一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法

1.本发明属于可见光通信技术领域，具体涉及一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法。


背景技术：

2.用于信息传送的电磁波除了常用的微波信号、射频信号之外，还有光波。以光波为载体的可见光通信技术具有保密性高、无电磁频谱污染、能耗低等优点，其调制后的光信号可用于无人机以实现消息的传递。然而，可见光通信对信号光源与无人机携带的光电探测器的对准程度要求较高。飞行过程中的无人机由于自身抖动以及定点功能的精度不够，难以实现信号光源与无人机的光电探测器长时间对准，从而影响光信号的传输。
3.目前针对无人机定点、定位技术，常用的方法包括基于图像识别的视觉定位、gps定位、rtk定位、超声波传感器以及气压计定位等。其中，无人机的图像识别方法仅用于二维平面图像识别，通过该方法只能获取无人机对地面投影的相对高度，超声波以及气压计传感器也仅能获取无人机的高度信息，无法获取无人机的三维位置。通过gps定位可以获得无人机在地球上的三维位置，其误差约2.5米左右，无法满足可见光通信中信号光源与光电探测器对准的要求，且gps信号强弱依赖天气、电磁干扰等情况，其精度具有较大不确定性。超声波传感器和气压计一般用于无人机的高度定位，其误差约0.8米左右，难以满足可见光通信中信号光源与光电探测器对准的要求。
4.与gps定位技术不同，rtk定位系统在构建的过程中，利用了载波相位差分技术，使得接收机所收到的载波相位信息更加精准，在接收机上就可以直接完成解算坐标的求差任务，定位精度较高。在地面风速远小于5米每秒时，rtk定位技术可以将垂直定位误差控制在
±
1.5厘米，将水平定位误差控制在
±
1厘米之内。然而，由于rtk设备体积较大，并非所有无人机都能安装rtk设备，且rtk设备价格昂贵，这使得rtk技术难以在无人机上应用，拥有rtk定位功能的无人机数量极少，需要改进。


技术实现要素：

5.本发明提供一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，设计一种简单、经济的方法协助无人机光电探测器与信号光源对准，解决其最关键的问题：无人机在定位不精确的条件下仍然通过感知和寻找光信号，从而搜索出与信号光源进行通信的最佳的坐标位置，以此实现可见光通信。
6.为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
7.本发明实施例提供一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，包括以下具体步骤：
8.步骤s1，光源通过内置的gps定位模块和气压计定高模块获取光源所在位置的水平坐标和高度坐标；无人机已知光源的坐标位置信息后，使用gps定位功能到达该位置点，无人机控制系统通过负反馈的自动控制方式使无人机稳定在预设的坐标点上进行悬停。
9.步骤s2.1，当悬停的无人机在没有识别到光源发射的、携带光源身份信息的光信号时，或者识别到该光信号但光信号强度微弱时，开启射频信号接收模式，光源的内置探测器感知到无人机在附近后，立即发送射频信号消息给无人机，告知无人机开启基于光源光强感知的动态位置调整技术方法进行光源的搜索。
10.步骤s2.2，光源开启并发出光信号，该光信号为调制后携带光源身份信息的光信号，并与周围其他杂散光的光波长有区分；该携带光源身份信息的光信号用于无人机和光源之间进行身份确认。
11.步骤s3，无人机携带的光电探测器开启光滤波模式以及基于光源光强感知的动态位置调整技术方法，对目标波长以外的光波长进行滤除，一旦无人机的光电探测器获取了光源发射的、携带光源身份信息的光信号，则可开启对光源身份验证模式，一旦验证成功则可开始传输消息光信号，实现可见光通信。
12.根据本发明一可选实施例，步骤s3中的无人机基于光源光强感知的动态位置调整技术方法包括：基于等边三角形、等边四边形、等边五边形、等边六边形或者圆形的位置调整方法。
13.根据本发明一可选实施例，基于等边三角形的位置调整方法包括：
14.步骤s31，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点pa为质心，在水平坐标对应的平面上设置边长为a米(0《a《m)的等边三角形a1，获取等边三角形a1的三个角的坐标；其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中a的优选初始值可设置为3米，即稍大于常规gps定位精度(约为2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；则根据等边三角形a1的特性，该等边三角形a1的三个边长都和定位点保持米的距离，a值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，a值适当取大一点，以保证该等边三角形范围覆盖光源的光通信范围。
15.步骤s32，使用gps功能将无人机定位到等边三角形a1上的任意一个角的坐标点后，开启无人机光电探测器的探测功能，并使无人机沿等边三角形a1的其中一个边长飞行，飞行方向可为顺时针或者逆时针。
16.步骤s33，如果无人机沿着等边三角形a1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边三角形a1的三个边长的中点分别取三个坐标点作为等边三角形a2三个角的坐标。
17.步骤s34，无人机的飞行路径维持原飞行方向不变，并就近从等边三角形a1的某个边长的中点过渡到等边三角形a2，并沿着等边三角形a2持续飞行，如果无人机沿着等边三角形a2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边三角形a3，重复步骤s32～步骤s34。
18.根据本发明一可选实施例，基于等边三角形的位置调整方法还包括：
19.步骤s35，假设无人机在环绕等边三角形m飞行的过程中，到达等边三角形m的某个坐标点时，突然探测到微弱的目标光信号光强，则无人机继续沿着等边三角形m的该边飞行，并根据设置的时间间隔s记录信号光光强p的变化，不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取。
20.步骤s36，当信号光光强p到达最大值p
m1
并开始逐渐递减时，无人机返回记录的信号光强最大值p
m1
对应的位置，并在该点作出一条垂直于等边三角形m边长的直线。
21.步骤s37，无人机沿着该直线的任意方向飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；当光强信号p开始变弱时，无人机则往反方向移动，通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，无人机在该直线范围内找到最强光强p
m2
对应的坐标点。
22.步骤s38，根据步骤s37找到某个水平面的光源光强最大值p
m2
对应的水平坐标点；在找到p
m2
对应的水平坐标点后，无人机离开上述平面，以步骤s37的方法沿着垂直方向寻找垂直位置上最佳通信坐标，并根据设置的时间间隔s记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，无人机可往信号光光强p增加的方向飞行，直到在垂直方向上达到无人机避障模块限制的最高点位置坐标，并将该坐标位置的光强p
m3
定义为无人机可获取的最大光强值p
max
对应的坐标点，该坐标点即为无人机在空间范围内实现可见光通信需要悬停的坐标点。
23.根据本发明一可选实施例，基于等边三角形的位置调整方法还包括：
24.步骤s39，假设设置的等边三角形的个数为k，设置两个三角形个数阈值，分别为q1和q2，其中q1＝1,2,3,
…
；q2＝1,2,3,
…
；q1小于q2；当设置的等边三角形个数k小于q1时，无人机在增加k的值后，不断缩小搜索范围，仍然没有感知到光源时，可以继续增加等边三角形个数k，再次缩小搜索范围，寻找该平面可见光通信的最佳位置点；如果设置的等边三角形个数k大于q1并小于q2时，经过多次位置调整依旧无法探测到信号光源的光强，则改变a的数值，扩大或者缩小等边三角形a1的范围，重新开始步骤s31进行光源的搜索；当等边三角形个数k大于q2后依然没有找寻到该平面内的可见光通信的最佳位置点时，则调整无人机的目标位置pa的坐标点(xa,ya,za)中的垂直坐标za的位置，获得新的目标定位点pa，重新开始步骤s31进行光源的搜索。
