CN102955478B - 无人机飞行控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机飞行控制方法及系统，所述无人机飞行控制方法包括步骤：设定飞行路线，并在所述飞行路线上设定若干目标点；控制无人机依次通过所述目标点。本发明通过在飞行路线上设置若干目标点，相当于对飞行路线进行微分处理，从而将整个飞行路线拆分成若干个连续的小段航程，最终控制无人机依次通过所有的小段航程而完成整个导航任务，从而实现了对无人机的实时跟踪控制，减小了因测量或外界干扰而产生的误差，避免因误差而引起偏离飞行路线的偏差扩大，以使无人机最大限度的沿着飞行路线飞行，提高了无人机的跟踪控制性能及自动导航的安全性和可靠性。<!--1-->

Description

无人机飞行控制方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机飞行控制方法及系统。

背景技术

现有的无人机飞行控制方法，通常根据目的地预先设定飞行路线，然后控制无人机按照飞行路线飞行。然而由于飞行过程中存在卫星定位的误差以及风的干扰等环境因素引起的误差，往往导致无人机偏离预设的飞行路线。而在整个飞行路线中，无人机的目标点仅有一个也就是目的地，其作为唯一的参考点且离无人机较远，无人机根据该参考点无法精确的调整姿态坐标，因此不能实时纠正偏离飞行路线的无人机，从而影响到无人机导航的安全性和可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无人机飞行控制方法及系统，旨在提高无人机自动导航的安全性和可靠性。

为达以上目的，本发明提出一种无人机飞行控制方法，包括步骤：

设定飞行路线，并在所述飞行路线上设定若干目标点；

控制无人机依次通过所述目标点。

优选地，所述控制无人机依次通过所述目标点的步骤具体为：

实时检测无人机的姿态坐标；

根据下一目标点的位置坐标实时调整所述姿态坐标以控制无人机到达所述下一目标点；

控制无人机依次通过所有目标点。

优选地，所述姿态坐标包括经度、纬度、高度和偏转角。

优选地，所述实时检测无人机的姿态坐标的步骤之后还包括：

实时调整所述姿态坐标以控制无人机跟踪拍摄。

优选地，所述控制无人机依次通过所述目标点的步骤的同时还包括：

实时监测无人机的异常状态，并在监测到异常状态后采取相应的保护措施。

优选地，所述实时监测无人机的异常状态，并在监测到异常状态后采取相应的保护措施的步骤具体为：

当异常状态为任务异常中断、待命延时或通信异常时，则采取控制无人机自动返航的保护措施；

当异常状态为定位异常或电压二级异常时，则采取控制无人机安全降落的保护措施；

当异常状态为电压一级异常或温度异常时，则采取控制无人机向地面控制站征询命令的保护措施。

本发明同时提出一种无人机飞行控制系统，包括飞行控制计算机，其用于设定飞行路线，并在所述飞行路线上设定若干目标点，并控制无人机依次通过所述目标点。

优选地，还包括姿态坐标定位系统，其用于实时检测无人机的姿态坐标；所述飞行控制计算机还用于接收所述姿态坐标，并根据下一目标点的位置坐标实时调整所述姿态坐标，以控制无人机到达所述下一目标点。

优选地，所述姿态坐标定位系统包括：

GPS模块，用于检测无人机的经度和纬度；

传感器模块，用于检测无人机的高度；

指南针模块，用于检测无人机的偏转角。

优选地，所述飞行控制计算机还用于实时调整所述姿态坐标以控制无人机跟踪拍摄。

优选地，所述无人机飞行控制系统还包括失控保护系统，其用于实时监测无人机的异常状态，并在监测到异常状态后采取相应的保护措施。

优选地，所述异常状态包括：任务异常中断、待命延时、通信异常、定位异常、电压异常和温度异常。

优选地，所述保护措施包括：控制无人机自动返航、安全降落和向地面控制站征询命令。

本发明所提供的一种无人机飞行控制方法，通过在预先设定的飞行路线上设定若干目标点，相当于对飞行路线进行微分处理，从而将整个飞行路线拆分成若干个连续的小段航程，并控制无人机完成每一小段航程，最终控制无人机依次通过所有的小段航程而完成整个导航任务，从而实现了对无人机的实时跟踪控制，减小了因测量或外界干扰而产生的误差，避免因误差而引起偏离飞行路线的偏差扩大，以使无人机最大限度的沿着飞行路线飞行，提高了无人机的跟踪控制性能及自动导航的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的无人机飞行控制系统一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1中姿态坐标定位系统的结构示意图；

