本發(fā)明涉及無人飛行器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無人飛行器定位方法及定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無人機(jī)是一種有動(dòng)力、可控制、能攜帶多種任務(wù)設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)并能重復(fù)使用的飛行器。能夠利用無線遙控設(shè)備和自身的控制裝置進(jìn)行控制的不載人飛行器，例如無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人傘翼機(jī)等等。該無人機(jī)可以用于掛載拍攝裝置，用于航拍、測繪、偵查等等。

目前，隨著無人機(jī)應(yīng)用越來越普及，出現(xiàn)了更多航飛速度更快、飛行高度更高、更加操作靈活、體積更小的無人飛行器。而隨著飛行速度及飛行高度的不斷增加，加上飛行器本體越來越小，對(duì)飛行器本身的性能要求也越來越高，具體的，飛行器飛行速度及高度的提升，將導(dǎo)致飛行器根據(jù)操控要求實(shí)現(xiàn)懸停的難度提高；小型飛行器在室內(nèi)或空間較為隱蔽的地方飛行時(shí)由于無法實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位或衛(wèi)星定位精度差，而無法實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)懸停的問題，上述問題將導(dǎo)致無人飛行器存在一定的安全隱患，同時(shí)對(duì)操控者而言，也無法體驗(yàn)到良好的飛行操控效果。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（gps）的應(yīng)用是基于衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)給定位端，當(dāng)定位端同時(shí)收到4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)后，再根據(jù)相關(guān)的定位算法算出其當(dāng)前所處位置的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間等。然而，這種定位原理的前提是要能接收到衛(wèi)星信號(hào)，這就將gps模塊的使用限制在室外且能夠接收到良好的衛(wèi)星信號(hào)的環(huán)境下。在室內(nèi)等衛(wèi)星信號(hào)不好的一些環(huán)境下，我們無法接收到符合要求的衛(wèi)星信號(hào)，或者是完全接收不到信號(hào)，并且這個(gè)信號(hào)產(chǎn)生的gps位置信息的誤差變得非常大，幾乎無法使用。

然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，無人機(jī)通常需要工作在衛(wèi)星信號(hào)不好的環(huán)境下，如室內(nèi)環(huán)境等。所以，在正常gps信號(hào)無法滿足需求的情況下，有必要研究和開發(fā)出一套行之有效的定位系統(tǒng)。例如，對(duì)比文件1（cn104932523a）公開一種無人飛行器的定位方法，該方法通過無人飛行器上的攝像頭獲取視頻流圖像信息，根據(jù)解析視頻圖像信息得到特征點(diǎn)信息以及高度信息和姿態(tài)信息，得到飛行器的漂移方向和漂移距離，融合成視頻流定位信息，再通過獲取衛(wèi)星定位信號(hào)，將衛(wèi)星定位信號(hào)和視頻流定位信號(hào)進(jìn)行融合處理后，得到精度的定位信息。

當(dāng)前，已經(jīng)有一些關(guān)于無人機(jī)不依賴于gps信號(hào)進(jìn)行定位的專利，如光流定位技術(shù)、慣性設(shè)備與超生波測距相結(jié)合定位技術(shù)、攝像頭圖像結(jié)合雷達(dá)避障系統(tǒng)定位技術(shù)以及攝像頭圖像對(duì)比定位技術(shù)等。盡管這些方法在一定程度上可以較好地用于無人機(jī)在無gps信號(hào)下的定位，但仍存在一些局限性。如使用光流或攝像頭圖像定位技術(shù)，不僅成本較高，而且還需要復(fù)雜的圖像處理算法；而使用慣性測量器件等，則定位精度會(huì)受到一定的限制；同時(shí)，采用雷達(dá)避障則需要高精度的雷達(dá)掃描系統(tǒng)，價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是基于以上一個(gè)或多個(gè)問題，提供一種無人飛行器定位方法及定位系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)gps信號(hào)定位不能使用時(shí)存在的無人飛行器定位成本高昂，以及定位不及時(shí)、不準(zhǔn)確的問題。

