[發明專利]一種用于飛行校驗的無人機定位方法及系統

在審

• 申請號: 201711187183.2
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107991693A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 劉靖;楊萍;楊正波;葉家全;楊曉嘉
• 申請（專利權）人: 中國民用航空總局第二研究所
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23;G01S19/47;G01S19/44
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 徐靜

技術領域

本發明涉及無人機的民用航空導航設備在線監測及飛行校驗領域，尤其是一種用于飛行校驗的無人機定位方法及系統。

背景技術

當前國內外的飛行校驗都是由專門的飛行校驗人員駕駛裝有專門校驗設備的飛行校驗飛機，按照飛行校驗的有關規范，檢查和評估各種導航、雷達、通信等設備的空間信號的質量及其容限，以及機場的進、離港飛行程序，并依據檢查和評估的結果出具飛行校驗報告。

據國際民航組織(ICAO)和我國民航總局的規定，對機場的導航設備進行飛行校驗是強制性的，例如：新建機場必須進行飛行校驗，I類儀表著陸系統每270天執行一次定期校驗，機場全向信標每540天執行一次定期校驗。面對我國機場數量的增加、機場周圍建筑物的不斷新建，飛行校驗的需求越來越頻繁，而目前我國的飛行校驗人員數量少，可用的飛行校驗飛機不超過20架，因此往往不能對有飛行校驗需求的機場進行及時飛行校驗，從而影響機場的運行和使用。

根據飛行校驗相關規定，對某一科目進行飛行校驗時，飛行校驗飛機需一次性飛完規定的飛行路徑，機載的飛行校驗系統在此過程中的數據采集作業不得中斷，否則采集的數據視為無效。例如，當對定位精度要求極高的進近階段的導航設施進行儀表著陸系統III類飛行校驗時，飛行校驗飛機需從距離跑道入口22NM(跑道前方約41KM)處開始進近飛行直至距離跑道末端600M處結束，飛行的水平距離約為44KM，此過程中采用的機載飛行校驗系統的GPS定位精度能達到2厘米，但此類系統體積龐大且重量過重，不適宜裝載在無人機上。現有支持RTK差分定位系統的無人機在距離地面基準站10KM范圍內，定位精度能達到厘米級，但與基準站距離越遠，定位精度下降越迅速。因此，用于飛行校驗的無人機如要達到傳統有人機飛行校驗系統的定位精度，需開發出體積小且輕便的定位精度能達到2厘米甚至更優的定位系統。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種用于飛行校驗的無人機定位方法及系統。本發明提出的無人機定位方法及系統，旨在達到飛行校驗規范要求的厘米級定位精度，且在無人機長達40公里以上距離的飛行過程中達到定位精度穩定可靠。提高導航設備運行安全性，并減少因設備測試和飛行校驗對機場運營造成的影響。

本發明采用的技術方案如下：

一種用于飛行校驗的無人機定位方法包括：

根據同一時刻，包含地面基準站已知位置的基準載波相位觀測量和無人機飛行路徑的位置載波相位觀測量，無人機上的GPS定位系統得到該時刻，無人機的三維位置數據；

同時，INS定位系統計算該時刻，無人機的三維位置數據；

中央處理器根據該時刻，無人機的GPS定位處理器的三維位置數據中涉及的衛星數量決定采用INS定位系統的無人機的三維位置數據，還是采用融合后的無人機的三維位置數據作為最終的無人機三維位置數據，進行無人機實時定位；其中，融合后的無人機的三維位置數據指的是將INS定位系統計算的無人機的三維位置數據與GPS定位系統計算的無人機的三維位置數據進行融合。

進一步的，包含地面基準位置信息的基準載波相位觀測量獲取具體是：

無人機上的數據鏈UHF接收機通過數據鏈UHF接收天線接收并解調地面數據鏈UHF發射天線發射的包括地面基準站已知位置的載波相位觀測量；

進一步的，地面基準站UHF發射天線發射的包括地面基準站已知位置的載波相位觀測量是根據以下步驟獲取的，地面基準站包括地面控制站、GPS基準組件、第一雙頻GPS天線以及數據鏈UHF發射天線；具體為：

地面基準站置于地面一已知位置；

地面控制站控制GPS基準組件通過第一雙頻GPS天線采集GPS衛星信號形成該地面基準站的位置信息，輸出包括地面基準站已知位置的載波相位觀測量；

包括地面基準站已知位置的載波相位觀測量調制到數據鏈UHF載波上，再由數據鏈UHF發射天線發送輸出。

進一步的，INS定位系統計算無人機當前的三維位置數據：

在無人機上的雙頻GPS接收機對衛星進行觀測的同時，INS定位系統根據上一時刻，無人機最終三維位置數據作為初始位置基準數據，INS組件根據該初始位置基準數據、陀螺儀和加速度傳感器信息計算得到當前時刻，無人機位置的三維位置數據。

進一步的，無人機上的GPS定位系統計算無人機的三維位置數據具體過程是：