一種用于無人飛行器規(guī)避無線干擾的導(dǎo)航系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人飛行器導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是涉及一種用于無人飛行器規(guī)避無線干擾的導(dǎo)航系統(tǒng)及其導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多旋翼式無人飛行器的普及，越來越多的人開始了解和使用多旋翼式無人飛行器。由于小微型的無人飛行器，尤其是以多旋翼式無人飛行器為代表的飛行器，他們體積小、成本低廉、飛行速度快、靈活，所以得到廣泛應(yīng)用。并且，不同于其他專業(yè)級、工業(yè)級無人機(jī)的發(fā)展，小微型無人飛行器開始向操作簡潔化，面向消費(fèi)者設(shè)計(jì)需求的角度進(jìn)行發(fā)展。
[0003]現(xiàn)在，普通消費(fèi)者，沒有經(jīng)驗(yàn)的普通用戶也開始嘗試去操作無人機(jī)，把無人機(jī)當(dāng)做一件小玩具去體驗(yàn)。也有的人提出了，進(jìn)一步簡化無人機(jī)的操作，不再需要用戶通過遙控器去向無人機(jī)發(fā)出指令，而是直接利用在電子地圖上指出飛行目標(biāo)，就讓無人機(jī)自動飛行過去的操作方式，極大簡化了用戶體驗(yàn)。
[0004]但是，無論是傳統(tǒng)的通過用戶手控來控制無人飛行器，亦或是后述這種僅通過在電子地圖上指明目的地就讓飛行器往目的地飛行的方式，都有一個(gè)問題，就是無人飛行器往往會因?yàn)椴豢芍男盘柛蓴_，而導(dǎo)致失去控制。運(yùn)氣好的，無人飛行器還能恢復(fù)控制，運(yùn)氣不好的將可能導(dǎo)致直接墜機(jī)。
[0005]究其原因，因?yàn)樵诓倏責(zé)o人機(jī)的過程中，操作者是通過視距內(nèi)的方式控制為主，對于明顯的障礙物，用戶能夠有意識的操控?zé)o人機(jī)規(guī)避，但是對于未知的信號干擾，用戶是不可預(yù)防的。同樣的道理，通過電子地圖指定目標(biāo)的工作方式一樣有這個(gè)問題，用戶在指定了目的地之后，順利的話，無人機(jī)能夠自動飛到目的地，但是如果運(yùn)氣不好，無人機(jī)在中途遇到信號干擾，很可能就在信號干擾區(qū)域與系統(tǒng)丟失聯(lián)系，再嚴(yán)重一點(diǎn)的，可能沒等到恢復(fù)控制，該無人機(jī)就不知去向。
[0006]專利CN102353970公開的一種高抗干擾性能GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)包括SINS模塊、GPS陣列天線、射頻前端、干擾抑制模塊、基帶處理單元和組合導(dǎo)航單元；SINS模塊通過測量載體的角速率和比力，計(jì)算出載體的位置、速度和姿態(tài)，將載體的位置、速度和姿態(tài)傳輸給組合導(dǎo)航單元；GPS陣列天線接收信號，并將接收信號傳輸給射頻前端；射頻前端濾除陣列天線接收信號中的帶外干擾，然后進(jìn)行低噪放大，放大后的信號與射頻前端提供的本地載波信號進(jìn)行混頻處理，得到中頻接收信號，然后將中頻接收信號由模擬類型轉(zhuǎn)換為數(shù)字類型，傳輸給干擾抑制模塊；干擾抑制模塊首先判斷數(shù)字中頻接收信號中是否存在大功率電磁干擾，如果存在大功率電磁干擾，濾除大功率的電磁干擾，并將干擾抑制后的數(shù)字中頻接收信號傳輸給基帶處理單元，如果不存在大功率電磁干擾，射頻前端輸出的數(shù)字中頻接收信號直接傳輸給基帶處理單元；基帶處理單元首先粗略捕獲數(shù)字中頻接收信號的C/A碼相位和載波頻率，然后對中頻接收信號的C/A碼相位和載波頻率進(jìn)行精確跟蹤，然后將得到的C/A碼相位和載波頻率轉(zhuǎn)換為偽距PG、偽距率輸入到組合導(dǎo)航單元；組合導(dǎo)航單元根據(jù)SINS模塊提供的載體位置、速度和姿態(tài)信息結(jié)合衛(wèi)星星歷計(jì)算出載體與衛(wèi)星之間的距離p I和距離率并利用偽距p G、偽距率和距離P 1、距離率對SINS、GPS誤差狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，SINS誤差狀態(tài)反饋回SINS模塊，進(jìn)行誤差補(bǔ)償，然后根據(jù)校正后的SINS導(dǎo)航參數(shù)、衛(wèi)星星歷和GPS接收機(jī)鐘頻誤差估計(jì)信息計(jì)算得到多普勒頻率估計(jì)值、C/A碼相位估計(jì)值和GPS信號入射方向估計(jì)值，將多普勒頻率估計(jì)值、C/A碼相位估計(jì)值和GPS信號入射方向估計(jì)值分別提供給基帶處理單元及干擾抑制模塊。該專利文獻(xiàn)在GPS/SINS超緊組合的基礎(chǔ)上引入空域干擾抑制技術(shù)濾除GPS信號中大功率的窄帶干擾，有效避免了 GPS射頻前端的飽和及阻塞，增強(qiáng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)處理復(fù)雜類型干擾信號的魯棒性能，但部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本昂貴而無法得到標(biāo)識有干擾區(qū)域的電子地圖從而無法避開干擾區(qū)域。