25.根据本发明一可选实施例，基于等边三角形的位置调整方法还包括：
26.步骤s40，如果无人机在到达等边三角形a1后即刻检测到信号光源的光强，则使无人机以顺时针或者逆时针的方向沿等边三角形a1的其中一个边长飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取，以找到该平面最强光强p
m2
对应的坐标点。
27.根据本发明一可选实施例，基于等边四角形的位置调整方法包括：
28.步骤s41，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为b米(0《b《m)的等边四角形b1，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中b的优选初始值可设置为3米，即稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；b值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，b值适当取大一点，以保证该等边四角形b1范围覆盖光源的光通信范围。
29.步骤s42，使用gps功能将无人机定位到等边四角形b1上的任意一个坐标点后，开启无人机光电探测器的探测功能，使无人机沿等边四角形b1的其中一个边长飞行，飞行方向可为顺时针或者逆时针。
30.步骤s43，如果无人机沿着等边四角形b1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边四角形b1的四个边长的中点分别取四个坐标点作为等边四角形b2四个角的坐标。
31.步骤s44，无人机的飞行路径维持原飞行方向不变，并就近从等边四角形b1的某个
边长的中点过渡到等边四角形b2，并沿着等边四角形b2持续飞行，如果无人机沿着等边四角形b2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边四角形b3，重复步骤s42～步骤s44。
32.根据本发明一可选实施例，基于等边五角形的位置调整方法包括：
33.步骤s51，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为c米(0《c《m)的等边五角形c1，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中c的优选初始值可设置为3米，即稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；c值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，c值适当取大一点，以保证该等边四角形c1范围覆盖光源的光通信范围。
34.步骤s52，使用gps功能将无人机定位到等边五角形c1上的任意一个坐标点后，使无人机沿等边五角形c1的其中一个边长飞行，同时，开启无人机光电探测器的探测功能。
35.步骤s53，如果无人机沿着等边五角形p1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边五角形c1的四个边长的中点取五个坐标点作为等边五角形c2四个角的坐标。
36.步骤s54，无人机的飞行路径从等边五角形c1的某个边长的中点过渡到等边五角形c2，并沿着等边五角形c2持续飞行，如果无人机沿着等边五角形c2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边五角形c3，重复步骤s52～步骤s54。
37.根据本发明一可选实施例，基于等边六角形的位置调整方法包括：
38.步骤s61，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为d米(0《d《m)的等边五角形d1，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中d的优选初始值可设置为3米，即稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；d值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，d值适当取大一点，以保证该等边六角形d1范围覆盖光源的光通信范围。
39.步骤s62，使用gps功能将无人机定位到等边六角形d1上的任意一个坐标点后，使无人机沿等边六角形d1的其中一个边长飞行，同时，开启无人机光电探测器的探测功能。
40.步骤s63，如果无人机沿着等边六角形d1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边六角形d1的四个边长的中点分别取六个坐标点作为等边六角形d2四个角的坐标。
41.步骤s64，无人机的飞行路径维持原飞行方向不变，并就近从等边六角形d1的某个边长的中点过渡到等边六角形d2，并沿着等边六角形d2持续飞行，如果无人机沿着等边六角形d2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边六角形d3，重复步骤s62～步骤s64。
42.根据本发明一可选实施例，基于圆形的位置调整方法包括：
43.步骤s71，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置半径为n米(0《n《m)的圆形o1，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中n的优选初始值可设置为1.5米，即圆的直径稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；使无人机从圆形o1上的任意一个点开始，沿着圆形o1飞行；无人机飞行过程中根据设置的时间间隔s记录信号光光强p，并将不同时间间隔s下光强p以及其坐标位置记录到存储器中，以便读取。
44.步骤s72，使用gps功能将无人机定位到圆形o1的任意一个坐标点后，使无人机沿着圆形o1飞行。
45.步骤s73，假设无人机在环绕圆形o1飞行的过程中，到达圆形o1的某个坐标点时突然达到光电探测器的阈值探测光强值，并探测到微弱的目标光信号光强，则无人机转为沿着圆形o1上该点的切向的前向方向继续飞行。
46.步骤s74，考虑到该点坐标应该为光源发射光信号覆盖的圆形区域和无人机环绕飞行的圆形o1的轨迹交点，则无人机在该交点做出的切向方向飞行时，继续设置时间间隔s并记录不同时间点对应的信号光光强p，将不同时间间隔s下光强p以及其坐标位置记录到存储器中，以便读取。
47.步骤s75，当无人机在圆形o1上某点的切向的前向方向飞行时，信号光光强p到达最大值p
m1
并开始逐渐递减时，无人机返回记录的信号光强最大值p
m1
对应的位置，并在该点作出一条垂直于圆形o1切线的直线。
48.步骤s76，无人机沿着该直线的任意方向飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录不同时间点的信号光光强p；将不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；当光强信号p变弱时，无人机则往反方向移动，通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，直到在该直线上找到最强光强p
m2
对应的坐标点，则p
m2
的坐标位置为无人机在定位的平面上获取的最大光强点p
max
。
49.步骤s77，假设无人机在环绕圆形o1飞行的过程中，没有检测到任何信号光源的光强，则无人机缩小圆形o1的半径n设置圆形o2，并使无人机过渡到圆形o2的轨迹上；当无人机在沿着圆形o2飞行时，到达某个坐标点时突然探测到微弱的目标光信号光强，则无人机转为沿着该点的切向的前向方向行驶，后续操作重复步骤s72～步骤s76所述。
50.根据本发明一可选实施例，步骤s3中的无人机基于光源光强感知的动态位置调整包括：
