无线紫外光引导无人机定位方法研究

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无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是一种具备自主飞行和任务执行能力的新型作业平台,在军民用领域发挥着重要的作用。“日盲”无线紫外光(Ultraviolet,UV)通信是利用200nm~280nm波段的紫外光作为信息载体的一种通信方式,具有非直视(Non-Line-of-Sight,NLOS)、全天候、抗干扰能力强等特点。同时,随着各种低空飞行器的广泛应用,飞行安全问题日益突出,无线紫外光引导技术是保障无人机飞行过程安全性的手段之一。本文针对旋翼无人机、无人直升机(Unmanned Helicopter,UH)等低空飞行器着陆和编队飞行中的安全问题,结合“日盲”无线紫外光通信的优势,对无线紫外光引导无人机定位方法进行了研究。主要研究内容如下:(1)系统分析了无人机低空飞行引导中测距和定位技术需求,提出了基于接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)的无线紫外光测距算法。推导出直视(Line-of-Sight,LOS)和NLOS通信方式下的传输距离计算表达式,在不同天气条件下进行了无线紫外光测距实验,实验结果表明:基于RSSI的无线紫外光测距算法具有较高的精度,测距精度能够达到Om~7m,能够满足无人机低空飞行引导的需要。利用基于信号到达角度(Angle-of-Arrival,AOA)的三维空间定位算法和四节点三维空间定位算法,实现无人机在低空环境中的三维定位,能够为无人机低空飞行和自主着陆提供安全引导。(2)根据有高度差的紫外光单次散射链路模型,提出了一种无人机自主着陆引导方法,对无人机沿不同航向角着陆时的接收信号强度进行了分析。对基于无线紫外光通信的无人机编队网络,采用RSSI测距定位算法实现编队中的节点定位,在二维和三维无人机编队网络中节点定位准确度均能够达到90%以上,平均定位误差较小。仿真结果表明:采用无线紫外光测距算法能够解决无人机编队中的节点定位问题,从而实现队形保持和防碰撞,保障无人机编队飞行的安全。综上所述,基于RSSI的无线紫外光测距定位算法和无人机编队网络节点定位算法具有较高的精度,能够为无人机低空飞行安全引导提供理论指导和技术支撑。
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