[发明专利]基于毫米波通感一体化无人设备的自主导航系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于毫米波通感一体化无人设备的自主导航系统及方法，包括至少一个智能无人系统和至少一个移动通信基站，所述移动通信基站面向所有用户发送信号，信号包括但不限于毫米波信号；所述智能无人系统设于无人设备中，至少包括惯导定位系统；智能无人系统实时接收来自移动通信基站的毫米波信号，解码信号帧头中基站身份信息和位置信息的同时，根据信号的出射角、到达角和到达时延，估计出智能无人系统与基站间的相对位置，依据此位置，对自身惯导定位系统的累积误差进行校正，并且根据惯导定位和毫米波定位，确定自身位置，实现自主导航，充分利用自由空间中的毫米波信号，在不影响移动通信系统的前提下，实现高精度定位和自主导航。

技术领域

本发明属于无人系统控制和移动通信的技术领域，主要涉及了一种基于毫米波通感一体化无人设备的自主导航系统及方法。

背景技术

随着无人机、无人车、智能机器人等智能无人系统应用场景的拓展，人们对于无人系统的智能化需求不断提升。传统无人系统需要人为遥控，并且操作者需要实时观察无人系统的位置，来调整无人系统的移动轨迹。惯导系统的出现，使无人系统有了自主导航的能力。高精度的惯导系统可以实时记录无人系统的运行状态，从而绘制无人系统的运行路线进而实现对无人系统的实时定位。但是惯导系统存在累积误差，随着无人系统的移动，该误差值会不断增加。现有的研究中，人们会在无人系统中安装全球定位系统（GPS）来修正惯导系统的误差，但是在单个无人系统里安装GPS，增加了无人系统的成本。此外，GPS的定位精度较低，无法满足无人系统实时高精度定位的需求。

在现有的毫米波移动通信系统中，由于大规模多发多收系统（MassiveMIMO）的应用，以及毫米波波束具有一定的指向性，通信感知一体化成为了研究热点。随着物联网技术的发展，被放置各个场景中的小型传感器也被纳入了毫米波移动通信系统中，而这些技术都为无人系统的自动化控制和导航提供了客观条件。

发明内容

本发明正是针对现有技术中无人系统实时高精度定位尚有缺陷的问题，提供一种基于毫米波通感一体化无人设备的自主导航系统及方法，包括至少一个智能无人系统和至少一个移动通信基站，所述移动通信基站面向所有用户发送信号，信号包括但不限于毫米波信号；所述智能无人系统设于无人设备中，至少包括惯导定位系统；智能无人系统实时接收来自移动通信基站的毫米波信号，解码信号帧头中基站身份信息和位置信息的同时，根据信号的出射角、到达角和到达时延，估计出智能无人系统与基站间的相对位置，依据此位置，对自身惯导定位系统的累积误差进行校正，并且根据惯导定位和毫米波定位，确定自身位置，实现自主导航。本发明使无人系统可以利用自由空间中的毫米波信号，在不影响移动通信系统的前提下，实现高精度定位和自主导航。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：基于毫米波通感一体化无人设备的自主导航系统，包括至少一个智能无人系统和至少一个移动通信基站，

所述移动通信基站面向所有用户发送信号，所述信号包括但不限于毫米波信号；

所述智能无人系统设于无人设备中，至少包括惯导定位系统；智能无人系统实时接收来自移动通信基站的毫米波信号，解码信号帧头中基站身份信息和位置信息的同时，根据信号的出射角、到达角和到达时延，估计出智能无人系统与基站间的相对位置，依据此位置，对自身惯导定位系统的累积误差进行校正，并且根据惯导定位和毫米波定位，确定自身位置，实现自主导航。

作为本发明的一种改进，所述智能无人系统包括无人设备、动力系统、毫米波感知系统和惯导系统，

所述动力系统用于为智能无人系统提供动力支持，包括电机、电池、功放模块及移动控制模块，所述无人设备与电机相连接，电池分别与电机和功放模块相连接，功放模块与移动控制模块相连接；

所述毫米波感知系统用于接收和处理移动通信基站的毫米波信号，并反馈导航校正，包括毫米波信号接收模块、毫米波信号处理模块及导航校正模块，所述毫米波信号处理模块分别与毫米波信号接收模块和导航校正模块相连接；