51.当无人机运行轨迹涉及的等边三角形、或者多边形的非运行区域的轨迹在光源发光的整个范围之外，导致无人机沿任何路径飞行都无法感知到轨迹内部包含光源辐射范围时，无人机采用基于等边三角形的位置调整法，并改变等边三角形边长a进行不同范围的光源搜索，或者，将搜索方式改为基于的等边四边形、等边五边形、等边六边形的位置调整法进行搜索，增加搜索精细度。
52.当无人机垂直位置定位误差过大，无人机悬停在光源上方，无论通过何种方法都感测不到光源的存在时，无人机经过多次调整后仍然无法感知到光源位置，则在垂直位置上重新定位，再开展搜索；设置垂直位置调整的步长f并改变垂直位置的定位坐标，进行尝试，如果垂直位置调整次数超过q3次仍然无法感知到光源，则重新在垂直方向定位，设置垂直位置调整的步长-f，即垂直方向的向反方向进行移动；若通过上述方法，无人机沿着某垂直方向移动时，避障模块感测到光源位置并发出警报，则无人机根据该运行方向，以及避障模块的感应距离，计算并调整无人机的初始定位坐标中的垂直坐标到避障模块刚刚产生警报的阈值感光位置，重新开启该平面范围内无人机的动态位置调整方法；
53.当无人机由于垂直位置定位产生误差，无人机悬停在和光源同一平面，导致无人机水平避障模块设置的程序启动，无人机无法靠近光源附近时，无人机对初始定位坐标的垂直坐标进行向下位置的微调，即多次设置步长-f使得垂直坐标的数值大小不断减小，直
到水平避障模块没有感知到光源位置，则将该垂直坐标设定为目标位置pa的坐标点(xa,ya,za)中的za并重新开启该平面范围内无人机的动态位置调整方法。
54.本技术方案克服的技术问题包括：
55.(1)本发明提供了多个可选择的光源搜寻路径，不同路径对应的搜索时间、搜索精细度不同，无人机可根据定位精度以及搜索需求选择不同路径进行光源搜寻。
56.(2)本发明对设计的算法进行了验证计算，在不同初始条件下对使用不同搜索路径的光源搜寻成功率、搜寻时间等进行计算，并给出了数据分析和对比，在搜索路径分别为等边三角形、等边四边形、等边五边形、等边六边形、圆形等条件下寻找最佳搜索范围设置参数值、为优化搜索路径，确保本方法切实可行铺垫了基础。
57.(3)本发明分析搜索光源不成功的问题，并提出解决方案：a)提出了在多次搜索失败的条件下，扩大或者缩小搜索路径覆盖的范围，以此解决了使用同一搜索路径的条件下，多次搜索光源仍未取得成功的问题；b)提出了在扩大或者缩小搜索路径覆盖的范围后仍然搜索失败的条件下，调整无人机定位高度，并重新开启光源搜索的方法，以此解决了因高度定位不准确导致的在同一平面多次搜索光源未取得成功的问题；c)提出了在同一个平面内通过多种方法进行位置调整仍然无法搜索到光源时，调整位置高度并重新进行另一平面内的位置调整的方法，解决了高度定位不准确的条件下，无人机无法寻找到可见光通信最佳位置点的问题。
58.本发明较之于现有技术具有以下有益效果：
59.(1)在现有技术没有办法精准定位，难以满足无人机可见光通信的通信距离要求的条件下，本发明有效协助无人机实现可见光通信，推进了可见光通信与现有gps技术、射频通信等技术的融合进程。
60.(2)本发明中的无人机搜索光源位置的路径简单快捷，具有反馈程序，根据不同使用场景自动调整搜索方案，使得搜索结果较高的准确性。
61.(3)本发明考虑了在水平坐标、垂直坐标定位不准确条件下采用多种位置调整技术进行光源搜索，提出了渐进式搜索的解决方案，全方位解决无人机因gps、气压计等定位不准确导致的光源位置搜索失败的问题。
62.(4)从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点如下：本发明具有装置简单、成本低的特点，提出的方法仅借助无人机自身的光电探测器来实现定位，无需额外添加其他通信设备。本发明选择的可见光通信最优位置点可以保证可见光通信过程中无人机的光电探测器获得较强的光信号，并在符合通信要求前提下具有较高的信噪比。本发明可用于市面上所有标准配置的无人机机型，即具有gps定位功能的无人机，不要求无人机需要具备有高精度的rtk定位功能或者是视觉定位功能这类应用较少的功能，对实现可见光通信的无人机功能没有很高的要求，较大程度拓宽了本发明可使用的场景。
63.(5)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白，解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：目前，光波是除了常用的微波信号、射频信号之外，用于通信的一种电磁波，具有保密性高、无电磁频谱污染、能耗低等优点。因此，可见光通信是继射频通信、光纤通信手段之外的一种辅助通信手段，特别适合用于无人机与信号光源之间的短距离空间通信。目前无人机与信号光源之间还没有一种妥善的办法实现基于可见光通信的数据传送，上述问题是人们渴望解决，但未能获得成功的技术难题。目前用于无人机定位
的常用方法，如基于图像识别的视觉定位、gps定位、rtk定位、超声波传感器以及气压计定位等等技术，存在定位精确度受天气影响、价格昂贵等缺点。现有无人机定位技术缺少一种简单、经济的方法协助无人机光电探测器与信号光源对准，解决无人机在定位不精确的条件下的坐标位置调整问题，从而实现可见光通信。本发明在无人机现有定位技术的基础上设计了无人机针对目标信号光源的动态位置调整技术，解决了无人机定位不精确条件下，在光源附近自动寻找最优通信位置的问题。
附图说明
64.为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
65.图1为本技术实施例提供的一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法的流程图。
66.图2为本技术实施例提供的一种基于等边三角形的位置调整方法的示意图。
67.图3为本技术实施例提供的一种基于等边四方形的位置调整方法的示意图。
68.图4为本技术实施例提供的一种基于等边五方形的位置调整方法的示意图。
69.图5为本技术实施例提供的一种基于等边六方形的位置调整方法的示意图。
70.图6为本技术实施例提供的一种基于圆形的位置调整方法的示意图。
71.图7为本技术实施例使用不同位置调整法可能存在的败案例的示意图。
72.图8为本技术实施例提供的一种无人机与可见光通信光源对准的操作流程示意图。
具体实施方式
73.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
74.针对现有技术中单纯依靠目前传统的定位方法，定位精度无法满足无人机可见光通信的需求，无人机的光电探测器难以对准信号光源，或者存在光电探测器与信号光源无法对准的风险，因此无法完成光信号的传输。
75.本发明在无人机原有定位技术的基础上设计了无人机针对目标信号光源的动态位置调整技术，可以解决无人机定位不精确条件下，实现无人机在光源附近自动寻找光源并对准光源正中心的功能。除光信号外，红外线信号、射频信号等都可以作为携带光源位置的发射信号。然而，红外线传输距离较短，射频信号作为发射信号存在功率高，能耗大的缺点，上述两种信号都需要额外设置收发器件。相比之下，直接利用现有信号光源以及无人机的光电探测器，可节约成本，实现低能耗位置调整。此外，本发明分析了提出的技术方案的使用场景、准确率，为无人机寻找光源过程中，实现位置坐标的快速、精确调整奠定了理论与技术基础。
76.如图1所示，本发明实施例提供一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，包括以下具体步骤：
77.步骤s1，光源通过内置的gps定位模块和气压计定高模块获取光源所在位置的水平坐标和高度坐标；无人机已知光源的坐标位置信息后，无人机使用gps定位功能到达该位置点后，无人机控制系统会通过负反馈的自动控制方式使无人机稳定在预设的坐标点上进行悬停。
78.步骤s2.1，当悬停的无人机在没有识别到光源发射的、携带光源身份信息的光信号时，或者识别到该光信号但光信号强度微弱时，光源的内置探测器感知到无人机在附近后，立即发送射频信号消息给无人机，告知无人机开启基于光源光强感知的动态位置调整技术方法进行光源的搜索。
79.步骤s2.2，光源开启并发出光信号，该光信号为调制后携带光源身份信息的光信号，并与周围其他杂散光的光波长有区分；该携带光源身份信息的光信号用于无人机和光源之间进行身份确认。
