[發明專利]基于仿蝙蝠超聲波收發的無人機定位系統及方法

在審

• 申請號: 202210017876.1
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114371480A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 何為凱;曾亞琳;高翔;張瑩;梁朝江;陳振學;杜付鑫;陳紀旸;鹿全禮;李成棟
• 申請（專利權）人: 山東交通學院;山東正中信息技術股份有限公司
• 主分類號: G01S15/93
• 分類號: G01S15/93;G01S7/539;G01S7/52
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發明公開了一種基于仿蝙蝠超聲波收發的無人機定位系統及方法，包括：無人機本體和控制器，所述無人機本體上設有基座，所述基座上設有分別與控制器連接的超聲波發射裝置、超聲波接收裝置和天線；超聲波發射裝置和超聲波接收裝置相對設置；所述超聲波接收裝置包括：用于模擬蝙蝠外耳特性的模擬外耳，與模擬外耳連接用于接收模擬外耳形變時所產生的物理信號的信號接收器，用于支撐并調節模擬外耳的位置和角度的仿生運動裝置；所述控制器能夠控制仿生運動裝置運動，從而改變模擬外耳的位置和角度。本發明可以根據實際需要調整模擬外耳的空間位置和傾斜角度，很好的模擬了蝙蝠在接收聲波信號時的耳部和頭部運動。

技術領域

本發明涉及無人機定位技術領域，尤其涉及一種基于仿蝙蝠超聲波收發的無人機定位系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

現階段無人機室內定位方法中常見的方法包括：基于視覺的定位技術、基于激光雷達的定位技術和UWB室內定位技術。基于視覺的定位技術雖然定位精度較高，但是容易收到光線干擾并且實時性較低，而基于激光雷達的定位技術則易受環境影響，而且所需儀器價格昂貴，UWB室內定位技術也有著實時性低，算法復雜等缺點。

目前對于動物外耳接收超聲波的研究尚處于機理研究階段，人工外耳接收裝置也很不完善，無法達到動物對聲波的接收效果；因此，現有技術中對于將模擬仿生技術與無人機定位技術進行結合的研究較為少見。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于仿蝙蝠超聲波收發的無人機定位系統及方法，將蝙蝠超聲定位不受光線影響，可以主動發射和接收超聲波的優勢，與無人機的機動性強的優點相結合，可以大大提高無人機的室內定位效率和精度。

在一些實施方式中，采用如下技術方案：

一種基于仿蝙蝠超聲波收發的無人機定位系統，包括：無人機本體和控制器，所述無人機本體上設有基座，所述基座上設有分別與控制器連接的超聲波發射裝置、超聲波接收裝置和天線；

所述超聲波發射裝置和超聲波接收裝置相對設置；所述超聲波接收裝置包括：用于模擬蝙蝠外耳特性的模擬外耳，與模擬外耳連接用于接收模擬外耳形變時所產生的物理信號的信號接收器，用于支撐并調節模擬外耳的位置和角度的仿生運動裝置；所述控制器能夠控制仿生運動裝置運動，從而改變模擬外耳的位置和角度。

在另一些實施方式中，采用如下技術方案：

一種基于仿蝙蝠超聲波收發的無人機定位方法，包括：

分別以兩個模擬外耳的形心為原點建立兩個空間直角坐標系；

根據接收到的控制器指令控制仿生運動裝置運動，從而改變模擬外耳的位置和角度；

將無人機發射的數字信號調制成電壓信號，將電壓信號轉換為超聲波信號后進行發射；

超聲波信號遇到障礙物后生成回波信號，所述回波信號能夠被模擬外耳接收，并使得所述模擬外耳產生形變；

將所述形變轉換為數字信號傳遞給控制器，控制器基于所述數字信號進行計算，得到障礙物相對于無人機的位置，實現無人機的室內定位和避障；

其中，所述障礙物包括墻壁和墻壁以外的其他能夠產生回波信號的物體，通過動態超聲定位算法，定位無人機相對于墻壁的位置信息能夠實現對無人機的定位；通過動態超聲定位算法，定位無人機相對于其他物體的距離，能夠實現無人機的避障。

進一步地，控制器基于所述數字信號，計算回波信號的頻率特征，進而判斷所述回波信號來自于室內墻壁還是其他物體；

分別對回波信號進行距離向和方位向的匹配濾波，得到相應障礙物相對于原點的距離，進而得到所述障礙物在兩個空間直角坐標系上X、Y、Z軸上的值；