本發(fā)明提供一種無人飛行器定位方法，所述無人飛行器定位方法包括以下步驟：

s010在指定空間的一平面內(nèi)設(shè)置m個(gè)超聲波接收器，其中m為大于等于3的整數(shù)；

s020依據(jù)所述超聲波接收器接收所述無人飛行器發(fā)射的超聲波信號(hào)以及輔助同步定位信號(hào)，計(jì)算各超聲波接收器距離所述無人飛行器的距離；

s030選取有效超聲波接收器，構(gòu)建距離方程組；

s040計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息，進(jìn)行定位數(shù)據(jù)處理得出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值；

s050將所述真實(shí)定位值轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述無人飛行器。

優(yōu)選地，步驟s050進(jìn)一步包括以下步驟：

s051依據(jù)所述真實(shí)定位值計(jì)算出所述無人飛行器的運(yùn)動(dòng)距離；

s052依據(jù)運(yùn)動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為所述經(jīng)緯度的變化值；

s053依據(jù)所述經(jīng)緯度的變化值以及所述經(jīng)緯度發(fā)生變化時(shí)的經(jīng)緯度值，得到當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器所在位置的經(jīng)緯度值。

優(yōu)選地，所述步驟s050在步驟s053之后還包括以下步驟：

s054將所述經(jīng)緯度值依據(jù)ublox協(xié)議放大預(yù)定倍數(shù)并發(fā)送至所述無人飛行器。

優(yōu)選地，步驟s020具體包括：

s021所述無人飛行器發(fā)射超聲波信號(hào)和輔助同步定位信號(hào)，記錄為初始時(shí)刻t0；

s022一公共定時(shí)器接收到所述輔助同步定位信號(hào)時(shí)，記錄為開始時(shí)刻t1；

s023所述m個(gè)超聲波接收器接收到所述超聲波信號(hào)，分別記錄結(jié)束時(shí)刻t2、t3…tm+1；

s024獲取所述結(jié)束時(shí)刻t2、t3…tm+1與所述開始時(shí)刻t1的時(shí)間差，之后分別計(jì)算各所述接收器至所述無人飛行器的距離。

優(yōu)選地，步驟s030具體包括：

s031從所述m個(gè)超聲波接收器中篩選出有效超聲波接收器，通過所述有效超聲波接收器可獲得所述有效超聲波接收器距離所述無人飛行器的有效距離值；

s032判斷以所述有效超聲波接收器作為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出至少一個(gè)矩形；

s033若能，依據(jù)各所述矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，分別構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組，依據(jù)所述距離方程組獲取所述無人飛行器當(dāng)前的位置信息。

優(yōu)選地，步驟s030還進(jìn)一步包括：

s034若不能，則判斷所述有效超聲波接收器的數(shù)量是否大于等于3個(gè)；

s035若大于等于3個(gè)，則判斷以所述有效超聲波接收器為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出直角三角形；

s036若能構(gòu)建出直角三角形，則依據(jù)各所述直角三角形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組。

優(yōu)選地，步驟s040進(jìn)一步包括：

s041計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息；

s042依據(jù)所述無人飛行器在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)的連續(xù)至少4次歷史定位信息以及相應(yīng)的歷史預(yù)測位置信息，計(jì)算所述無人飛行器在空間坐標(biāo)x、y、z軸上的分量的各歷史定位信息與相對(duì)應(yīng)的歷史預(yù)測位置信息之間的實(shí)際偏差值以及所述歷史預(yù)測位置信息的歷史預(yù)測偏差值；

s043依據(jù)所述實(shí)際偏差值，獲取當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器在空間坐標(biāo)x、y、z軸上的分量的預(yù)測模糊值；

s044依據(jù)所述歷史預(yù)測偏差值與預(yù)測模糊值，計(jì)算出噪聲偏差；

s045依據(jù)所述預(yù)測模糊值以及所述噪聲偏差計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值的加權(quán)系數(shù)；

s046依據(jù)所述加權(quán)系數(shù)、當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測位置信息以及當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器的測量位置信息，計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的所述真實(shí)定位值。