80.步骤s3，无人机携带的光电探测器开启光滤波模式以及基于光源光强感知的动态位置调整技术方法，对目标波长以外的光波长进行滤除，一旦无人机的光电探测器获取了光源发射的、携带光源身份信息的光信号，则可开启对光源身份验证模式，一旦验证成功则可开始传输消息光信号，实现可见光通信。
81.本实施例中的步骤s2中的光源的内置探测器为红外探测器或者射频探测器。步骤s3中的无人机基于光源光强感知的动态位置调整技术方法包括：基于等边三角形、等边四边形、等边五边形、等边六边形或者圆形的位置调整方法。
82.以下实施例是无人机基于光源光强探测的动态位置调整方法的技术细节。
83.如图2所示，本实施例中的基于等边三角形的位置调整方法包括：
84.步骤s31，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点pa为质心，设置边长为a米(0《a《m)的等边三角形a1，获取等边三角形a1的三个角的坐标，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中a的优选初始值可设置为3米，即稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；根据等边三角形a1的特性，该等边三角形a1的三个边长都和定位点保持米的距离，a值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，a值适当取大一点，以保证该等边三角形范围覆盖光源的光通信范围。
85.步骤s32，使用gps功能将无人机定位到等边三角形a1上的任意一个角的坐标点后，开启无人机光电探测器的探测功能，并使无人机沿等边三角形a1的其中一个边长飞行。
86.步骤s33，如果无人机沿着等边三角形a1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边三角形a1的三个边长的中点分别取三个坐标点作为等边三角形a2三个角的坐标。
87.步骤s34，无人机的飞行路径从等边三角形a1的某个边长的中点过渡到等边三角形a2，并沿着等边三角形a2持续飞行，如果无人机沿着等边三角形a2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边三角形a3，重复步骤s32～步骤s34。
88.基于等边三角形的位置调整方法还包括：
89.步骤s35，假设无人机在环绕等边三角形m飞行的过程中，到达等边三角形m的某个坐标点时，突然探测到微弱的目标光信号光强，则无人机继续沿着等边三角形m的该边飞
行，并根据设置的时间间隔s记录信号光光强p的变化，不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取。
90.步骤s36，当信号光光强p到达最大值p
m1
并开始逐渐递减时，无人机返回记录的信号光强最大值p
m1
对应的位置，并在该点作出一条垂直于等边三角形m边长的直线。
91.步骤s37，无人机沿着该直线的任意方向飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；当光强信号p开始变弱时，无人机则往反方向移动，通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，无人机在该直线范围内找到最强光强p
m2
对应的坐标点。
92.步骤s38，根据步骤s37找到某个水平面的光源光强最大值p
m2
对应的水平坐标点；在找到p
m2
对应的水平坐标点后，无人机以步骤s37的方法沿着垂直方向继续飞行，并根据设置的时间间隔s记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，无人机可往信号光光强p增加的方向飞行，直到在垂直方向上达到无人机避障模块限制的最高点位置坐标，并将该坐标位置的光强p
m3
定义为无人机可获取的最大光强值p
max
对应的坐标点，该坐标点即为无人机实现可见光通信需要悬停的坐标点。
93.本实施例中的基于等边三角形的位置调整方法还包括：
94.步骤s39，假设等边三角形的个数为k，在某平面范围内设置的三角形个数的阈值为q1和q2，其中q1＝1,2,3,
…
；q2＝1,2,3,
…
；q1小于q2；当设置的等边三角形个数k小于q1时，无人机在增加k的值后，不断缩小搜索范围，仍然没有感知到光源时，可以继续增加等边三角形个数k，再次缩小搜索范围，寻找可见光通信的最佳位置点；如果设置的等边三角形个数k大于q1并小于q2时，经过多次位置调整依旧无法探测到信号光源的光强，则改变a的数值，扩大或者缩小等边三角形a1的范围，重新开始步骤s31进行光源的搜索；当等边三角形个数k大于q2后依然没有找寻到该平面内的可见光通信的最佳位置点时，则调整无人机的目标位置pa的坐标点(xa,ya,za)中的垂直坐标za的位置，获得新的目标定位点pa，重新开始步骤s31进行光源的搜索。
95.本实施例中的基于等边三角形的位置调整方法还包括：
96.步骤s40，如果无人机在到达等边三角形a1后即刻检测到信号光源的光强，则使无人机沿等边三角形a1的其中一个边长飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取，以找到该平面最强光强p
m2
对应的坐标点。
97.如图3所示，本实施例中的基于等边四角形的位置调整方法包括：
98.步骤s41，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为b米(0《b《m)的等边四角形b1，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中b的优选初始值可设置为3米，即稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围，不同飞行条件下的b根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，b值适当取大一点，以保证该等边四角形b1范围覆盖光源的光通信范围。
99.步骤s42，使用gps功能将无人机定位到等边四角形b1上的任意一个坐标点后，使无人机沿等边四角形b1的其中一个边长飞行，同时，开启无人机光电探测器的探测功能。
100.步骤s43，如果无人机沿着等边四角形b1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边四角形b1的四个边长的中点分别取四个坐标点作为等边四角形b2四个角的坐标。
101.步骤s44，无人机的飞行路径从等边四角形b1的某个边长的中点过渡到等边四角形b2，并沿着等边四角形b2持续飞行，如果无人机沿着等边四角形b2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边四角形b3，重复步骤s42～步骤s44。
102.本实施例中基于等边四角形的位置调整方法找到光强最强点p
max
，还参考基于等边三角形的位置调整方法中的步骤s35至步骤s40，此处不再一一赘述。
103.如图4所示，本实施例中的基于等边五角形的位置调整方法包括：
104.步骤s51，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为c米(0《c《m)的等边五角形c1，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中c的优选初始值可设置为3米，即稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；c值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，c值适当取大一点，以保证该等边四角形c1范围覆盖光源的光通信范围。步骤s52，使用gps功能将无人机定位到等边五角形c1上的任意一个坐标点后，使无人机沿等边五角形c1的其中一个边长飞行，同时，开启无人机光电探测器的探测功能。
105.步骤s53，如果无人机沿着等边五角形p1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边五角形c1的四个边长的中点取五个坐标点作为等边五角形c2四个角的坐标。
