[发明专利]一种基于无人机和信号相对强弱的地面目标定位方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机和信号相对强弱的地面目标定位方法，首先，确定目标区域所在范围，并根据无人机信标覆盖范围对其进行分割；其次，根据用户要求和无人机性能确定无人机飞行速度与广播周期；然后，规划无人机路径，指定无人机按路径飞行，无人机根据飞行速度与方向实时确定自身位置，并周期性广播；最后，节点根据接收到的数据包时的信号强度与数据包中的位置信息对自身定位。本发明精确度高，操作简单，不需要GPS硬件支持，适用于对地面区域内多个固定节点的快速准确定位。

技术领域

本发明属于无线信号领域，具体涉及一种基于无人机和信号相对强弱的地面目标定位方法。

背景技术

当前最常见的地面目标定位方法包括GPS全球定位系统，北斗定位系统，以及基于WiFi接入点的定位。但这些方法较难应用于布置在特殊环境下(如野外)的廉价的、资源受限的无线终端，如无线传感器节点。这些节点基于能耗或者成本的考虑，无法配备GPS或者北斗定位芯片，而在野外也没有WiFi接入点可供参考位置。

已有的定位方法可以分为两大类，第一种是基于测距的定位方法，例如TOA、TDOA、AOA等，这些方法对硬件要求较为苛刻，需要各种传感器进行支持，成本较高。另一种方法不基于测距，仅通过连接性进行测量(如跳数)，这种方法对硬件要求较低，但其精确度容易受到节点密度与网络条件影响，无法满足需要进行精确定位的情况。

在测距方法中，也可以使用接收信号强度RSSI对距离进行估算，但这种方法有以下缺点。首先，RSSI对信道噪声非常敏感，干扰，衰减，反射等都会导致信号的不规则传播。其次，在不同环境下信号的衰减情况各有不同，没有一种通用的信号传播模型适用于所有的环境情况，因此，通常很难进行从RSSI到物理距离的映射。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种基于无人机的廉价、精确、快速、覆盖范围较大的地面目标定位方法。

技术方案：本发明所述的一种基于无人机和信号相对强弱的地面目标定位方法，包括以下步骤：

(1)规划待飞区域，并根据用户提供的定位误差确定无人机信号广播周期；

(2)将待飞区域用矩形框分割成若干正方形，规划每个正方形内的路线，连接所有正方形，使得无人机在待飞区域中的规划路径满足所有正方形内的路线规划；

(3)无人机沿规划路径飞行，并按预定周期广播自身位置，地面目标接收信标发送的数据包并记录其接收信号强度，无人机沿坐标轴方向飞行时，记录其最强接收信号强度时无人机的坐标，并对自身进行定位。

所述步骤(1)包括以下步骤：

(11)用户输入目标所在范围及用户所能接受的误差范围：目标所在范围可以是地面上的任意一块平面区域，用户在地图上用一连串闭合的曲线表示出来，用户所能接受的误差范围设为ε；

(12)在用户所给定的目标区域内随机找一点，建立平面直角坐标系，找到与该区域外切且四条边都垂直于坐标轴的矩形框，以平面直角坐标系的原点为圆心，旋转该矩形，同时保持该矩形与目标区域外切；将该矩形旋转180度，按照每度离散地计算矩形框的面积，选取所有矩形面积最小的矩形框作为定位所使用的矩形框；

(13)测量无人机在固定高度时的地面信号覆盖范围：设无人机飞行高度为H，无人机所携带广播信标的信号传输范围为r，则在此高度下地面信号的覆盖范围为一圆形，该圆形的半径为

(14)计算无人机广播周期：测量无人机飞行速度v，由于用户输入的误差范围最大为ε，则无人机信标广播数据周期最大为T＝2ε/v。

步骤(2)所述的路线规划经过每个正方形的任意两条邻边且转折尽量少。

所述步骤(2)包括以下步骤：