本發(fā)明還一種無人飛行器定位系統(tǒng)，所述無人飛行器定位系統(tǒng)包括：

超聲波接收器設(shè)置模塊，用于在指定空間的一平面內(nèi)設(shè)置m個(gè)超聲波接收器，其中m為大于等于3的整數(shù)；

距離計(jì)算模塊，用于依據(jù)所述超聲波接收器接收所述無人飛行器發(fā)射的超聲波信號(hào)以及輔助同步定位信號(hào)，計(jì)算各超聲波接收器距離所述無人飛行器的距離；

方程組構(gòu)建模塊，用于選取有效超聲波接收器，構(gòu)建出距離方程組；

定位數(shù)據(jù)處理模塊，用于計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息，進(jìn)行定位數(shù)據(jù)處理得出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值；

經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述真實(shí)定位值轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述無人飛行器。

優(yōu)選地，所述方程組構(gòu)建模塊具體包括：

有效距離值獲取單元，用于從所述m個(gè)超聲波接收器中篩選出有效超聲波接收器，通過所述有效超聲波接收器可獲得所述有效超聲波接收器距離所述無人飛行器的有效距離值；

第一判斷單元，用于判斷以所述有效超聲波接收器作為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出至少一個(gè)矩形；

位置信息獲取單元，用于在能構(gòu)建出至少一個(gè)矩形的情況下，依據(jù)各所述矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，分別構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組，依據(jù)所述距離方程組獲取所述無人飛行器當(dāng)前的位置信息；

第二判斷單元，用于在不能構(gòu)建出矩形的情況下，判斷所述有效超聲波接收器的數(shù)量是否大于等于3個(gè)；

第三判斷單元，用于在有效超聲波接收器的數(shù)量大于等于3個(gè)時(shí)，判斷以所述有效超聲波接收器為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出直角三角形；

距離方程組構(gòu)建單元，用于在能構(gòu)建出直角三角形時(shí)，依據(jù)各所述直角三角形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組。

本發(fā)明進(jìn)一步提供一種無人飛行器定位系統(tǒng)，所述無人飛行器定位系統(tǒng)包括：處理器、存儲(chǔ)器、m個(gè)超聲波接收器、設(shè)于所述無人飛行器上的超聲波發(fā)射器，其中m為大于等于3的整數(shù)；所述m個(gè)超聲波接收器設(shè)在指定空間的一平面內(nèi)，接收所述超聲波發(fā)射器發(fā)射的超聲波信號(hào)；所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有程序指令；所述處理器調(diào)用所述存儲(chǔ)器的程序指令以實(shí)現(xiàn)以下功能：

s020依據(jù)所述超聲波接收器接收所述無人飛行器發(fā)射的超聲波信號(hào)以及輔助同步定位信號(hào)，計(jì)算各超聲波接收器距離所述無人飛行器的距離；

s030選取有效超聲波接收器，構(gòu)建距離方程組；

s040計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息，進(jìn)行定位數(shù)據(jù)處理得出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值；

s050將所述真實(shí)定位值轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述無人飛行器。

本發(fā)明提供的無人飛行器定位方法及定位系統(tǒng)，具有定位成本低廉、無需gps信號(hào)也能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施方式一的無人飛行器定位方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施方式二的無人飛行器定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施方式三的無人飛行器定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，如果不沖突，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實(shí)施方式一