图3是图1中失控保护系统的结构示意图；

图4是本发明的无人机飞行控制方法第一实施例的流程图；

图5是本发明的无人机飞行控制方法第一实施例的另一流程图；

图6是本发明的无人机飞行控制方法第二实施例的流程图；

图7是本发明的无人机飞行控制方法第二实施例的另一流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，提出本发明的无人机飞行控制系统一较佳实施例，所述无人机飞行控制系统100包括：

飞行控制计算机110，其根据目的地或者跟踪的目标，预先设定飞行路线，再于飞行路线上设定若干目标点，目标点的个数根据实际需要或飞行路线的距离而定，然后控制无人机通过所有的目标点，最终到达目的地或者跟踪目标。

姿态坐标定位系统120，其实时检测无人机当前的姿态坐标，并将该姿态坐标传送给飞行控制计算机110。作为优选方式，本实施例的姿态坐标定位系统120，除了能检测无人机所在位置的经度、纬度和高度坐标外，还能检测无人机的偏转角。结合参见图2，所述姿态坐标定位系统120包括GPS模块121、传感器模块122和指南针模块123，其中GPS模块121可以检测无人机的经度和纬度；传感器模块122包括一气压计，并通过该气压计检测气压变化来计算无人机的高度；指南针模块123可以检测无人机的偏转角。当然，GPS模块121也可以内置传感器，从而可以检测无人机的经度、纬度和高度。通过以上模块，姿态坐标定位系统120得以实时检测无人机的经度、纬度、高度和偏转角四维姿态坐标，从而实现对无人机的姿态坐标定位。

飞行控制计算机110接收所述姿态坐标后，根据下一目标点的位置坐标实时调整所述姿态坐标，以控制无人机准确的到达所述下一目标点，依此类推，最终通过所有目标点，实现严格按照飞行路线到达目的地。本实施例通过在飞行路线上设置若干目标点，相当于对飞行路线进行微分处理，从而将整个飞行路线拆分成若干个连续的小段航程，并控制无人机完成每一小段航程，最终依次通过所有的小段航程而完成整个导航任务。因而飞行路线上的目标点越多，每一小段航程就越短，飞行控制计算机110对无人机的控制就越精确，无人机就越难以偏离飞行路线。

例如，A点到B点的直线距离为6000m，最佳飞行路线也就是从A到B的直线飞行，但实际上因测量误差或环境影响常常有所偏差。有鉴于此，本实施例在所述飞行路线上设定100个目标点（不含A点，包含B点），相当于将所述100m的飞行路线平均分割为100等分，即100个60m长的小段航程，若飞完整个航程需要100S，无人机就每1S飞行60m并到达一个目标点，最终通过飞行路线上的所有目标点而到达B点。在此过程中，姿态坐标定位系统120实时检测无人机当前的姿态坐标，飞行控制计算机110根据下一个目标的位置坐标来实时调整无人机当前的姿态坐标，从而准确的到达下一目标点，使得无人机每1S都处于可控状态下，减小了因测量或外界干扰而产生的误差，从而最大限度的保证无人机沿着飞行路线飞行而不偏离该飞行路线。因而提高了无人机的跟踪控制性能及自动导航的安全性和可靠性。

同时，由于本实施例的姿态坐标引入了偏转角，结合经度、纬度和高度形成了四维姿态坐标，使得飞行控制计算机110对无人机的位置控制更加精确，进一步提高了无人机自动导航的安全性和可靠性。此外，无人机在进行航拍或者其他拍摄任务时，飞行控制计算机110还可以实时调整无人机的四维姿态坐标特别是偏转角以控制无人机跟踪拍摄。