106.步骤s54，无人机的飞行路径从等边五角形c1的某个边长的中点过渡到等边五角形c2，并沿着等边五角形c2持续飞行，如果无人机沿着等边五角形c2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边五角形c3，重复步骤s52～步骤s54。
107.本实施例中基于等边五角形的位置调整方法找到光强最强点p
max
，还参考基于等边三角形的位置调整方法中的步骤s35至步骤s40，此处不再一一赘述。
108.如图5所示，本实施例中的基于等边六角形的位置调整方法包括：
109.步骤s61，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为d米(0《d《m)的等边五角形d1，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中d的优选初始值可设置为3米，即稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；d值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，d值适当取大一点，以保证该等边六角形d1范围覆盖光源的光通信范围。
110.步骤s62，使用gps功能将无人机定位到等边六角形d1上的任意一个坐标点后，使无人机沿等边六角形d1的其中一个边长飞行，同时，开启无人机光电探测器的探测功能。
111.步骤s63，如果无人机沿着等边六角形d1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边六角形d1的四个边长的中点分别取六个坐标点作为等边六角形d2四个角的坐标。
112.步骤s64，无人机的飞行路径从等边六角形d1的某个边长的中点过渡到等边六角形d2，并沿着等边六角形d2持续飞行，如果无人机沿着等边六角形d2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边六角形d3，重复步骤s62～步骤s64。
113.本实施例中基于等边六角形的位置调整方法找到光强最强点p
max
，还参考基于等边三角形的位置调整方法中的步骤s35至步骤s40，此处不再一一赘述。
114.如图6所示，本实施例还提供一种基于圆形的位置调整方法包括：
115.步骤s71，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置半径为n米(0《n《m)的圆形o1，其中m设置为无人机在可控飞行范围内的一个合理值，如m＝10；本实施例中n的优选初始值可设置为1.5米，即圆的直径稍大于常规gps定位精度(2.5米)的距离，可大约覆盖由于gps定位误差导致的无人机位置变化的总体范围；使无人机从圆形o1上的任意一个点开始，沿着圆形o1飞行；无人机飞行过程中根据设置的时间间隔s记录信号光光强p，并将不同时间间隔s下光强p以及其坐标位置记录到存储器中，以便读取。
116.步骤s72，使用gps功能将无人机定位到圆形o1的任意一个坐标点后，使无人机沿着圆形o1飞行。
117.步骤s73，假设无人机在环绕圆形o1飞行的过程中，到达圆形o1的某个坐标点时突然达到光电探测器的阈值探测光强值，并探测到微弱的目标光信号光强，则无人机转为沿着圆形o1上该点的切向的前向方向继续飞行。
118.步骤s74，考虑到该点坐标应该为光源发射光信号覆盖的圆形区域和无人机环绕飞行的圆形o1的交点，则无人机在该交点做出的切向方向飞行时，继续设置时间间隔s并记录不同时间点对应的信号光光强p，将不同时间间隔s下光强p以及其坐标位置记录到存储器中，以便读取。
119.步骤s75，当信号光光强p到达最大值p
m1
并开始逐渐递减时，无人机返回记录的信号光强最大值p
m1
对应的位置，并在该点作出一条垂直于圆形o1切线的直线。
120.步骤s76，无人机沿着该直线的任意方向飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录不同时间点的信号光光强p；将不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；当光强信号p变弱时，无人机则往反方向移动，通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，直到在该直线上找到最强光强p
m2
对应的坐标点，则p
m2
的坐标位置为无人机在定位的平面上获取的最大光强点p
max
。
121.步骤s77，假设无人机在环绕圆形o1飞行的过程中，没有检测到任何信号光源的光强，则无人机缩小圆形o1的半径n设置圆形o2，并使无人机过渡到圆形o2的轨迹上；当无人机在沿着圆形o2飞行时，到达某个坐标点时突然探测到微弱的目标光信号光强，则无人机转为沿着该点的切向的前向方向行驶，后续操作重复步骤s72～步骤s76所述。
122.如图8所示，基于本发明提出的无人机沿设定坐标和轨迹运动的操作流程：
123.起飞前，无人机通过机身的接收机接收来自遥控器的射频信号，获得光源的位置，并通过无人机主控单元内置的程序计算得到用于可见光通信的目标位置pa的坐标点(xa,ya,za)的信息。通过无人机遥控器设置好飞行的速度和高度后，无人机开始自检，gps模块启动搜寻并连接附近卫星，同时记录此时无人机所在位置p0为起飞点。无人机以自身位置p0为起点，通过无人机主控内程序计算出飞行到目标航点pa的航线。同时，操作者通过遥控器选择不同的光源搜索方法，如基于等边三角形的位置调整方法，基于等边四角形的位置调整方法，基于等边五角形的位置调整方法等。一旦选定了光源搜索方法，如基于等边三角形的位置调整方法，无人机在到达目标位置pa的坐标点(xa,ya,za)后则按照指定的光源搜索方法进行路线规划，在此不再赘述。无人机在确保gps已经连接到足够数量的卫星的情况下,在收到遥控器的起飞指令后，无人机开始向目标航点飞行。
124.起飞后，无人机首先通过气压传感器得到自身高度信息，并通过主控内程序自动
控制电机加速转动，螺旋桨做功推动无人机上升到设定好的高度。飞行过程中，无人机主控开始发送指令到无人机的电子调速器，电子调速器驱动电机上的螺旋桨转动并做功，通过反作用力改变飞机机身朝向目标航点，并朝目标航点pa飞行。随后无人机主控开始实时刷新由gps模块得到的无人机的位置信息，同时与目标航点pa进行比对，通过主控内程序向电子调速器发送信号从而控制电机改变转速以实时调整飞行方向，确保向目标航点pa飞行。
125.待无人机到达目标航点pa后，会在该位置进行基于gps的定点悬停。当无人机机身上的与无人机主控相连的rfid信号读取器接收到来自位于光源上的rfid电子标签的信号后，确认自身位置在光源附近，同时向无人机主控发送确认到达信号。无人机主控则向连接光电探测器的继电器模块的信号输入端发送一个电平信号，随后继电器由常开变为闭合，光电探测器开始接收目标光信号。光电探测器将接收到的光强信息转化为数值，光强越强对应的数值越大。
126.无人机的光电探测器接收外界的目标光波的发光光强，并通过与无人机主控相连的串行通信接口将光强对应的数值发送至无人机主控，通过主控内的程序将接收到的数值与事先存储于程序内的最低光强阈值i
min
和最高光强阈值i
max
进行实时比对，持续时间可设置为m秒。如果m秒内接收到的信号光光强值大于事先存储的最低光强阈值i
min
，则无人机认为该点已经可以接收到目标光信号；如果m秒内接收到的光强值小于事先存储的最低光强阈值i
min
，则无人机认为该点还不能接收到信号光；如果m秒内接收到的信号光光强值大于事先存储的最高光强阈值i
max
，则无人机认为该点已经在该平面达到可见光通信的光强要求，并开启最佳高度坐标点搜寻模式；如果m秒内接收到的信号光光强值低于最高光强阈值i
max
，则无人机认为该点已经在该平面还没有达到可见光通信的光强要求，并基于设定好的光源搜索方法进行该平面最佳位置点搜索。
127.当无人机开始在pa点以设置好的位置调整法(如基于等边三角形的位置调整方法)进行位置调整，则在飞行过程中，无人机的光电探测器持续接收外界的目标光波的发光光强，并通过与无人机主控相连的串行通信接口将数值发送至无人机主控，通过主控内的程序将接收到的数值与事先存储于程序内的最低光强阈值i
min
和最高光强阈值i
max
进行实时比对。
128.在上述位置调整过程中，假设等边三角形的个数为k，在某平面范围内设置的三角形个数的阈值为q1和q2，其中q1＝1,2,3,