如圖1所示，本發(fā)明提供一種無人飛行器定位方法，所述無人飛行器定位方法包括以下步驟：

s010在指定空間的一平面內(nèi)設(shè)置m個(gè)超聲波接收器，其中m為大于等于3的整數(shù)；這里可以依據(jù)指定空間的大小，在該空間內(nèi)依據(jù)需要設(shè)置多個(gè)超聲波接收器，以便于無人飛行器在飛行過程中發(fā)射的超聲波信號(hào)能被至少三個(gè)超聲波接收器接收到，從而有助于很好地對(duì)無人飛行器進(jìn)行定位；

s020依據(jù)所述超聲波接收器接收所述無人飛行器發(fā)射的超聲波信號(hào)以及輔助同步定位信號(hào)，計(jì)算各超聲波接收器距離所述無人飛行器的距離；

s030選取有效超聲波接收器，構(gòu)建距離方程組；這里依據(jù)有效超聲波接收器與無人飛行器的距離來構(gòu)建距離方程組。通過選取出有效超聲波接收器，這樣避免了在定位計(jì)算時(shí)因超聲波接收器的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤導(dǎo)致定位結(jié)果不準(zhǔn)確；

s040計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息，進(jìn)行定位數(shù)據(jù)處理得出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值；通過數(shù)據(jù)處理去除噪聲和誤差等，得到更精確的定位值，這個(gè)作為真實(shí)定位值，可以保證無人飛行器的飛行安全，較好地避開障礙物。由于無人飛行器在某些比較狹小的空間飛行中，對(duì)定位精度的要求比較高，獲得真實(shí)定位值，將使得用戶在狹小空間如客廳、臥室等室內(nèi)空間操作無人飛行器的用戶體驗(yàn)更好；

s050將所述真實(shí)定位值轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述無人飛行器。通過將真實(shí)定位值轉(zhuǎn)換成經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，使得無需改變無人飛行器的飛控系統(tǒng)，降低了無需使用gps信號(hào)的無人飛行器的定位成本。

本發(fā)明提供的無人飛行器定位方法，具有定位成本低廉、無需gps信號(hào)也能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位的優(yōu)點(diǎn)。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，步驟s050進(jìn)一步包括以下步驟：

s051依據(jù)所述真實(shí)定位值計(jì)算出所述無人飛行器的運(yùn)動(dòng)距離；

s052依據(jù)運(yùn)動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為所述經(jīng)緯度的變化值；

s053依據(jù)所述經(jīng)緯度的變化值以及所述經(jīng)緯度發(fā)生變化時(shí)的經(jīng)緯度值，得到當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器所在位置的經(jīng)緯度值。

進(jìn)一步地，所述步驟s050在步驟s053之后還包括以下步驟：

s054將所述經(jīng)緯度值依據(jù)ublox協(xié)議放大預(yù)定倍數(shù)并發(fā)送至所述無人飛行器。

具體來說，上述步驟s050可以通過以下轉(zhuǎn)換方法：

一種是先計(jì)算出在經(jīng)緯方向上的發(fā)生的位移l，然后，使用地球半徑r和反三角函數(shù)公式求取位移對(duì)應(yīng)的角度θ，即θ=2arcsin(l/r)。

另一種是根據(jù)經(jīng)緯度的系數(shù)計(jì)算公式θ=l/111319550進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地球的子午線總長度大約40008km。由此可知以下對(duì)應(yīng)關(guān)系：

平均緯度1度對(duì)應(yīng)距離大約111km；

平均緯度1分對(duì)應(yīng)距離大約1.85km；

平均緯度1秒對(duì)應(yīng)距離大約30.9m；

平均經(jīng)度1度對(duì)應(yīng)距離約為40075.04km/360=111.31955km；

平均經(jīng)度1分對(duì)應(yīng)距離約為111.31955km/60=1885.3m；

平均經(jīng)度1秒對(duì)應(yīng)距離約為1885.3m/60=30.92m。

本發(fā)明所使用的計(jì)算方法將計(jì)算的相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)放在赤道上面，這樣就簡化了計(jì)算過程和單片機(jī)的運(yùn)算量，并采用gps的數(shù)據(jù)格式來表示指定空間定位如室內(nèi)定位所得到的相對(duì)坐標(biāo)，從而兼容于ublox協(xié)議數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明所使用的計(jì)算方法中，在指定空間如室內(nèi)測到位移l一般最大只有7m，而地球赤道的半徑約為6356000m，此時(shí)l所對(duì)應(yīng)的夾角θ可以認(rèn)為趨近于0，根據(jù)推導(dǎo)公式limθ→0sinθ＝θ可以得到sinθ/2＝l/2r，進(jìn)而可以認(rèn)為θ＝l/r。

