集的采集頻率不低于5秒。
[0014] 步驟(3)中基站對自身進行多次靜態坐標點采集的采集時間不低于5分鐘。
[0015] 差分碼并通過UHF電臺發送至移動站持續到跑道標定過程結束。
[0016] 差分碼并通過UHF電臺發送至移動站持續到跑道標定過程結束，發送頻率不低于5 秒。
[0017] 步驟(7)中對坐標點進行多次采集并對所采集數據進行均值處理的方法為：
[0018]設其中任意一點最終位置坐標為P( latitude，longitude)，采集過程中第η次所采 集坐標為PGn( latn，l〇ngn)，共采集Τ次，則有：
[0019]
、 "~ 〇
[0020] 根據數據采集結果，利用最小二乘法擬合跑道中線，方法為：
[0021] 設跑道上所選取采樣點分別為A、B、C、D點，其坐標分別latitudes longitudei)、P2( latitude〗，longitude2)、P3( latitudes，longitude3)、P4( 1 atitude4， longitude4)，擬合直線斜率為k，截距為d，則有：
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] 可得出擬合跑道中線直線方程：
[0026] latitude = k · longitude+d〇
[0027] 根據擬合跑道中線直線方程確定跑道航向角：
[0028] 選取擬跑道上起點與終點，設起點為Ps(latitudes, longitudes)，終點為Pe (latitudeE，longitudeE)，航向角為azimuth，令：
[0033]
[0034] 根據擬合跑道中線直線方程計算跑道中心點坐標：
[0035] 設跑道中點為Pc(latitude。，longitude。），則有：
[0036]
[0037] 本發明的有益效果：
[0038]現有技術一方面利用人力在跑道的全程上推動無人機，利用機載的GPS對跑道全 程進行經度、煒度、海拔高度數值采集;現有技術另一方面利用測繪設備獲取跑道若干點的 經度、煒度、海拔高度數值坐標，利用人工進行解算，對人員專業素養要求較高。本發明無需 專業人員進行操作及對后續數據進行處理，便可快速獲得跑道航道及中心坐標，指引無人 機的尚效起降。
【附圖說明】
[0039] 圖1是本發明的方法流程圖；
[0040] 圖2是本發明實施例的數據采集點位置示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細的說明。
[0042] 如圖1所示，一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，具體步驟為：
[0043] (1)將基站放置于跑道中心2km范圍內任意點處；
[0044] (2)對基站進行初始化設置，配置串口通訊參數，包括:波特率、串口號、校驗位、停 止位；
[0045] (3)基站對自身進行多次靜態坐標點米集，米集頻率越尚、米集時間越長，所獲得 靜態坐標點精度越高，采集頻率不低于5秒，采集時間不低于5分鐘，從而獲得其經度、煒度、 海拔高度值的靜態坐標點；
[0046] (4)在基站獲得靜態坐標點后，生成差分碼并通過UHF電臺發送至移動站以提高其 定位精度，發送頻率不低于5秒，差分碼并通過UHF電臺發送至移動站持續到跑道標定過程 結束；
[0047] (5)在跑道中線上順序選取四個點，包括跑道起點、終點及中線上任意兩點；
[0048] (6)對移動站進行初始化設置，配置串口通訊參數，包括:波特率、串口號、校驗位、 停止位；
[0049] (7)將移動站依次放置于所選取的四個點上，對坐標點進行多次采集并對所采集 數據進行均值處理，分別獲取四個點的經度、煒度、海拔高度數值，進而獲得無人機跑道航 向及中心坐標。
[0050]對所采集數據進行均值處理的方法為：
[0051 ]設其中任意一點最終位置坐標為P( latitude，longitude)，采集過程中第η次所采 集坐標為PGn( latn，l〇ngn)，共采集Τ次，則有：
[0052]
υ：
[0053]根據數據采集結果，利用最小二乘法擬合跑道中線，方法為：
[0054]設跑道上所選取采樣點分別為A、B、C、D點，其坐標分別latitudes longitudei)、P2( latitude〗，longitude2)、P3( latitudes，longitude3)、P4( 1 atitude4， longitude4)，擬合直線斜率為k，截距為d，則有：
[0055]
[0065]
[0067] 根據擬合跑道中線直線方程計算跑道中心點坐標：
[0068] 設跑道中點為Pc(latitude。，longitude。），則有：
[0069]
[0070] 實施例
[0071 ] (1)將基站放置于跑道中心2km范圍內任意點處；
[0072] (2)對基站進行初始化設置，配置串口通訊參數，波特率9600,8位數據位，1位停止 位，無奇偶校驗；
[0073] (3)設置基站對自身進行900次靜態坐標點采集，從而獲得經度、煒度、海拔高度數 值；
[0074] (4)在基站獲得靜態坐標點后可生成差分碼以每5秒一次的頻率通過UHF電臺發送 至移動站；
[0075] (5)在跑道中線上順序選取四個點，包括跑道起點、終點及中線上任意兩點，如圖2 所示。
[0076] (6)對移動站站進行初始化設置，配置串口通訊參數，波特率9600,8位數據位，1位 停止位，無奇偶校驗；
[0077] (7)把移動站依次放置于所選取的四個點上進行數據采集，每點采集900次并進行 均值處理。
[0078] 設點1最終位置坐標為？1(]^1:;[1：11(161，101^;[1：11(161)，采集過程中第11次所采集坐標 為卩6"(1 &^，101^)，則有：