…
；q2＝1,2,3,
…
；q1小于q2。当设置的等边三角形个数k小于q1时，无人机在增加k的值后，不断缩小搜索范围，仍然没有感知到光源时，可以继续增加等边三角形个数k，再次缩小搜索范围，寻找可见光通信的最佳位置点。如果设置的等边三角形个数k大于q1并小于q2时，经过多次位置调整依旧无法探测到信号光源的光强，则改变a的数值，扩大或者缩小等边三角形a1的范围，重新开始步骤s31进行光源的搜索。当等边三角形个数k大于q2后依然没有找寻到该平面内的可见光通信的最佳位置点时，则调整无人机的目标位置pa的坐标点(xa,ya,za)中的垂直坐标za的位置，获得新的目标定位点pa，重新开始步骤s31进行光源的搜索。基于其他多边形或者圆形的位置调整方法与上述方法同理。
129.另外，无人机在沿着设定好的航线飞行的过程中，在遇到障碍物的情况下，有避障功能的无人机会选择调整路线，绕行并继续飞行；没有避障功能的无人机有可会发生意外，不能继续沿航线飞行。无避障功能的无人机应设定好飞行路线，并检查飞行环境，避免与障
碍物相撞。无人机是否能精确的沿着设定好的航线飞行，取决于gps的信号强度以及无人机的主控是否能对无人机实现精确的控制。
130.通过上述方法，直到无人机寻找到最佳通信位置坐标点后，则无人机默认为定点成功，并开始通过可见光通信的方式与光源进行信息传输。
131.当无人机运行轨迹涉及的等边三角形、或者多边形的非运行区域的范围覆盖了可感知到的光源发光光强的全部范围，导致无人机沿任何路径飞行都无法感知到光源时，无人机采用基于等边三角形的位置调整法，并改变等边三角形边长a进行不同范围的光源搜索，或者，将搜索方式改为基于的等边四边形、等边五边形、等边六边形的位置调整法进行搜索，增加搜索精细度。
132.当无人机垂直位置定位误差过大，无人机悬停在光源上方或者下方，无论通过何种方法都感测不到光源的存在时，无人机经过多次调整后仍然无法感知到光源位置，则在垂直位置上重新定位，再开展搜索；若由于天气原因仍然无法通过重新定位搜索到光源，则开启垂直位置的调整模式，设置垂直位置调整的步长f并改变垂直位置的定位坐标，进行尝试，如果垂直位置调整次数超过q3次仍然无法感知到光源，则重新定位，设置垂直位置调整的步长为-f，即垂直方向的向反方向进行移动。若通过上述方法，无人机沿着垂直高度坐标za下降的方向移动时，避障模块感测到光源位置并发出警报，但没有感知到高于最低光强阈值i
min
的光信号，则说明无人机处于光源上方，无人机应该根据该警报发出的位置重新调整垂直高度坐标za，使得无人机避开障碍，定位到光源下方。若通过上述方法，无人机沿在垂直方向移动时，避障模块感测到光源位置并发出警报，但没有感知到高于最低光强阈值i
min
的光信号，则说明无人机处于光源下侧方，无人机此时应该选择多边形或者圆形的位置调整方法对无人机的水平位置进行调整。
133.当无人机由于垂直位置定位产生误差，无人机悬停在和光源同一平面，导致无人机的水平避障模块设置的程序启动，但没有感知到高于最低光强阈值i
min
的光信号，无人机无法通过水平移动的方法靠近光源附近时，则可以对目标位置pa的坐标点(xa,ya,za)中的垂直坐标za进行向下方的微调，直到避障模块没有感知到光源位置，则将该垂直坐标za设定为新的目标垂直坐标。
134.在另一实施例中，无人机还可设置光电探测器的阈值光强为p0，当感知到的信号光光强p《p0时，则继续采用无人机的光源搜寻模式；当感知到的信号光光强p》p0时，则开启无人机信号传输模式。该阈值光强决定了无人机的悬停位置、搜寻光源的路径、以及本方法的准确度、实施时间长度等。
135.本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
136.以下为实验验证本方法的可行性的实施例：
137.在本实施例中，考虑光源与无人机的垂直距离已经符合可见光通信要求的情况下，无人机在某平面范围内搜索光源取得成功的概率。以基于等边三角形的位置调整方法为例，k为等边三角形设置的个数，本实施例默认能够在5次设置等边三角形的过程内(k≤5)找到光源的中心则是搜索成功；相反，在5次设置等边三角形的过程内没有找到光源的中心点则认为是搜索失败。搜索失败的主要原因为等边三角形覆盖区域设置不合理。若等边三角形覆盖范围相对光源覆盖范围过大，虽然无人机沿着等边三角形运行的轨迹范围已经包含了光源覆盖范围，然而，光源覆盖范围有可能处于设置的多个不同大小的等边三角形轨迹的中间部分，即无人机没有运行到光源覆盖范围内，从而出现搜索失败的现象；若等边三角形覆盖范围相对光源覆盖范围过小，光源覆盖范围有可能处于设置的等边三角形范围之外，则采用多次设置三角形的方法也无法成功感知到光源。上述寻找光源失败的案例如示意图7所示。表1中分别设置了搜索路径为等边三角形、等边四边形、等边五边形、等边六边形条件下不同边长的取值，以及搜索路径为圆形条件下的不同半径取值，统计了当飞行速度为0.02米每秒，光源随机分布、且保持与无人机误差距离小于多边形边长或者圆形半径范围内的条件下，光源覆盖半径g分别为0.2米以及0.5米时，在104次位置调整过程中采用本方法搜寻光源的成功率。
138.在表1的数据结果中，多边形边长以及圆形的半径取值简称x。在多组测试数据中，当x取0.5米以及g取0.5米时，采用基于等边三角形位置调整法、基于等边四边形位置调整法、基于等边五边形位置调整法、基于等边六边角形位置调整法等的成功率皆为100％。随着多边形边数的增加，无人机搜索的范围趋于圆形的条件下，光源搜寻成功率相对来说在逐步提高。对比不同x和g值对应的成功率，可发现，较高的光源搜索成功率对应最优的x与g值的设置，而并非一味增大x值或者g值。通过实施案例的结果可知，本方法在使用过程中结合垂直方向和水平方向的误差范围，合理设置光源搜索路径，尤其是将多边形边长或者圆形半径的取值与无人机的定位误差范围相关联，可以较大程度提高搜索成功率。
139.表1用不同位置调整法对应的光源搜寻成功率
140.[0141][0142]
表2中分别设置了搜索路径为等边三角形、等边四边形、等边五边形、等边六边形条件下不同边长的取值，以及搜索路径为圆形条件下的不同半径取值，取光源半径为0.5米，光源的平面坐标为(0,0)以及无人机定位点位于(0.5,0.5)，统计了当飞行速度为0.2米每秒，光源固定位置条件下，采用不同位置调整法找到光源所需耗费时间。
[0143]
表2的数据结果显示，随着x取值的增加，无人机搜索范围拓宽，所需要的搜索时间也急剧增加；对比基于等边三角形的位置调整方法和基于等边六边形的位置调整方法，可以明显看出，多边形的边长增加的条件下，搜索耗费时间呈较大程度提高。上述数据分析结果，可较好指导不同条件下无人机搜索光源的设置参数，为用户节省时间，提高搜索成功率。
[0144]
表2采用不同位置调整法时无人机耗费的搜寻时间对比
[0145][0146]
本发明的另一目的在于提供一种实施所述无人机在可见光通信中对准光源方法的无人机控制系统，用于实现上述实施例中的一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，所述系统包括：
[0147]
位置参数获取模块，用于无人机在空间范围内不同位置坐标参数的获取。
[0148]
存储模块，用于无人机在位置调整过程中的位置坐标点、对应时间点、对应的光生电流强度等参数的存储。
[0149]
定位模块，用于无人机在空间飞行的位置坐标计算、沿不同轨迹飞行的位置调整。
[0150]
悬停模块，用于无人机在确定的位置坐标上进行悬停，防止位置移动。
[0151]
避障模块，用于无人机在定位过程中与物体保持距离，防止碰撞。
[0152]
位置调控模块，用于无人机在飞行过程中经过的位置坐标点的计算以及驱动无人机按照设定的飞行轨迹、飞行速度进行位置调控。
[0153]
光传输模块，用于信号光源将光信号通过自由空间传输至无人机的光电探测器。
[0154]
光提取模块，用于无人机的光电探测器对收到的光信号进行信息提取和分析，信息传输至无人机的运算器进行光信号的计算。
[0155]
判断模块，用于通过不同位置坐标点的光功率变化趋势，判断无人机是否已经寻找到平面、空间的最佳通信位置坐标点。
[0156]
切换模块，用于无人机在光源搜索模式与通信模式之间进行模式切换。
[0157]
通过以上系统模块的协同工作，可以实现无人机在定位不准确的情况下以搜寻信号光源的光信号为手段，实现可见光通信最佳通信位置点的寻找。
