融合导航方法、装置、电子设备及可读存储介质制造方法及图纸

本申请实施例提供一种融合导航方法、装置、电子设备及可读存储介质，通过接收每一个UWB基站在同一时刻发送的UWB信号；根据每个UWB信号对应的到达时刻、每一个UWB基站的预设坐标数据以及UWB信号的预设传播速度，计算无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据；将GPS对应的所述无人机的坐标数据和速度数据替换为第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据；利用EKF对无人机的第一UWB坐标数据、第一UWB速度数据、辅助坐标数据和辅助速度数据进行融合计算。这样，将原来定位精度较低的GPS对应的坐标数据和速度数据替换为定位精度较高的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据，再利用EKF与辅助坐标数据和辅助速度数据进行融合计算，从而提高无人机的融合导航精度。高无人机的融合导航精度。高无人机的融合导航精度。

【技术实现步骤摘要】
融合导航方法、装置、电子设备及可读存储介质


[0001]本申请涉及无人机
，尤其涉及一种融合导航方法、装置、电子设备及可读存储介质。

技术介绍

[0002]无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由计算机完全地或间歇地自主地操作。
[0003]无人机实现自主降落，需要知道自身当前的坐标、速度以及偏航角等。现有技术是在估计与控制库(Estimation and Control Library，ECL)中通过扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter，EKF)来融合全球定位系统(Global Positioning System，GPS)定位技术、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)以及磁力计，这些技术得到的无人机坐标、速度以及偏航角信息。
[0004]但由于GPS存在较大定位误差，导致目前无人机的融合导航精度较低。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种融合导航方法、装置、电子设备及可读存储介质，以解决现有技术中无人机的融合导航精度较低的问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种融合导航方法，包括如下步骤:
[0007]接收M个超宽带(Ultra Wide Band，UWB)基站中每一个UWB基站在同一时刻发送的UWB信号，M为大于3的整数；
[0008]根据每个所述UWB信号对应的到达时刻、M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据以及所述UWB信号的预设传播速度，计算所述无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据；
[0009]将估计与控制库ECL中的全球定位系统GPS定位技术对应的所述无人机的坐标数据和速度数据替换为所述无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据；
[0010]在扩展卡尔曼滤波器EKF处于融合计算状态的情况下，根据预设的第一雅克比观测矩阵，利用所述EKF对所述无人机的第一UWB坐标数据、第一UWB速度数据、辅助坐标数据和辅助速度数据进行融合计算，得到目标坐标数据和目标速度数据；
[0011]根据所述目标坐标数据和目标速度数据，控制所述无人机的降落。
[0012]可选地，所述根据每个所述UWB信号对应的到达时刻、M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据以及所述UWB信号的预设传播速度，计算所述无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据包括：
[0013]对接收到的M个所述UWB信号进行划分获得第一UWB信号和M
‑
1个第二UWB信号，所述第一UWB信号为M个所述UWB信号中的一个基准UWB信号；
[0014]计算所述第一UWB信号的到达时刻与每一所述第二UWB信号的到达时刻之间的差值，获得M
‑
1个时间差值；
[0015]根据所述M
‑
1个时间差值和所述UWB信号的传播速度，计算所述第一UWB信号对应的UWB基站和每一所述第二UWB信号对应的UWB基站与所述无人机之间的距离差值，获得M
‑
1个距离差值；
[0016]基于信号到达时间差定位算法，根据所述M
‑
1个距离差值和M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据，计算所述无人机的第一UWB坐标数据，获得至少两个时刻的所述无人机的第一UWB坐标数据；
[0017]根据所述至少两个时刻的所述无人机的第一UWB坐标数据，计算所述无人机的第一UWB速度数据。
[0018]可选地，所述基于信号到达时间差定位算法，根据所述M
‑
1个距离差值和M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据，计算所述无人机的第一UWB坐标数据的计算公式如下：
[0019][0020]其中，所述x1和y1为所述基准UWB信号对应的UWB基站坐标(x1，y1，z1)中的数据，所述x2、y2、x
n
以及y
n
为所述M
‑
1个第二UWB信号对应的UWB基站坐标(x2，y2，z2)
…
(x
n
，y
n
，z
n
)中的数据，所述r
21
、r
31
……
r
n1
为所述M
‑
1个距离差值。
[0021]可选地，所述无人机上设有至少N个UWB信号接收天线，所述N为大于1的整数，所述根据每个所述UWB信号对应的到达时刻、M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据以及所述UWB信号的预设传播速度，计算所述无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据包括：
