CN101493699B - 一种空中无人机超视距遥控方法 - Google Patents

一种空中无人机超视距遥控方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种空中无人机超视距遥控方法，其主要步骤为：A、根据无人机回传数据在电子地图窗口中显示无人机飞行航迹；B、根据无人机回传数据在虚拟仪表窗口中为虚拟仪表赋值动态显示当前无人机飞行姿态及位置信息；C、根据无人机回传的遥测数据和图像视频数据在姿态重构窗口中进行无人机模型与图像视频融合。该控制方法中将虚拟的无人机模型融合到当前无人机传回的图像视频中，直接反应了当前无人机飞行状态的同时，也给出了无人机当前所处的环境及任务状态。能够实时的反应当前无人机位置姿态信息，在控制过程中，能够直接通过无人机模型当前的状态实现对无人机的位置姿态的调节。

Description

一种空中无人机超视距遥控方法
技术领域
本发明是一种空中无人机超视距遥控方法，属于自动控制技术领域。
背景技术
空中无人机的研究和发展正在全世界范围内掀起高潮。一个重要的原因是无人机在气象观测、灾情现场探测、地球资源勘探和森林防火等领域的广泛应用。无人机的遥控方式主要分为手动遥控、超视距遥控和半自主/自主控制。超视距遥控是指地面操作人员根据无人机传送回来的云台拍摄图像和飞行姿态信号操控无人机。
当前对无人机的控制方式近距离低空的情况下主要应用的是手动遥控方式，这种方式对操作着的操作技术要求较高，且对操作者视力要求高，但通常距离在100～200米之间。严重的限制了无人机的功能。而远距离高空的飞行情况下，主要应用的是自动控制方式，但这种控制的精度还不高，控制效果不好，且对飞行控制系统的要求高设计制造复杂，因此迫切的需要一种能够实现超视距情况下遥控无人机的控制方法。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在不足而设计提供了一种空中无人机超视距遥控方法，其目的是使操作者的视觉范围之外，依然可以根据无人机传回的数字信息和图像数据判断无人机的飞行状态，既可以克服传统手动控制中对操作者视觉的要求，同时还能够满足一定的控制精度要求，并由此完成对无人机姿态、位置的控制，使无人机控制系统具有更高的灵活性
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种空中无人机超视距遥控方法，其特征在于：该方法的的步骤为：
(1)将无人机所采集遥测数据及图像视频数据传输回地面控制系统；
(2)地面控制系统按照相应协议对该数据进行解析处理；
(3)系统动态显示当前无人机飞行航迹、位置及姿态信息、重构无人机模型并显示当前无人机姿态信息。进行无人机模型与图像视频的融合，
其步骤是：
A、根据无人机回传数据在电子地图窗口中显示无人机飞行航迹；
B、根据无人机回传数据在虚拟仪表窗口中为虚拟仪表赋值动态显示当前无人机飞行姿态及位置信息；
C、根据无人机回传的遥测数据和图像视频数据在姿态重构窗口中进行无人机模型与图像视频融合；
①在VC处理平台无人机模型姿态重构窗口中完成对OpenGL软件接口的初始化，即设置视口、视点、灯光等参数，建立OpenGL窗口。
②将创建的3DS格式的无人机三维模型分别以主旋翼、机体和尾翼的形式导入无人机模型姿态重构窗口。调节模型位置，重构无人机模型。
③应用OpenGL方法读取缓冲区中图像视频信号，应用glDrawPixels()函数绘制OpenGL窗口背景。
④调节导入无人机模型分别绕OpenGL窗口中坐标系各坐标轴的旋转角度重构无人机的俯仰角、滚转角、和航向角。实现无人机姿态重构。
⑤渲染场景实现无人机模型与图像视频的融合，完成当前无人机模型与图像背景的显示。
⑥定时刷新姿态重构窗口，动态重构无人机在当前飞行环境中的姿态。
⑦程序退出，释放OpenGL资源。
(4)操作者根据步骤3中电子地图中无人机当前航迹显示、虚拟仪表的姿态信息以及无人机姿态重构窗口中当前飞行状态和现场图像视频，操控地面控制系统产生控制命令，由数字传输模块发送至无人机系统实现超视距遥控。
该控制方法中将虚拟的无人机模型融合到当前无人机传回的图像视频中，直接反应了当前无人机飞行状态的同时，也给出了无人机当前所处的环境及任务状态。
附图说明
图1为本发明技术方案中超视距遥控系统
图2为本发明技术方案控制方法的软件流程图
图3为本发明技术方案中无人机模型姿态重构的软件流程图
图4为本发明技术方案中图像视频融合的软件流程图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步地说明：