[0158]
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于多色白光led发光光谱的无人机身份确认方法的步骤。
[0159]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行无人机的位置调整认方法的步骤。
[0160]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述无人机光电探测器与信号光源的信息处理和分析。
[0161]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内；本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

技术特征：
1.一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤s1，光源通过内置的gps定位模块和气压计定高模块获取光源所在位置的水平坐标和高度坐标；无人机已知光源的坐标位置信息后，使用gps定位功能到达该位置点，无人机控制系统通过负反馈的自动控制方式使无人机稳定在预设的坐标点上进行悬停；步骤s2.1，当悬停的无人机在没有识别到光源发射的、携带光源身份信息的光信号时，或者识别到该光信号但光信号强度微弱时，开启射频信号接收模式，光源的内置探测器感知到无人机在附近后，立即发送射频信号消息给无人机，告知无人机开启基于光源光强感知的动态位置调整技术方法进行光源的搜寻；步骤s2.2，光源开启并发出光信号，该光信号为调制后携带光源身份信息的光信号，并与周围其他杂散光的光波长有区分；该携带光源身份信息的光信号用于无人机和光源之间进行身份确认；步骤s3，无人机携带的光电探测器开启光滤波模式以及基于光源光强感知的动态位置调整技术方法，对目标波长以外的光波长进行滤除，一旦无人机的光电探测器获取了光源发射的、携带光源身份信息的光信号，则可开启对光源身份验证模式，一旦验证成功则可开始传输消息光信号，实现可见光通信。2.根据权利要求1所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，步骤s3中的无人机基于光源光强感知的动态位置调整技术方法包括：基于等边三角形、等边四边形、等边五边形、等边六边形或者圆形的位置调整方法。3.根据权利要求2所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，基于等边三角形的位置调整方法包括：步骤s31，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点p
a
为质心，在水平坐标对应的平面上设置边长为a米的等边三角形a1，获取等边三角形a1的三个角的坐标，则根据等边三角形a1的特性，该等边三角形a1的三个边长都和定位点保持√3a/6米的距离，a值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，a值适当取大一点，以保证该等边三角形范围覆盖光源的光通信范围；步骤s32，使用gps功能将无人机定位到等边三角形a1上的任意一个角的坐标点后，开启无人机光电探测器的探测功能，并使无人机沿等边三角形a1的其中一个边长飞行，飞行方向可为顺时针或者逆时针；步骤s33，如果无人机沿着等边三角形a1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边三角形a1的三个边长的中点分别取三个坐标点作为等边三角形a2三个角的坐标；步骤s34，无人机的飞行路径维持原飞行方向不变，并就近从等边三角形a1的某个边长的中点过渡到等边三角形a2，并沿着等边三角形a2持续飞行，如果无人机沿着等边三角形a2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边三角形a3，重复步骤s32～步骤s34。4.根据权利要求3所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，基于等边三角形的位置调整方法还包括：步骤s35，假设无人机在环绕等边三角形m飞行的过程中，到达等边三角形m的某个坐标点时，突然探测到微弱的目标光信号光强，则无人机继续沿着等边三角形m的该边飞行，并根据设置的时间间隔s记录信号光光强p的变化，不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标
位置记录到存储器中以便读取；步骤s36，当信号光光强p到达最大值p
m1
并开始逐渐递减时，无人机返回记录的信号光强最大值p
m1
对应的位置，并在该点作出一条垂直于等边三角形m边长的直线；步骤s37，无人机沿着该直线的任意方向飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；当光强信号p开始变弱时，无人机则往反方向移动，通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，无人机在该直线范围内找到最强光强p
m2
对应的坐标点；步骤s38，根据步骤s37找到某个水平面的光源光强最大值p
m2
对应的水平坐标点；在找到p
m2
对应的水平坐标点后，无人机离开上述平面，以步骤s37的方法沿着垂直方向寻找垂直位置上最佳通信坐标，并根据设置的时间间隔s记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，无人机可往信号光光强p增加的方向飞行，直到在垂直方向上达到无人机避障模块限制的最高点位置坐标，并将该坐标位置的光强p
m3
定义为无人机可获取的最大光强值p
max
对应的坐标点，该坐标点即为无人机在空间范围内实现可见光通信需要悬停的坐标点。5.根据权利要求4所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，基于等边三角形的位置调整方法还包括：步骤s39，假设设置的等边三角形的个数为k，设置两个三角形个数阈值，分别为q1和q2，其中q1＝1,2,3,
…
；q2＝1,2,3,
…
；q1小于q2；当设置的等边三角形个数k小于q1时，无人机在增加k的值后，不断缩小搜索范围，仍然没有感知到光源时，可以继续增加等边三角形个数k，再次缩小搜索范围，寻找该平面可见光通信的最佳位置点；如果设置的等边三角形个数k大于q1并小于q2时，经过多次位置调整依旧无法探测到信号光源的光强，则改变a的数值，扩大或者缩小等边三角形a1的范围，重新开始步骤s31进行光源的搜索；当等边三角形个数k大于q2后依然没有找寻到该平面内的可见光通信的最佳位置点时，则调整无人机的目标位置p
a
的坐标点(x
a
,y
a
,z
a
)中的z
a
的位置，获得新的目标定位点p
a
，重新开始步骤s31进行光源的搜索。6.根据权利要求3所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，基于等边三角形的位置调整方法还包括：步骤s40，如果无人机在到达等边三角形a1后即刻检测到信号光源的光强，则使无人机以顺时针或者逆时针的方向沿等边三角形a1的其中一个边长飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录信号光光强p；不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取，以找到该平面最强光强p
m2
对应的坐标点。7.根据权利要求2所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，基于等边四角形的位置调整方法包括：步骤s41，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为b米的等边四角形b1，b值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，b值适当取大一点，以保证该等边四角形b1范围覆盖光源的光通信范围；步骤s42，使用gps功能将无人机定位到等边四角形b1上的任意一个坐标点后，开启无人机光电探测器的探测功能，使无人机沿等边四角形b1的其中一个边长飞行，飞行方向可为顺时针或者逆时针；