同時(shí)，為了使得到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)能夠與ublox協(xié)議數(shù)據(jù)相兼容，需要對(duì)經(jīng)緯度做一次倍數(shù)放大，如放大10000000倍，即θ=10000000/6356000＊l=1.5733l，所以，我們每次求出經(jīng)緯度方向的位移后，可以直接按照1.5733l來換算為經(jīng)緯度。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，步驟s020具體包括：

s021所述無人飛行器發(fā)射超聲波信號(hào)和輔助同步定位信號(hào)，記錄為初始時(shí)刻t0；

s022一公共定時(shí)器接收到所述輔助同步定位信號(hào)時(shí)，記錄為開始時(shí)刻t1；

s023所述m個(gè)超聲波接收器接收到所述超聲波信號(hào)，分別記錄結(jié)束時(shí)刻t2、t3…tm+1；

s024獲取所述結(jié)束時(shí)刻t2、t3…tm+1與所述開始時(shí)刻t1的時(shí)間差，之后分別計(jì)算各所述接收器至所述無人飛行器的距離。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，步驟s030具體包括：

s031從所述m個(gè)超聲波接收器中篩選出有效超聲波接收器，通過所述有效超聲波接收器可獲得所述有效超聲波接收器距離所述無人飛行器的有效距離值；

s032判斷以所述有效超聲波接收器作為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出至少一個(gè)矩形；

s033若能，依據(jù)各所述矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，分別構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組，依據(jù)所述距離方程組獲取所述無人飛行器當(dāng)前的位置信息。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，步驟s030還進(jìn)一步包括：

s034若不能，則判斷所述有效超聲波接收器的數(shù)量是否大于等于3個(gè)；

s035若大于等于3個(gè)，則判斷以所述有效超聲波接收器為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出直角三角形；

s036若能構(gòu)建出直角三角形，則依據(jù)各所述直角三角形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，步驟s030中，設(shè)定所述有效超聲波接收器的數(shù)量為9個(gè)，且9個(gè)所述有效超聲波接收器呈“田”字形分布在同一平面101上時(shí)，則構(gòu)造出9個(gè)矩形，其中a、b、c、d為四個(gè)最基本的矩形，經(jīng)過組合可以構(gòu)造出9個(gè)矩形，依據(jù)9個(gè)所述矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器至各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建9個(gè)所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組。

具體來說，當(dāng)超聲波接收器數(shù)目為9個(gè)時(shí)，將9個(gè)超聲波接收器（傳感器）放在同一平面，并按照一個(gè)“田”字的形狀進(jìn)行安放，使得每個(gè)位置的z軸相同，三縱向方向上的超聲波接收器的x軸相同，三橫向方向上的超聲波接收器的y軸相同。這種排布方式，可以極大地簡化三點(diǎn)坐標(biāo)的距離方程組。在測量時(shí)，可以得到9個(gè)距離數(shù)據(jù)，用數(shù)組sarray[9]表示，只需要在其中挑選出三個(gè)數(shù)據(jù)(去掉最小數(shù)據(jù))就可以了。

本發(fā)明采用的方法是對(duì)數(shù)組sarray[9]按照數(shù)值從小到大的方法排序，根據(jù)立體幾何上的空間內(nèi)的點(diǎn)之間的距離變化為線性規(guī)律變化，也就是說在測量得到的距離值經(jīng)過排序后，最小的四個(gè)數(shù)據(jù)，一定是個(gè)四邊形，所以就可以按照空間兩點(diǎn)的距離方程，列出三元二次方程，通過設(shè)置的特殊位置，即可消元降次，解出需要的3維坐標(biāo)。

