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专利号: 2017106228227
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2025-06-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于无线紫外光的快递无人机降落引导系统,其特征在于,包括信号发送机(1),所述信号发送机(1)包括信标引导装置,所述信标引导装置内设置有通过电信号依次连接的调制模块(1-1)、驱动电路(1-2)及紫外LED(1-3);还包括安装于快递无人机上的信号接收机(2),信号接收机(2)包括通过电信号依次连接的PMT(2-1)、功率测量模块(2-2)和运算模块(2-3),所述功率测量模块(2-3)中安装有三轴传感器。

2.如权利要求1所述的基于无线紫外光的快递无人机降落引导系统,其特征在于,所述信标引导装置上的紫外LED(1-3)呈纬线和经线排列。

3.如权利要求2所述的基于无线紫外光的快递无人机降落引导系统,其特征在于,每个所述紫外LED(1-3)采用的波长为200~280nm,发光功率为0.3mW。

4.如权利要求1所述的基于无线紫外光的快递无人机降落引导系统,其特征在于,所述信号接收机(2)采用R7154型的PMT(2-1),且所述PMT(2-1)的增益为107。

5.采用权利要求1所述的引导系统进行快递无人机降落引导的方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1,安装信标引导装置:将信标引导装置安装于快递投放平台上,应急物资投放时,所述信标引导装置安装于临时投放点;

步骤2,扫描阶段:步骤1完成后,启动信标引导装置进行扫描,等待快递无人机到来;

步骤3,捕获阶段:快递无人机在降落过程中,盘旋搜索信标信号,当捕获到信标信号后,准备降落;

步骤4,调整阶段:根据信号接收机(2)中的各个模块计算出的快递无人机相对于快递投放平台或临时投放点的实时位置和俯仰角信息来调整位姿,向信标引导装置靠近;

步骤5,降落阶段:当快递无人机处于快递投放平台或临时投放点的中心点正上方且与快递投放平台或临时投放点的中心点正上方的高度不大于30cm时,开始自主降落;

步骤6,投放阶段,降落完成后,将包裹投放在指定位置,引导完成。

6.如权利要求5所述的快递无人机降落引导方法,其特征在于,所述信标引导装置上的紫外LED(1-3)按照纬线方向与经线方向交替的方式进行扫描。

7.如权利要求5所述的快递无人机降落引导方法,其特征在于,步骤4中所述快递无人机相对于快递投放平台或临时投放点的实时位置的测定方法采用四节点定位算法。

8.如权利要求7所述的快递无人机降落引导方法,其特征在于,所述四节点定位算法具体为:步骤4.1,首先将四个所述信标引导装置作为四个锚节点固定于快递投放平台或临时投放点上标识“H”的四角处,且已知四个锚节点的坐标分别为A1(x1,y1,z1),B1(x2,y2,z2),C1(x3,y3,z3),D1(x4,y4,z4);

步骤4.2,将快递无人机作为未知节点M,分别计算出未知节点M到所述四个锚节点A1、B1、C1、D1的距离r,所述距离r分别为d1、d2、d3、d4;

其中,d1为M到A1的距离,d2为M到B1的距离,d3为M到C1的距离,d4为M到D1的距离;

步骤4.3,设所述未知节点M的坐标为(xm,ym,zm),则求得未知节点M的坐标计算公式为:步骤4.4,最终计算出快递无人机相对于快递投放平台或临时投放点的实时位置。

9.如权利要求8所述的快递无人机降落引导方法,其特征在于,根据lambertw函数的求反法则,所述未知节点M到四个锚节点在直视情况下的距离r的计算公式为:所述未知节点M到四个锚节点在非直视情况下的距离r的计算公式为:

lambertw函数是f(w)=w*exp(w)的反函数,即w=lambertw(f(w)),其中exp(w)是指数函数,w是任意复数。

公式(2)和(3)中,Pr是接收光功率;Pt是发送功率;Ar是PMT(2-1)上接收孔径的面积;r是未知节点M与四个锚节点的距离;Ke是大气衰减系数,由散射系数Ks和大气吸收系数Ka组成(Ke=Ks+Ka);散射系数Ks包括Rayleigh散射系数KSR和Mie散射系数KSM(Ks=KSM+KSR);公式(3)中,Ps是散射相函数,θ1是信号发送机(1)的仰角;θ2是信号接收机(2)的仰角;φ1是发射光束孔径角;φ2是信号接收机(2)的接收视场角。

公式(2)中,所述Pt,Ar及Ke均为已知量,所述接收光功率通过功率测量模块(2-2)得出,所述r通过将公式(2)导入运算模块(2-3)进行计算;

公式(3)中,所述Pt,Ar,Ke,Ps,φ1,φ2及Ks均为已知量,所述接收光功率Pr通过功率测量模块(2-2)得出,所述θ1、θ2通过安装于功率测量模块(2-2)中的三轴传感器测得,所述r通过将公式(3)导入运算模块(2-3)进行计算。