移动设备的定位方法、系统、装置及程序产品与流程

本公开一般涉及设备定位，尤其涉及一种移动设备的定位方法、系统、装置及程序产品。

背景技术：

1、无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，可用于农业、物流、测绘、应急等多个领域。

2、现有无人机上通常设置有视觉传感器、毫米波雷达和惯性测量单元（inertialmeasurement unit‌，imu）等多种传感器。在自主降落过程中，通过视觉传感器拍摄图像以识别降落平台相对于无人机的角度和方向，通过imu测量无人机自身的加速度和角速度以进行姿态估计，通过毫米波雷达测量无人机与降落平台的距离信息和速度信息，再对通过各传感器得到的数据进行融合处理（如扩展卡尔曼滤波或因子图优化），以得到无人机的多维位姿数据，从而引导无人机降落。

3、然而，上述降落方案存在以下不足：第一、受限于视觉传感器的图像分辨率和识别算法的定位精度，以及毫米波雷达的测距误差，通常仅能将无人机的降落精度控制在厘米级，难以满足部分特殊应用场景对毫米级精准着陆的严苛需求；第二、为实现厘米级的降落精度，上述降落方案需要在无人机上同时搭载高分辨率的视觉传感器、高精度的毫米波雷达以及高性能的机载计算平台，这显著增加了无人机的复杂度、功耗和成本；第三、视觉传感器在光照不足、雾天或目标纹理缺失等场景下难以有效识别降落平台，毫米波雷达在复杂电磁环境下可能受到干扰，且各传感器之间需要进行复杂的时空同步与融合计算，任一传感器的数据异常或缺失均可能导致融合定位失效，从而大幅降低无人机自主降落的鲁棒性和安全性。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种移动设备的定位方法、系统、装置及程序产品，通过光信号触发超声波发射，利用光速与声速间的巨大速度差，通过测量光信号发射与超声波接收之间的时间差实现亚厘米级精度距离测量和姿态解算，避免了多传感器融合的复杂计算及环境干扰，显著提高了定位精度与鲁棒性，降低了设备的复杂度、功耗和成本。

2、第一方面，本技术提供了一种移动设备的定位方法。该方法包括：

3、所述移动设备进入停靠平台的预设范围后，所述移动设备向所述停靠平台的平台控制模块发射预设波段光信号；

4、所述平台控制模块响应于所述预设波段光信号，向所述移动设备发射多个脉冲压缩的超声波信号；

5、所述移动设备接收多个所述超声波信号，并根据所述预设波段光信号的发射时间与每个所述超声波信号的接收时间之间的时间差，确定所述移动设备的多维姿态数据，并根据所述多维姿态数据移动至所述停靠平台的目标位置。

6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述多个超声波信号来源于所述停靠平台上多个不同位置设置的超声波发射器，所述多维姿态数据包括所述移动设备的偏航角以及所述移动设备相对于每个所述超声波发射器的三维位置坐标；

7、所述根据所述预设波段光信号的发射时间与每个所述超声波信号的接收时间之间的时间差，确定所述移动设备的多维姿态数据，包括：

8、获取当前环境的温度数据和湿度数据，并根据所述温度数据和所述湿度数据对标准声速进行调整，得到温湿度调整后的声速；

9、根据所述时间差和所述温湿度调整后的声速，确定所述移动设备到每个所述超声波发射器的距离数据；

10、根据多个所述距离数据，确定所述偏航角和所述三维位置坐标。

11、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述停靠平台上设置有光信号接收模块；所述平台控制模块响应于所述预设波段光信号，向所述移动设备发射多个脉冲压缩的超声波信号，包括：

12、所述平台控制模块检测到所述光信号接收模块接收到所述预设波段光信号时，控制多个所述超声波发射器按照预设时隙顺序向所述移动设备发射脉冲压缩的超声波信号。

13、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，每个所述超声波发射器采用不同的扩频码，所述扩频码用于标识对应的所述超声波发射器；

14、所述移动设备接收多个所述超声波信号，包括：

15、在每个所述超声波发射器通过相同的频率和时间，向所述移动设备发射脉冲压缩的超声波信号的情况下，所述移动设备接收含有多个所述超声波信号的混合信号，并根据多个所述扩频码从所述混合信号中解析多个所述超声波信号。

16、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述根据所述多维姿态数据移动至所述停靠平台的目标位置，包括：