步骤s43，如果无人机沿着等边四角形b1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边四角形b1的四个边长的中点分别取四个坐标点作为等边四角形b2四个角的坐标；步骤s44，无人机的飞行路径维持原飞行方向不变，并就近从等边四角形b1的某个边长的中点过渡到等边四角形b2，并沿着等边四角形b2持续飞行，如果无人机沿着等边四角形b2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边四角形b3，重复步骤s42～步骤s44。8.根据权利要求2所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，基于等边五角形的位置调整方法包括：步骤s51，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为c米的等边五角形c1，c值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，c值适当取大一点，以保证该等边四角形c1范围覆盖光源的光通信范围；步骤s52，使用gps功能将无人机定位到等边五角形c1上的任意一个坐标点后，使无人机沿等边五角形c1的其中一个边长飞行，同时，开启无人机光电探测器的探测功能；步骤s53，如果无人机沿着等边五角形p1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边五角形c1的四个边长的中点取五个坐标点作为等边五角形c2四个角的坐标；步骤s54，无人机的飞行路径从等边五角形c1的某个边长的中点过渡到等边五角形c2，并沿着等边五角形c2持续飞行，如果无人机沿着等边五角形c2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边五角形c3，重复步骤s52～步骤s54。9.根据权利要求2所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，基于等边六角形的位置调整方法包括：步骤s61，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置边长为d米的等边五角形d1，d值根据光源强度、无人机定位模块的定位精度来设置，如果该无人机的定位模块精度较低，d值适当取大一点，以保证该等边六角形d1范围覆盖光源的光通信范围；步骤s62，使用gps功能将无人机定位到等边六角形d1上的任意一个坐标点后，使无人机沿等边六角形d1的其中一个边长飞行，同时，开启无人机光电探测器的探测功能；步骤s63，如果无人机沿着等边六角形d1飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则在等边六角形d1的四个边长的中点分别取六个坐标点作为等边六角形d2四个角的坐标；步骤s64，无人机的飞行路径维持原飞行方向不变，并就近从等边六角形d1的某个边长的中点过渡到等边六角形d2，并沿着等边六角形d2持续飞行，如果无人机沿着等边六角形d2飞行一周后没有探测到信号光源的光强，则再以同样的方法设置等边六角形d3，重复步骤s62～步骤s64。10.根据权利要求2所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，基于圆形的位置调整方法包括：步骤s71，以步骤s1中的水平坐标和高度坐标的定位点为质心，设置半径为n米的圆形o1，并使无人机停留在圆形o1上的任意一个点，沿着圆形o1飞行；无人机飞行过程中根据设置的时间间隔s记录信号光光强p，并将不同时间间隔s下光强p以及其坐标位置记录到存储器中，以便读取；步骤s72，使用gps功能将无人机定位到圆形o1的任意一个坐标点后，使无人机沿着圆形o1飞行；
步骤s73，假设无人机在环绕圆形o1飞行的过程中，到达圆形o1的某个坐标点时突然达到光电探测器的阈值探测光强值，并探测到微弱的目标光信号光强，则无人机转为沿着圆形o1上该点的切向的前向方向继续飞行；步骤s74，考虑到该点坐标应该为光源发射光信号覆盖的圆形区域和无人机环绕飞行的圆形o1的轨迹交点，则无人机在该交点做出的切向方向飞行时，继续设置时间间隔s并记录不同时间点对应的信号光光强p，将不同时间间隔s下光强p以及其坐标位置记录到存储器中，以便读取；步骤s75，当无人机在圆形o1上某点的切向的前向方向飞行时，信号光光强p到达最大值p
m1
并开始逐渐递减时，无人机返回记录的信号光强最大值p
m1
对应的位置，并在该点作出一条垂直于圆形o1切线的直线；步骤s76，无人机沿着该直线的任意方向飞行，并在飞行过程中设置时间间隔s以及记录不同时间点的信号光光强p；将不同时间间隔s的信号光光强p以及其坐标位置记录到存储器中以便读取；当光强信号p变弱时，无人机则往反方向移动，通过对比不同时间间隔s记录的信号光光强p值，直到在该直线上找到最强光强p
m2
对应的坐标点，则p
m2
的坐标位置为无人机在定位的平面上获取的最大光强点p
max
；步骤s77，假设无人机在环绕圆形o1飞行的过程中，没有检测到任何信号光源的光强，则无人机缩小圆形o1的半径n设置圆形o2，并使无人机过渡到圆形o2的轨迹上；当无人机在沿着圆形o2飞行时，到达某个坐标点时突然探测到微弱的目标光信号光强，则无人机转为沿着该点的切向的前向方向行驶，后续操作重复步骤s72～步骤s76所述。11.根据权利要求1至10任一所述的所述的实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，其特征在于，步骤s3中的无人机基于光源光强感知的动态位置调整包括：当无人机运行轨迹涉及的等边三角形、或者多边形的非运行区域的轨迹在光源发光的整个范围之外，导致无人机沿任何路径飞行都无法感知到轨迹内部包含光源辐射范围时，无人机采用基于等边三角形的位置调整法，并改变等边三角形边长a进行不同范围的光源搜索，或者，将搜索方式改为基于的等边四边形、等边五边形、等边六边形的位置调整法进行搜索，增加搜索精细度；当无人机垂直位置定位误差过大，无人机悬停在光源上方，无论通过何种方法都感测不到光源的存在时，无人机经过多次调整后仍然无法感知到光源位置，则在垂直位置上重新定位，再开展搜索；设置垂直位置调整的步长f并改变垂直位置的定位坐标，进行尝试，如果垂直位置调整次数超过q3次仍然无法感知到光源，则重新在垂直方向定位，设置垂直位置调整的步长-f，即垂直方向的向反方向进行移动；若通过上述方法，无人机沿着某垂直方向移动时，避障模块感测到光源位置并发出警报，则无人机根据该运行方向，以及避障模块的感应距离，计算并调整无人机的初始定位坐标中的垂直坐标到避障模块刚刚产生警报的阈值感光位置，重新开启该平面范围内无人机的动态位置调整方法；当无人机由于垂直位置定位产生误差，无人机悬停在和光源同一平面，导致无人机水平避障模块设置的程序启动，无人机无法靠近光源附近时，无人机对初始定位坐标的垂直坐标进行向下位置的微调，即多次设置步长-f使得垂直坐标的数值大小不断减小，直到水平避障模块没有感知到光源位置，则将该垂直坐标设定为目标位置p
a
的坐标点(x
a
,y
a
,z
a
)中的z
a
并重新开启该平面范围内无人机的动态位置调整方法。

技术总结
本发明公开了一种实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，该方法为一种在无人机定位不准确，无法获取光源光信号的条件下实现无人机在可见光通信中对准光源的方法，本发明中无人机可对位置调整的路径进行选择，如可选择等边三角形、等边四边形、等边五边形、等边六边形、圆形等搜寻路径，并按照设定的程序探测光源发出的信号光强度，如果多次未搜寻到信号光时，扩大或者缩小位置调整路径的范围，或者调整目标位置的高度坐标点，以提高搜索光源的成功率；通过搜索路径范围的调整，无人机找到最佳通信位置坐标点后，则可开展可见光通信。采用上述方法可以协助无人机寻找与光源通信的最佳位置，具有简单快捷、精确、成功率高、成本低的优点。低的优点。低的优点。


技术研发人员：肖华 杨转英 易润华 梁清志 张一平
受保护的技术使用者：广东海洋大学
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/10/15