数据采集及定位精度测量系统的制作方法

本实用新型属于无人机空间定位精度测量技术领域，具体的说是一种数据采集及定位精度测量系统。

背景技术：

无人机可以分为固定翼和旋翼两种类型。无人机的飞行可以分为三个阶段；自主起飞、自主巡航、自主降落。然而无人机的自主起飞和自主降落阶段需要精确地空间定位及引导，尤其是对自主起降空间有限的环境下，对空间定位精度要求非常高。

空间定位系统的精度测量是在无人机飞行控制系统设计中一个非常重要的环节。不管是自己研发还是采用成熟的空间定位系统，对该系统动态和静态精度的测量是一个很迫切的需求。

现在常用的gps等定位系统都有技术手册、在精度要求不高的情况下可以直接参考技术手册上的精度要求。然而，在狭窄空间下的自主起降和相关精确定位需求下不仅要对静态定位精度进行测量，而且还要对动态定位精度进行测量。但针对一些差分gps等在厘米级定位精度的系统目前只是一些模拟环境下的测量，但这种模拟环境下实验室测量手段还不能满足真实的外场实验环境。利用空间两点之间距离关系测量机载移动定位端精度，不仅实现方案简单，而且不受空间限制，可以高精度测量定位系统精度，更加真实的接近实际飞行试验环境，可以为无人机定位系统的选择或研发提供可靠测量手段。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种数据采集及定位精度测量系统，以实现无人机空间定位系统的高精度测量，满足无人机飞行控制所需的静态和动态定位精度要求，而且还可以为选择成熟定位系统或研发定位系统提供精确的测量尺度。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种数据采集及定位精度测量系统，包括支撑架、设置于所述支撑架上的滑道、移动滑块、滑块驱动电机、电机控制器、数据采集控制器、上位机及传动机构；

所述移动滑块与所述滑道滑动配合，所述移动滑块用于承载被测机载基站；

所述滑块驱动电机通过传动机构与所述移动滑块连接；

所述数据采集控制器设置于所述移动滑块上，并且通过无线数传模块或串口方式与上位机通信；

所述电机控制器与所述滑块驱动电机连接，并且通过无线数传模块或串口方式与上位机通信。

所述传动机构为皮带传动机构，包括皮带、主动带轮和从动带轮，所述主动带轮设置于所述滑块驱动电机的输出轴上，所述从动带轮可转动地设置于所述支撑架上，并且通过皮带与所述主动带轮连接，所述皮带与所述移动滑块连接。

所述皮带与所述滑道平行设置。

所述滑道上设有用于测量所述移动滑块的空间直线位移的刻度线。

所述数据采集控制器通过串口与所述电机控制器连接。

所述数据采集控制器包括数据采集控制电路板。

所述支撑架通过角铝焊接成的立方体结构。

本实用新型的优点及有益效果是：

1.本实用新型实现无人机空间定位系统的高精度测量，满足无人机飞行控制所需的静态和动态定位精度要求，而且还可以为选择成熟定位系统或研发定位系统提供精确的测量尺度。

2.数据采集控制器不仅可以将数据实时保存到sd卡中，还将数据发送给实时定位精度分析上位机软件进行数据冗余备份，用sd卡存储数据做离线定位精度分析。

3.本实用新型体积小，可实现户外任意空间的定位精度测量，不受空间限制，操作简单，实用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的静态定位精度测量示意图；

图3为本实用新型的动态定位精度测量示意图。

其中：1为支撑架，2为滑道，3为移动滑块，4为滑块驱动电机，5为电机控制器，6为数据采集控制器，7为上位机，8为无线数传模块，9为皮带传动装置。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，本实用新型提供的一种数据采集及定位精度测量系统，包括支撑架1、设置于支撑架1上的滑道2、移动滑块3、滑块驱动电机4、电机控制器5、数据采集控制器6、上位机7及传动机构；移动滑块3与滑道2滑动配合，移动滑块3用于承载被测机载基站；滑块驱动电机4通过传动机构与移动滑块3连接；数据采集控制器6设置于移动滑块3上，并且通过无线数传模块8或串口方式与上位机7通信；电机控制器5与滑块驱动电机4连接，并且通过无线数传模块8或串口方式与上位机7通信。地面基站和机载基站中均设有定位模块，如gps定位模块。