[0079]
k η=ι
[0080 ]點2、3、4計算方法同上。
[0081] 根據數據采集結果，利用最小二乘法擬合跑道中線
[0082] 設A、B、C、D點坐標分別為Pi(latitudei，longitudei)、P2(latitude2，longitude。）、 P3(latitude3，longitudes)、P4(latitude4, l〇ngitude4)，擬合直線斜率為k，截距為d，則有：
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] 可得出擬合直線方程：
[0087] latitude = k · longitude+d
[0088] 根據所擬合直線方程確定跑道航向角
[0089] 選取擬跑道上起點與終點，設起點為Ps(latitudes, longitudes)，終點為Pe (latitudeE，longitudeE)，航向角為azimuth，令：
[0095] 根據步驟所擬合直線方程計算跑道中心點坐標
[0096] 設跑道中點為Pc(latitude。，longitude。），則有：
[0097]
[0098] 以上所述僅為本發明的優選實施例，并非用來限制本發明的保護范圍。對于本領 域的技術人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，可以對本發明做出若干的修改和替換， 所有這些修改和替換都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
[0099]在此，需要說明的是，本說明書中未詳細描述的內容，是本領域技術人員通過本說 明書中的描述以及現有技術能夠實現的，因此，不做贅述。
【主權項】
1. 一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，其特征在于，具體步驟為： (1) 將基站放置于跑道中心2km范圍內任意點處； (2) 對基站進行初始化設置，配置串口通訊參數，包括:波特率、串口號、校驗位、停止 位； (3) 基站對自身進行多次靜態坐標點采集，從而獲得其經度、煒度、海拔高度值的靜態 坐標點； (4) 在基站獲得靜態坐標點后，生成差分碼并通過UHF電臺發送至移動站以提高其定位 精度； (5) 在跑道中線上順序選取四個點，包括跑道起點、終點及中線上任意兩點； (6) 對移動站進行初始化設置，配置串口通訊參數，包括:波特率、串口號、校驗位、停止 位； (7) 將移動站依次放置于所選取的四個點上，對坐標點進行多次采集并對所采集數據 進行均值處理，分別獲取四個點的經度、煒度、海拔高度數值，進而獲得無人機跑道航向及 中心坐標。2. 根據權利要求1所述的一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，其特征在于:步驟 (3)中基站對自身進行多次靜態坐標點采集的采集頻率不低于5秒。3. 根據權利要求1所述的一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，其特征在于:步驟 (3)中基站對自身進行多次靜態坐標點采集的采集時間不低于5分鐘。4. 根據權利要求1所述的一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，其特征在于:差分 碼并通過UHF電臺發送至移動站持續到跑道標定過程結束。5. 根據權利要求4所述的一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，其特征在于:差分 碼并通過UHF電臺發送至移動站持續到跑道標定過程結束，發送頻率不低于5秒。6. 根據權利要求1所述的一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，其特征在于:步驟 (7)中對坐標點進行多次采集并對所采集數據進行均值處理的方法為： 設其中任意一點最終位置坐標為P(latitude，longitude)，采集過程中第η次所采集坐 標為PGn(Iatn，Iongn)，共采集T次，則有：7. 根據權利要求6所述的一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，其特征在于:根據 數據采集結果，利用最小二乘法擬合跑道中線，方法為： 設跑道上所選取采樣點分別為A、B、C、D點，其坐標分別SPKlatitudei，Iongitude1)、Ρ 2 (Iatitude2，longitude2)、P3( latitudes，longitude3)、P4( Iatitude4, longitude4)，擬合直 線斜率為k，截距為d，則有：可得出擬合跑道中線直線方程： latitude = k · longitude+d〇8.根據權利要求7所述的一種無人機跑道航向及中心坐標標定方法，其特征在于： 根據擬合跑道中線直線方程確定跑道航向角： 選取擬跑道上起點與終點，設起點為Ps(latitudes，longitudes)，終點為Pe(IatitudeE, IongitudeE)，航向角為azimuth，令：則有：根據擬合跑道中線直線方程計算跑道中心點坐標： 設跑道中點為Pc(latitudec，longitude。），則有：
【文檔編號】H04W4/02GK105933866SQ201610282655
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】呂松天, 嵇治剛, 叢暉, 張新革, 梁鳳麒
【申請人】中國航天空氣動力技術研究院