参见附图1所示，超视距遥控系统工作流程。无人机机载传感器和云台摄像机分别将当前无人机飞行状态信息和采集的图像视频信息发送至及无人机系统机载处理模块，通过机载处理模块形成特定数据祯，由无人机数据传输模块将控制命令及遥测数据通过数据接口传回地面控制站系统中工业控制计算机，同时通过无人机图象传输模块将任务云台摄像机拍摄的现场图象数据传回地面控制站，经图象采集卡将图象数据存储在工业控制计算机中。系统控制软件对该数据进行处理，重构当前无人机飞行状态，操作者根据操作界面中所重构的无人机工作状态和飞行航迹等信息操作遥控平台及系统控制软件产生控制命令，由数传模块传回无人机飞行控制系统，实现对无人机的超视距遥控。
参见附图2～4所示，该系统该种空中无人机超视距遥控方法，其特征在于：该方法的的步骤为：
(1)将无人机所采集遥测数据及图像视频数据传输回地面控制系统1；即无人机空中模块记录当前飞行系统中各传感器数据，并根据协议形成数据帧回传，图像的采集是通过安装在无人机飞行任务平台上的任务摄像机完成的，采集完成传回地面控制站，两路数据是分别通过数字传输模块和图像传输模块完成的；
(2)地面控制系统按照相应协议对回传数据进行解析处理2。地面控制站系统接收到无人机传回的遥测数据，按照协议解析数据帧含义，提取无人机当前飞行状态信息。地面站系统接收到图像传输模块传回的图像视频信息经连接到工业控制计算机上的图像采集卡存储到内存缓冲区中；
(3)系统动态显示当前无人机飞行航迹、位置及姿态信息、重构无人机模型并显示当前无人机姿态信息。进行无人机模型与图像视频的融合3；
其实现方法是：
A、根据无人机回传数据在电子地图窗口中显示无人机飞行航迹。在本方法的实现平台上，飞行航迹的显示是基于MapX控件实现该功能的；
B、根据无人机回传数据在虚拟仪表窗口中为虚拟仪表赋值动态显示当前无人机飞行姿态及位置信息。虚拟仪表动态显示当前无人机飞行速度、飞行姿态、飞行航向、飞行高度、油箱状态和当前航线、航点编号等；
C、根据无人机回传的遥测数据和图像视频数据在姿态重构窗口中进行无人机模型与图像视频融合；
①在VC处理平台无人机模型姿态重构窗口中完成对OpenGL软件接口的初始化13，即设置视口、视点、灯光等参数，建立OpenGL窗口。
②创建场景导入三维无人机模型14。在导入模型前，应用3DS MAX软件创建无人机模型6，在创建的过程中将无人机模型分为主旋翼、机体和尾翼三部分分别创建以在调入之后能够重构无人机模型飞行的动态效果。模型建立之后应用3D Exploration软件将创建的无人机模型的主旋翼、机体和尾翼分别转换为.cpp格式7，然后将该文件另存为.h格式8，这种转换将三维模型的显示列表、纹理等信息存储到OpenGL能够读取的文件中，实现模型与OpenGL环境的结合。调用OpenGL环境Gen3DobjectList()函数读取该模型的显示列表9，通过glCallList()函数调用9中得到的显示列表10，即可实现三维模型的导入。通过OpenGl图形接口中平移、旋转和缩放等变换11，调整无人机主旋翼、机体和尾翼的相对位置，重构无人机模型。最后渲染场景12，将无人机模型显示在当前OpenGL窗口中。
③应用OpenGL方法读取缓冲区中图像视频信号，应用glDrawPixels()函数绘制OpenGL窗口背景15，无人机任务云台摄像机采集现场图像之后经图像传输模块传回地面控制站系统，与工业控制计算机相连的图像采集卡采集其中图像数据，并将其存放在系统设定缓冲区中。
④调节导入无人机模型分别绕OpenGL窗口中坐标系各坐标轴的旋转角度重构无人机的俯仰角、滚转角、和航向角16。将围绕坐标轴旋转角度值是分别对应于通过解析数字传输模块传回遥测数据得到的俯仰角、滚转角和航向角，重构当前无人机的飞行姿态。
⑤渲染场景实现无人机模型与图像视频的融合17，该步完成当前无人机模型与图像背景的显示。完成反应该时刻无人机姿态与现成图像的场景融合显示。
⑥定时刷新OpenGL窗口18，动态实现无人机在当前飞行环境中的姿态重构以及与图像视频的动态融合；
⑦程序结束，释放OpenGL资源19。
(4)操作者根据步骤3中无人机的当前航迹显示、当前虚拟仪表的指示值以及当前姿态重构窗口中无人机当前飞行姿态及现场图像视频，操控地面控制系统产生控制命令4，由数字传输模块发送至无人机系统实现超视距遥控5。
与现有技术相比，本发明的优点在于，能够实时的反应当前无人机位置姿态信息，在控制过程中，能够直接通过无人机模型当前的状态实现对无人机的位置姿态的调节。通过视频图像与无人机模型融合的方式将当前无人机模型融合进现场环境中，使操作者更直观的观察当前飞行状态，合理规划航行线路和云台任务，大大增加无人机的遥控距离，且具有较高可靠性。由于本方法是基于OpenGL窗口环境中无人机的姿态及虚拟仪表显示结果来控制无人机的飞行的，因此传输距离不再受到操作者视距的影响，即可以实现超视距遥控。