[0022]针对每一个所述UWB信号接收天线，根据每个所述UWB信号对应的到达时刻、M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据以及所述UWB信号的预设传播速度，计算所述无人机的第二UWB坐标数据和第二UWB速度数据，得到N组目标数据，每组所述目标数据包括基于一个所述UWB信号接收天线接收到的所述UWB信号确定的所述无人机的第二UWB坐标数据和第二UWB速度数据；
[0023]将所述N组目标数据进行加权计算，得到所述无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据。
[0024]可选地，所述根据所述目标坐标数据和目标速度数据，控制所述无人机的降落包括：
[0025]根据所述N组目标数据，计算所述无人机的UWB偏航角；
[0026]根据预设的第二雅克比观测矩阵，将所述ECL中的磁力计测量值对应的所述无人机的偏航角替换为所述无人机的UWB偏航角，通过所述EKF进行融合计算，得到目标偏航角；
[0027]根据所述目标坐标数据、目标速度数据和所述目标偏航角，控制所述无人机的降落。
[0028]可选地，在所述N等于2的情况下，所述根据所述N组目标数据，计算所述无人机的UWB偏航角的计算公式如下：
[0029][0030]其中，所述ψ
meas
表示所述无人机的UWB偏航角，和为两组所述目标数据中的两个所述无人机的第二UWB坐标数据，所述和所述用于表示分别为根据和换算得到的矢量距离。
[0031]可选地，在所述在扩展卡尔曼滤波器EKF处于融合计算状态的情况下，根据预设的第一雅克比观测矩阵，利用所述EKF对所述无人机的第一UWB坐标数据、第一UWB速度数据、辅助坐标数据和辅助速度数据进行融合计算之前，还包括：
[0032]获取所述无人机的GPS数据、惯性测量单元数据、磁力计数据以及气压计数据；
[0033]根据所述无人机的GPS数据、惯性测量单元数据、磁力计数据以及气压计数据，控制所述EKF初始化参数并进入融合计算状态。
[0034]第二方面，本申请实施例还提供了一种融合导航装置，包括:
[0035]接收模块，用于接收M个超宽带UWB基站本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合导航方法，其特征在于，应用于无人机，所述融合导航方法包括：接收M个超宽带UWB基站中每一个UWB基站在同一时刻发送的UWB信号，M为大于3的整数；根据每个所述UWB信号对应的到达时刻、M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据以及所述UWB信号的预设传播速度，计算所述无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据；将估计与控制库ECL中的全球定位系统GPS定位技术对应的所述无人机的坐标数据和速度数据替换为所述无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据；在扩展卡尔曼滤波器EKF处于融合计算状态的情况下，根据预设的第一雅克比观测矩阵，利用所述EKF对所述无人机的第一UWB坐标数据、第一UWB速度数据、辅助坐标数据和辅助速度数据进行融合计算，得到目标坐标数据和目标速度数据；根据所述目标坐标数据和目标速度数据，控制所述无人机的降落。2.根据权利要求1所述的融合导航方法，其特征在于，所述根据每个所述UWB信号对应的到达时刻、M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据以及所述UWB信号的预设传播速度，计算所述无人机的第一UWB坐标数据和第一UWB速度数据包括：对接收到的M个所述UWB信号进行划分获得第一UWB信号和M
‑
1个第二UWB信号，所述第一UWB信号为M个所述UWB信号中的一个基准UWB信号；计算所述第一UWB信号的到达时刻与每一所述第二UWB信号的到达时刻之间的差值，获得M
‑
1个时间差值；根据所述M
‑
1个时间差值和所述UWB信号的传播速度，计算所述第一UWB信号对应的UWB基站和每一所述第二UWB信号对应的UWB基站与所述无人机之间的距离差值，获得M
‑
1个距离差值；基于信号到达时间差定位算法，根据所述M
‑
1个距离差值和M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据，计算所述无人机的第一UWB坐标数据，获得至少两个时刻的所述无人机的第一UWB坐标数据；根据所述至少两个时刻的所述无人机的第一UWB坐标数据，计算所述无人机的第一UWB速度数据。3.根据权利要求2所述的融合导航方法，其特征在于，所述基于信号到达时间差定位算法，根据所述M
‑
1个距离差值和M个所述UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据，计算所述无人机的第一UWB坐标数据的计算公式如下：其中，所述x1和y1为所述基准UWB信号对应的UWB基站坐标(x1，y1，z1)中的数据，所述x2、y2、x
n
以及y
n
为所述M
‑
1个第二UWB信号对应的UWB基站坐标(x2，y2，z2)
…
(x
n
，y
n
，z
n
)中的数据，所述r
21
、
……
r
n1
为所述M
‑
1个距离差值。4.根据权利要求1所述的融合导航方法，其特征在于，所述无人机上设有至少N个UWB信号接收天线，所述N为大于1的整数，所述根据每个所述UWB信号对应的到达时刻、M个所述
UWB基站中每一个UWB基站的预设坐标数据以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芦峰，王河，苟正锋，靳仲达，补建科，姜凤洪，梅翔，王琳玉，吴霞，李睿丰，翟丽萍，罗康宁，王燚，贾桄宇，
申请(专利权)人：中国铁塔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：