17、所述移动设备基于所述移动设备的设备控制系统支持的协议格式对所述多维姿态数据进行转换处理，获得位置数据；

18、向所述设备控制系统传递所述位置数据，使得所述设备控制系统基于所述位置数据控制所述移动设备移动至所述停靠平台的目标位置。

19、第二方面，本技术还提供了一种移动设备的定位系统。该系统包括移动设备和停靠平台，所述移动设备上设置有光信号发射模块、超声波接收器和处理模块，所述停靠平台上设置有光信号接收模块、超声波发射器和平台控制模块；

20、所述光信号发射模块，用于所述移动设备进入所述停靠平台的预设范围后，向所述平台控制模块发射预设波段光信号；

21、所述光信号接收模块，用于接收所述预设波段光信号；

22、所述平台控制模块，用于响应于所述预设波段光信号，控制所述超声波发射器向所述移动设备发射多个脉冲压缩的超声波信号；

23、所述超声波接收器，用于接收多个所述超声波信号；

24、所述处理模块，用于根据所述预设波段光信号的发射时间和每个所述超声波信号的接收时间之间的时间差，确定所述移动设备的多维姿态数据，以使所述移动设备根据所述多维姿态数据移动至所述停靠平台的目标位置。

25、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述光信号发射模块、所述超声波接收器和所述处理模块集成在所述移动设备内；或者，所述光信号发射模块、所述超声波接收器和所述处理模块集成在可插拔式硬件设备，所述可插拔式硬件设备可插拔式安装在所述移动设备上；或者，所述光信号发射模块、所述超声波接收器和所述处理模块集成在贴片式硬件设备上，所述贴片式硬件设备贴附在所述移动设备上。

26、第三方面，本技术还提供一种定位装置。该装置可插拔式安装在移动设备上；所述装置包括：

27、光信号发射模块，用于向停靠平台的平台控制模块发射预设波段光信号，以触发所述平台控制模块响应于所述预设波段光信号发射多个脉冲压缩的超声波信号；

28、超声波接收器，用于接收多个所述超声波信号；

29、处理模块，用于根据所述预设波段光信号的发射时间和每个所述超声波信号的接收时间之间的时间差，确定所述移动设备的多维姿态数据，以使所述移动设备根据所述多维姿态数据移动至所述停靠平台的目标位置。

30、第四方面，本技术还提供了一种定位装置。该装置设置于停靠平台上；所述装置包括：

31、光信号接收模块，用于接收移动设备发射的预设波段光信号；

32、平台控制模块，用于在确定所述光信号接收模块接收到所述预设波段光信号的情况下，生成控制信号；

33、超声波发射器，用于响应于所示控制信号，向所述移动设备发射多个脉冲压缩的超声波信号，以使所述移动设备根据多个所述超声波信号确定多维姿态数据，并根据所述多维姿态数据移动至所述停靠平台的目标位置。

34、第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品包括指令，当所述指令被运行时，使得如前述第一方面所述的定位方法实现。

35、本技术提供一种移动设备的定位方法、系统、装置及程序产品，其中移动设备的定位方法，通过移动设备向停靠平台发射预设波段光信号触发脉冲压缩超声波信号发射，并利用光速与声速之间的巨大速度差，根据预设波段光信号的发射时间与每个脉冲压缩的超声波信号的接收时间之间的时间差确定移动设备的多维姿态数据，以使移动设备根据该多维姿态数据移动至停靠平台的目标位置。其中，脉冲压缩的超声波信号在保持较低峰值发射功率的同时，能够获得较高的脉冲压缩增益，有效提高信噪比和抗干扰能力。

36、相较于现有技术中依赖视觉传感器与毫米波雷达等多传感器融合的定位方案，本技术无需在移动设备上设置高分辨率的视觉传感器、高精度的毫米波雷达以及高性能的机载计算平台，仅需移动设备上具备光信号发射功能、超声波接收功能以及简单计算功能即可完成定位，显著降低了移动设备的复杂度、功耗和成本；此外，预设波段光信号仅作为超声波触发信号而非成像识别手段，不受光照不足或雾天等视觉识别条件的限制，超声波测距也不受复杂电磁环境的干扰，也无需进行多传感器之间的复杂时空同步和融合计算，单一感知链路避免了因任一传感器数据异常或缺失而导致的融合定位失效问题，大幅提升了移动设备自主停靠的鲁棒性和安全性；同时，采用脉冲压缩的超声波信号使得在相同发射功率条件下能够实现更远距离的测距和更高的时间差测量精度，成功将移动设备的定位精度提升至亚厘米级，具有广泛的适用性与极高的商业推广价值。