但是，在實(shí)際中，一方面由于超聲波接收器本身的測量誤差和外界的干擾，測量得到的距離存在5cm左右的誤差，另一方面由于超聲波信號(hào)的發(fā)射和接收存在角度限制，導(dǎo)致出現(xiàn)丟失一組或幾組數(shù)據(jù)的問題。這些問題單靠濾波算法無法完全解決，總會(huì)出現(xiàn)定位數(shù)據(jù)波動(dòng)過大，使得排序所得到的數(shù)據(jù)并非符合實(shí)際，即四個(gè)數(shù)據(jù)可能不會(huì)在同一個(gè)四邊形上，而是會(huì)在散落在不同的四邊形上。

本發(fā)明為避免由于干擾和測量失敗導(dǎo)致排序算法的數(shù)據(jù)錯(cuò)亂的問題，首先，從設(shè)有多個(gè)超聲波接收器的平面中選出分布呈“田”字型的9個(gè)超聲波接收器，以構(gòu)建出九種可能的四邊形。由于可接收到九個(gè)距離值，每個(gè)距離值都可以找到對(duì)應(yīng)的平面坐標(biāo)位置，也就是說，如果收到的數(shù)據(jù)在4個(gè)或4個(gè)以上，就一定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)四邊形的組合，而在這個(gè)四邊形里，我們只需要三組數(shù)據(jù)就可以完成空間坐標(biāo)的解算。并且當(dāng)數(shù)據(jù)超過6組以上時(shí)，我們可以通過計(jì)算多組四邊形的得到多個(gè)空間坐標(biāo)，將其過濾和平滑之后，空間坐標(biāo)會(huì)變得更準(zhǔn)確。

最后使用的計(jì)算方法為：根據(jù)九種四邊形的組合，列出九種組合各自需要的平面坐標(biāo)，將每種組合需要的坐標(biāo)和距離代入距離方程組中，如果缺少相應(yīng)的距離，就不計(jì)算，這樣計(jì)算9次，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理，從而得到該無人飛行器當(dāng)前準(zhǔn)確的空間坐標(biāo)。雖然需要進(jìn)行九次計(jì)算，對(duì)于人來說是很麻煩的，但是當(dāng)下處理器處理速度來看，九次簡單的計(jì)算量非常小。

此外，在其它實(shí)施例中，有效超聲波接收器的數(shù)量可以為其它大于等于3個(gè)的數(shù)據(jù)，如4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)或8個(gè)，步驟s400進(jìn)一步包括：若所述有效超聲波接收器的數(shù)量為6個(gè)或7個(gè)時(shí)，構(gòu)建至多3個(gè)矩形，依據(jù)至多3個(gè)矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器至各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建至多3個(gè)所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組；或者若所述有效超聲波接收器的數(shù)量為4個(gè)或5個(gè)時(shí)，構(gòu)建至多1個(gè)矩形，當(dāng)構(gòu)建出一個(gè)矩形時(shí)，依據(jù)所述矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器至各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建一個(gè)所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組；若所述有效超聲波接收器的數(shù)量為8個(gè)時(shí)，構(gòu)建至多6個(gè)矩形，當(dāng)構(gòu)建出6個(gè)矩形時(shí)，依據(jù)6個(gè)所述矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器至各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建6個(gè)所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，步驟s040進(jìn)一步包括：

s041計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息；

s042依據(jù)所述無人飛行器在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)的連續(xù)至少4次歷史定位信息以及相應(yīng)的歷史預(yù)測位置信息，計(jì)算所述無人飛行器在空間坐標(biāo)x、y、z軸上的分量的各歷史定位信息與相對(duì)應(yīng)的歷史預(yù)測位置信息之間的實(shí)際偏差值以及所述歷史預(yù)測位置信息的歷史預(yù)測偏差值；

s043依據(jù)所述實(shí)際偏差值，獲取當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器在空間坐標(biāo)x、y、z軸上的分量的預(yù)測模糊值；

s044依據(jù)所述歷史預(yù)測偏差值與預(yù)測模糊值，計(jì)算出噪聲偏差；

s045依據(jù)所述預(yù)測模糊值以及所述噪聲偏差計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值的加權(quán)系數(shù)；

s046依據(jù)所述加權(quán)系數(shù)、當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測位置信息以及當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器的測量位置信息，計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的所述真實(shí)定位值。