[0007]專利CN102620736A公開了一種無人機(jī)的導(dǎo)航方法該方法是在無人機(jī)上增設(shè)具有航線數(shù)據(jù)推算功能的航線檢測模塊；航線檢測模塊可以嵌入無人機(jī)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源中使用，也可以設(shè)計(jì)為獨(dú)立的硬件模塊并與現(xiàn)有機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)集成使用；該模塊能夠根據(jù)機(jī)載設(shè)備提供的飛行姿態(tài)、航速和高度參數(shù)推算出不依賴衛(wèi)星導(dǎo)航的實(shí)時(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)；無人機(jī)飛行中，機(jī)上現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航裝置與機(jī)上現(xiàn)有的慣性導(dǎo)航設(shè)備結(jié)合生成組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)，航線檢測模塊不斷的比較實(shí)時(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)與組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)；并根據(jù)比較數(shù)據(jù)判斷衛(wèi)星導(dǎo)航的可信度，衛(wèi)星導(dǎo)航正常時(shí)，無人機(jī)優(yōu)先使用組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行飛行，并暫時(shí)將實(shí)時(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)掛起；當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航不正常時(shí)，無人機(jī)自動啟用實(shí)時(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行飛行。該專利文獻(xiàn)通過在無人機(jī)上增設(shè)具有航線數(shù)據(jù)推算功能的航線檢測模塊，以解決現(xiàn)有無人機(jī)在失去衛(wèi)星導(dǎo)航時(shí)只能通過機(jī)載慣性導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行純慣性導(dǎo)航模式，或切入天文導(dǎo)航信息與慣性導(dǎo)航設(shè)備的組合導(dǎo)航模式，但無法得到標(biāo)識有干擾區(qū)域的電子地圖從而無法避開干擾區(qū)域。
[0008]因此，當(dāng)前存在一種需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)用于無人飛行器規(guī)避無線干擾，導(dǎo)航系統(tǒng)建立針對于無人飛行器控制頻段的信號干擾情況的電子地圖，從而能夠清楚的判斷出哪些區(qū)域是不利于無人飛行器飛行的信號干擾區(qū)，導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)基于信號干擾的電子地圖來制定無人飛行器的航線，對于用戶手控的無人飛行器來說，給出提示或者設(shè)立禁飛區(qū)；對于系統(tǒng)控制的無人飛行器來說，在制定無人飛行器飛行航線時(shí)，避開信號干擾區(qū)，以及該導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低適用范圍廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明公開了一種用于無人飛行器規(guī)避無線干擾的導(dǎo)航系統(tǒng)及導(dǎo)航方法，其實(shí)現(xiàn)了生成標(biāo)識有干擾區(qū)域的電子地圖從而使得無人飛行器避開干擾區(qū)域，提高飛行的安全性。
[0010]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明公開的一種用于無人飛行器規(guī)避無線干擾的導(dǎo)航系統(tǒng)，包括生成用于所述無人飛行器導(dǎo)航的電子地圖的導(dǎo)航模塊，其中，所述導(dǎo)航系統(tǒng)采集無人飛行器干擾信號并在所述電子地圖中標(biāo)記為干擾區(qū)域。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種應(yīng)用所述的導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航方法，所述導(dǎo)航系統(tǒng)基于所述干擾區(qū)域建立不受干擾的飛行路線。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明公開的一種用于無人飛行器規(guī)避無線干擾的導(dǎo)航系統(tǒng)，包括生成用于所述無人飛行器導(dǎo)航的電子地圖的導(dǎo)航模塊、用于檢測無線信號干擾的無線干擾檢測模塊和處理模塊，其中，當(dāng)所述無線干擾檢測模塊檢測到無線干擾時(shí)，所述無線干擾檢測模塊發(fā)送確認(rèn)信號到所述處理模塊，所述處理模塊在所述電子地圖上標(biāo)記當(dāng)前位置為干擾區(qū)域。
[0014]優(yōu)選地，所述導(dǎo)航模塊包括GPS衛(wèi)星定位裝置或北斗衛(wèi)星定位裝置。
[0015]優(yōu)選地，所述無線干擾檢測模塊檢測2.4GHz頻段的無線信號。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明公開的一種用于無人飛行器規(guī)避無線干擾的導(dǎo)航系統(tǒng)，包括生成用于所述無人飛行器導(dǎo)航的電子地圖的導(dǎo)航模塊、用于檢測無線信號干擾的無線干擾檢測模塊和處理模塊，其中，當(dāng)所述無線干擾檢測模塊檢測到無線干擾時(shí)，所述無線干擾檢測模塊發(fā)送確認(rèn)信號到所述處理模塊，所述處理模塊在所述電子地圖上標(biāo)記當(dāng)前位置為干擾區(qū)域，所述導(dǎo)航模塊包括可在所述電子地圖上根據(jù)預(yù)設(shè)條件生成所述無人飛行器的飛行路線的GIS模塊，所述GIS模塊包括GIS信息導(dǎo)入導(dǎo)出單元、信息展示單元和信息維護(hù)單元，其中，所述GIS信息導(dǎo)入導(dǎo)出單元，用于所述電子地圖中無人飛行器的飛行路線的信息的導(dǎo)入和導(dǎo)出；所述信息展示單元用于在所述電子地圖上展示飛行路線的信息；所述信息維護(hù)單元用于在所述電子地圖上瀏覽、編輯和刪除飛行路線的信息。
[0017]優(yōu)選地，