本实用新型的实施例中，支撑架1通过角铝焊接成的立方体结构。传动机构为皮带传动机构，包括皮带9、主动带轮和从动带轮，主动带轮设置于滑块驱动电机4的输出轴上，从动带轮可转动地设置于支撑架1上，并且通过皮带9与主动带轮连接，皮带9与移动滑块3连接。皮带9与滑道2平行设置，滑块驱动电机4驱动皮带9转动，从而带动移动滑块3沿滑道2移动。

本实用新型的实施例中，滑道2的长度为1m，滑道2上设有用于测量移动滑块3的空间直线位移的刻度线。

数据采集控制器6通过串口与电机控制器5连接，数据采集控制器6包括数据采集控制电路板，用于高频率采集定位或测距数据采集与保存，不仅可以将采集的数据保存到sd卡里，还将采集数据通过串口发送给上位机7保存和分析，实现冗余备份数据。与此同时，数据采集控制器6通过串口与电机控制器5通信，并且通过无线数传模块8或串口方式与上位机7通信，将上位机7的电机控制命令转发给电机控制器5，还将电机控制器5获取的位置、速度等信息转发给上位机7用于监视和显示。上位机7通过无线数传模块8或串口有线连接方式与数据采集控制器6连接通信，主要用与处理定位精度分析和实时显示测量系统状态量及定位精度曲线，与此同时，还具有操作和控制移动滑块3的移动速度及位置功能。本发明的上位机7为电脑或pc机，电机控制器5采用stm32-arm处理器，滑块驱动电机4、数据采集器6采用stm32-arm处理器、无线数传模块8型号是mm2-t。

进一步地，移动滑块3是用于安装被测点天线或相关设备，即被测机载基站，保证被测点可以精确地移动指定距离，并且移动距离精度为1cm。滑块驱动电机4可由电机控制器5精确控制其转速，通过控制转速可以实现移动滑块3在滑道2上的精确移动。

进一步地，上位机7具有数据分析及显示、电机控制及显示、数据保存及显示等功能。上位机7通过串口通信，以有线和无线方式与数据采集控制器6连接通信，实现数据保存与显示、电机控制和显示和定位数据分析及实时显示数据曲线，这样可以直观的获取定位精度测量结果。

进一步地，数据采集及定位精度测量系统中，支撑架1d长、宽、高分别为1m、0.8m和0.5m，这种结构不仅重量轻盈，而且携带方便，不受空间限制。

本实用新型的数据采集及定位精度测量系统是利用空间两点距离测量原理实现定位系统的静态和动态定位精度测量。整个测量系统只需12v锂电池供电即可。可以连接笔记本电脑，实时查看定位精度测量结果，还可以用sd卡存储的数据做离线定位精度分析。

如图2所示，静态定位精度测量时，将机载基站固定在移动滑块3上，放置在米尺0刻度的“位置a”，并且通过串口与数据采集板连接。将被测地面基站置于距离机载基站dm(d＝100m,50m,30m)(通过显示数据为准)的任意位置c。系统上电，开始从“机载基站”采集相对于“地面基站”的三坐标(xa，ya，za)数据，计时采集15分钟。在“位置a”采集完15分钟数据后系统不断电，将移动滑块3准确移动100cm的“位置b”。在计时15分钟后系统断电，拷贝采集数据，通过空间两点距离公式计算采集数据的两点距离d。并且利用公式(1)、(2)、(3)计算定位误差，分析静态定位精度。

δ＝100-d(2)

|δ|≤g(3)

其中，(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)分别为滑动轨道上a，b两点的位置坐标，d为a,b两点位置坐标计算出来的空间两点ab间距离，δ为定位误差，|δ|为误差精度，g为误差精度阈值，可根据需求测量精度设定。

如图3所示，动态测试方案是在上面静态测试基础上将“机载基站”在滑道2上，在“位置a”和“位置b”之间来回滑动(电机控制)，分析三维轨迹是否为1米长的直线轨迹，计算滑动轨迹边界。

本实用新型实现各类空间定位系统的动态和静态精度测量，为各类无人机定位系统的选择和研发提供可靠地定位精度测量手段，测量定位精度<1cm。

本实用新型实现无人机空间定位系统的高精度测量，满足无人机飞行控制所需的静态和动态定位精度要求，而且还可以为选择成熟定位系统或研发定位系统提供精确的测量尺度。数据采集控制器不仅可以将数据实时保存到sd卡中，用于离线定位精度分析，还将数据发送给实时定位精度分析上位机软件进行数据分析，另外，本实用新型体积小，可实现户外任意空间的定位精度测量，不受空间限制，操作简单，实用。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。