Claims (1)

1.一种空中无人机超视距遥控方法，其特征在于：该方法的的步骤为：
(1)将无人机所采集遥测数据及图像视频数据传输回地面控制系统；
(2)地面控制系统按照相应协议对遥测数据及图像视频数据进行解析处理；
(3)地面控制系统动态显示当前无人机飞行航迹、位置及姿态信息、重构无人机三维模型并显示当前无人机姿态信息，进行无人机三维模型与图像视频的融合，其步骤是：
A、根据无人机回传的遥测数据及图像视频数据在电子地图窗口中显示无人机飞行航迹；
B、根据无人机回传的遥测数据及图像视频数据在虚拟仪表窗口中为虚拟仪表赋值动态显示当前无人机飞行姿态及位置信息；
C、根据无人机回传的遥测数据和图像视频数据在姿态重构窗口中进行无人机三维模型与图像视频融合；
①在VC处理平台无人机三维模型姿态重构窗口中完成对OpenGL软件接口的初始化，即设置视口、视点、灯光，建立OpenGL窗口；
②将创建的3DS格式的无人机三维模型分别以主旋翼、机体和尾翼的形式导入无人机三维模型姿态重构窗口，调节无人机三维模型位置，重构无人机三维模型；
③应用OpenGL方法读取缓冲区中图像视频信号，应用glDrawPixels()函数绘制OpenGL窗口背景；
④调节导入无人机三维模型分别绕OpenGL窗口中坐标系各坐标轴的旋转角度重构无人机的俯仰角、滚转角、和航向角，实现无人机三维模型重构；
⑤渲染场景实现无人机三维模型与图像视频的融合，完成当前无人机三维模型与图像背景的显示；
⑥定时刷新姿态重构窗口，动态重构无人机在当前飞行环境中的姿态；
⑦程序退出，释放OpenGL资源； 
(4)操作者根据步骤(3)中电子地图中无人机当前航迹显示、虚拟仪表的姿态信息以及无人机三维模型重构窗口中当前飞行状态和现场图像视频，操控地面控制系统产生控制命令，由数字传输模块发送至无人机系统实现超视距遥控。 
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