[发明专利]一种基于高压线电磁指纹分布的无人机导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机导航系统，尤其是涉及一种基于高压线电磁指纹分布的无人机导航系统及方法。

背景技术

目前我国输电线路总长度超过115万千米，规模跃居世界首位，但我国的电力巡线方法和技术却依然滞后。传统的电力巡检主要依靠人工巡检、手动录入计算机的方式进行，效率较低，如在进行100km电力巡线任务时，需要20个巡检员持续工作1天才能完成，中间还不包括遇到高山、河流等复杂地形。遇到突发、紧急情况必须攀爬到高压线路上巡检时，为了保障巡检人员的人身安全，还会进行线路停电检查。为了更加安全可靠的供电，对高压线路进行自动化的巡检显得更加紧迫。

采用搭载相应检测设备的无人机能克服人力巡检因地形、交通、雨雪冰冻以及地震等因素给人工巡视线路带来的不便，同时能够克服利用有人直升机巡检带来的维修费用昂贵、安全问题显著等劣势。但是现在无人机的导航系统大多是采用单一的卫星导航的方式，由于山区卫星存在误差，所以在任务执行的过程中可能会发生偏离航迹的情况，甚至会造成无人机与线路之间的碰撞，造成经济损失和安全威胁。为了解决无人机飞行时定位方式单一，为了保障无人机巡线时的安全，提高高压电力巡线的可靠性，有必要开发一套新型的无人机自主导航系统。

常见的无人机导航方式有惯性导航、无线电导航、卫星导航、组合导航等，但目前应用基本上是以惯性导航系统和全球定位系统组合导航为主。

卫星导航系统主要由空间卫星部分、地面监控部分、用户接收处理部分组成，具有全球、全天候、自动化、高效益的特点。其定位方式主要采用时间测距导航定位法，即用户通过接收不在同一平面的4颗卫星(为保证结果唯一，4颗卫星不能在同一平面)发来信号的传播时间，然后完成一组包括4个方程式的模型数学运算，就可算出用户位置的三维坐标以及用户钟与系统时间的误差，但是卫星导航系统在山区丛林里会存在一定的误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种稳定性好、可实现自主巡检的基于高压线电磁指纹分布的无人机导航系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于高压线电磁指纹分布的无人机导航系统，包括无人机飞行子系统，数据处理子系统和地面控制子系统，所述的无人机飞行子系统将实时检测的高压线电磁场强度数据传输给所述的数据处理子系统，所述的数据处理子系统将数据在指纹数据库中进行匹配，得到无人机实时位置坐标，所述的地面控制子系统根据实时位置坐标对无人机进行导航，其中，所述的指纹数据库包含高压线电磁场强度与位置坐标一一对应的信息。

所述的无人机飞行子系统包括无人机飞行器和安装在无人机飞行器上的4G通信模块、飞行控制模块、UpBoard处理模块、视觉传感器和电磁场强度检测器，所述的UpBoard处理模块分别与4G通信模块、飞行控制模块、气压计、GPS模块、视觉传感器和电磁场强度检测器连接，所述的4G通信模块与地面控制子系统连接。

所述的视觉传感器包括安装在无人机机身的多个摄像头，各个摄像头分别成像。

所述的无人机飞行子系统包括安装在无人机飞行器上的气压计和GPS模块，用于在建立指纹数据库时提供高度信息和经纬度信息。

所述的地面控制子系统包括地面通信模块、视频监控中心和无人机控制中心，所述的地面通信模块分别与无人机飞行子系统、数据处理子系统、视频监控中心和无人机控制中心连接。

所述的地面控制子系统还包括与无人机控制中心连接的异常报警模块，当无人机所在位置的电磁场强度超过限定值时，进行报警提示。

一种采用所述的基于高压线电磁指纹分布的无人机导航系统进行导航的方法，包括：

离线采集阶段，在高压线巡检区域，建立位置坐标与电磁场强度相对应的指纹数据库；

在线定位阶段，无人机飞行子系统在巡检区域的待测位置实时采集电磁场强度数据，将数据上传至数据处理子系统，与指纹数据库进行在线实时匹配，得出无人机当前的位置坐标；

自主导航阶段，地面控制子系统通过航迹规划并设定无人机飞行器的飞行高度，将控制信息和导航数据发送给无人机飞行子系统，无人机飞行子系统通过对控制信息和导航数据进行解析，传送给飞行控制模块，飞行控制模块通过控制电力驱动调整飞行姿态，实现自主导航。

所述的指纹数据库的建立过程包括：

第一步：对巡检区域进行网格划分；

第二步：在每个网格内选取适当的数据采集点；

第三步：在每个数据采集点采集当前位置的电磁场强度值和方向；