實(shí)施方式二

如圖2所示，本發(fā)明基于上述實(shí)施方式一的無人飛行器定位方法，還提供一種無人飛行器定位系統(tǒng)，所述無人飛行器定位系統(tǒng)包括：

超聲波接收器設(shè)置模塊10，用于在指定空間的一平面內(nèi)設(shè)置m個(gè)超聲波接收器，其中m為大于等于3的整數(shù)；

距離計(jì)算模塊20，用于依據(jù)所述超聲波接收器接收所述無人飛行器發(fā)射的超聲波信號(hào)以及輔助同步定位信號(hào)，計(jì)算各超聲波接收器距離所述無人飛行器的距離；

方程組構(gòu)建模塊30，用于選取有效超聲波接收器，構(gòu)建出距離方程組；

定位數(shù)據(jù)處理模塊40，用于計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息，進(jìn)行定位數(shù)據(jù)處理得出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值；

經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換模塊50，用于將所述真實(shí)定位值轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述無人飛行器。

本發(fā)明提供的無人飛行器定位系統(tǒng)，具有定位成本低廉、無需gps信號(hào)也能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位的優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述方程組構(gòu)建模塊30具體包括：

有效距離值獲取單元，用于從所述m個(gè)超聲波接收器中篩選出有效超聲波接收器，通過所述有效超聲波接收器可獲得所述有效超聲波接收器距離所述無人飛行器的有效距離值；

第一判斷單元，用于判斷以所述有效超聲波接收器作為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出至少一個(gè)矩形；

位置信息獲取單元，用于在能構(gòu)建出至少一個(gè)矩形的情況下，依據(jù)各所述矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，分別構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組，依據(jù)所述距離方程組獲取所述無人飛行器當(dāng)前的位置信息；

第二判斷單元，用于在不能構(gòu)建出矩形的情況下，判斷所述有效超聲波接收器的數(shù)量是否大于等于3個(gè)；

第三判斷單元，用于在有效超聲波接收器的數(shù)量大于等于3個(gè)時(shí)，判斷以所述有效超聲波接收器為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出直角三角形；

距離方程組構(gòu)建單元，用于在能構(gòu)建出直角三角形時(shí)，依據(jù)各所述直角三角形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組。

實(shí)施方式三

如圖3所示，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種無人飛行器定位系統(tǒng)，所述無人飛行器定位系統(tǒng)包括：處理器100、存儲(chǔ)器200、m個(gè)超聲波接收器、設(shè)于所述無人飛行器上的超聲波發(fā)射器300，其中m為大于等于3的整數(shù)；所述m個(gè)超聲波接收器設(shè)在指定空間的一平面內(nèi)，接收所述超聲波發(fā)射器300發(fā)射的超聲波信號(hào)；所述存儲(chǔ)器200存儲(chǔ)有程序指令；所述處理器100調(diào)用所述存儲(chǔ)器200的程序指令以實(shí)現(xiàn)以下功能：

s020依據(jù)所述超聲波接收器接收所述無人飛行器發(fā)射的超聲波信號(hào)以及輔助同步定位信號(hào)，計(jì)算各超聲波接收器距離所述無人飛行器的距離；

s030選取有效超聲波接收器，構(gòu)建距離方程組；

s040計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息，進(jìn)行定位數(shù)據(jù)處理得出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值；

s050將所述真實(shí)定位值轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并發(fā)送至所述無人飛行器。

本發(fā)明提供的無人飛行器定位系統(tǒng)，具有定位成本低廉、無需gps信號(hào)也能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位的優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)選地，步驟s050進(jìn)一步包括以下步驟：

s051依據(jù)所述真實(shí)定位值計(jì)算出所述無人飛行器的運(yùn)動(dòng)距離；

s052依據(jù)運(yùn)動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為所述經(jīng)緯度的變化值；

s053依據(jù)所述經(jīng)緯度的變化值以及所述經(jīng)緯度發(fā)生變化時(shí)的經(jīng)緯度值，得到當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器所在位置的經(jīng)緯度值。

優(yōu)選地，所述步驟s050在步驟s053之后還包括以下步驟：

s054將所述經(jīng)緯度值依據(jù)ublox協(xié)議放大預(yù)定倍數(shù)并發(fā)送至所述無人飛行器。

優(yōu)選地，步驟s020具體包括：

s021所述無人飛行器發(fā)射超聲波信號(hào)和輔助同步定位信號(hào)，記錄為初始時(shí)刻t0；

s022一公共定時(shí)器接收到所述輔助同步定位信號(hào)時(shí)，記錄為開始時(shí)刻t1；

s023所述m個(gè)超聲波接收器接收到所述超聲波信號(hào)，分別記錄結(jié)束時(shí)刻t2、t3…tm+1；

s024獲取所述結(jié)束時(shí)刻t2、t3…tm+1與所述開始時(shí)刻t1的時(shí)間差，之后分別計(jì)算各所述接收器至所述無人飛行器的距離。

優(yōu)選地，步驟s030具體包括：

s031從所述m個(gè)超聲波接收器中篩選出有效超聲波接收器，通過所述有效超聲波接收器可獲得所述有效超聲波接收器距離所述無人飛行器的有效距離值；

s032判斷以所述有效超聲波接收器作為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出至少一個(gè)矩形；

s033若能，依據(jù)各所述矩形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，分別構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組，依據(jù)所述距離方程組獲取所述無人飛行器當(dāng)前的位置信息。

優(yōu)選地，步驟s030還進(jìn)一步包括：

s034若不能，則判斷所述有效超聲波接收器的數(shù)量是否大于等于3個(gè)；

s035若大于等于3個(gè)，則判斷以所述有效超聲波接收器為頂點(diǎn)能否構(gòu)建出直角三角形；

s036若能構(gòu)建出直角三角形，則依據(jù)各所述直角三角形的頂點(diǎn)坐標(biāo)以及所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離，構(gòu)建所述無人飛行器距離各所述超聲波接收器的距離方程組。

優(yōu)選地，步驟s040進(jìn)一步包括：

s041計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的定位信息；

s042依據(jù)所述無人飛行器在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)的連續(xù)至少4次歷史定位信息以及相應(yīng)的歷史預(yù)測位置信息，計(jì)算所述無人飛行器在空間坐標(biāo)x、y、z軸上的分量的各歷史定位信息與相對(duì)應(yīng)的歷史預(yù)測位置信息之間的實(shí)際偏差值以及所述歷史預(yù)測位置信息的歷史預(yù)測偏差值；

s043依據(jù)所述實(shí)際偏差值，獲取當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器在空間坐標(biāo)x、y、z軸上的分量的預(yù)測模糊值；

s044依據(jù)所述歷史預(yù)測偏差值與預(yù)測模糊值，計(jì)算出噪聲偏差；

s045依據(jù)所述預(yù)測模糊值以及所述噪聲偏差計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的真實(shí)定位值的加權(quán)系數(shù)；

s046依據(jù)所述加權(quán)系數(shù)、當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測位置信息以及當(dāng)前時(shí)刻所述無人飛行器的測量位置信息，計(jì)算出所述無人飛行器當(dāng)前時(shí)刻的所述真實(shí)定位值。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種無人飛行器定位方法及定位系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。