进一步地，结合参见图3，本实施例的无人机飞行控制系统100还包括一失控保护系统130，其可以实时监测无人机的异常状态，并在监测到异常状态后采取相应的保护措施。而失控保护系统130包括实时监测模块131和应急处理模块132，其中实时监测模块131可以实时监测无人机的异常状态并传送异常信号；应急处理模块132可以接收所述异常信号并采取相应的保护措施。

无人机在自动导航或执行任务时，通常会出现以下异常状态：任务异常中断、待命延时、通信异常、定位异常、电压异常和温度异常等等。当失控保护系统130监测到以上任一项异常状态时，可以做出控制无人机自动返航、安全降落或向地面控制站征询命令等任一项保护措施。具体来说，有以下几种保护模式：

失控保护模式1：任务异常中断

在遥控器操控的情况下，遥控器发出的控制信号不是操作员操作摇杆产生的信号，而无人机能解析到该信号并按照错误的姿态飞行，操作员发现无人机不受控的情况下关闭相关操作程序，此时失控保护系统130的实时监测模块131监测到任务异常中断并传送异常信号，失控保护系统130的应急处理模块132接收到异常信号后启动失控保护模式，保护无人机自动返航到起飞点。失控保护模式2：任务异常中断

在遥控器操控的情况下，操作员飞行技术还不熟练，导致无人机即将要炸机，操作员迅速关闭相关操作程序，此时失控保护系统130的实时监测模块131监测到任务异常中断并传送异常信号，失控保护系统130的应急处理模块132接收到异常信号后启动失控保护模式，保护无人机自动返航到起飞点。

失控保护模式3：通信异常

在遥控器操控的情况下，遥控信号被干扰或者飞行器飞出遥控的范围，此时失控保护系统130的实时监测模块131监测到通信异常并传送异常信号，失控保护系统130的应急处理模块132接收到异常信号后启动失控保护模式，保护无人机自动返航到起飞点。

失控保护模式4：定位异常

无人机在自动飞行情况下，姿态坐标定位系统120的GPS模块121无法收到卫星而导致无法定位，超过一定时间后，失控保护系统130的实时监测模块131监测到定位异常并传送异常信号，失控保护系统130的应急处理模块132接收到异常信号后启动失控保护模式，保护无人机自动缓慢的安全降落。

失控保护模式5：待命延时

无人机按照航点设置飞行到最后一个航点，无人机反馈信号给飞行控制计算机110，旋停并等待下一命令，一段时间内收不到命令信号，失控保护系统130的实时监测模块131监测到待命延时并传送异常信号，失控保护系统130的应急处理模块132接收到异常信号后启动失控保护模式，保护无人机则自动返航到起飞点。

失控保护模式6：电压异常

电压分二级保护，当进入第一级保护，失控保护系统130的实时监测模块131监测到电压为一级异常并传送异常信号，失控保护系统130的应急处理模块132接收到异常信号后启动失控保护模式，保护无人机旋停并通知地面控制站，询问是返航还是继续按原航线飞行；当进入第二级保护，失控保护系统130的实时监测模块131监测到电压为二级异常并传送异常信号，失控保护系统130的应急处理模块132接收到异常信号后启动失控保护模式，保护无人机自动缓慢的安全降落。

失控保护模式7：温度异常

当无人机内部温度异常，失控保护系统130的实时监测模块131监测到温度异常并传送异常信号，失控保护系统130的应急处理模块132接收到异常信号后启动失控保护模式，通知地面控制站，并询问是返航还是立即降落。

可见，本实施例的无人机飞行控制系统，在无人机发生异常状况时，能够采取相应的保护措施保护无人机的安全，进一步提高了无人机在自动导航或执行任务时的安全性和可靠性。

参见图4、图5，提出本发明的无人机飞行控制方法第一实施例，所述无人机飞行控制方法包括：

步骤S100、设定飞行路线，并在所述飞行路线上设定若干目标点。

本步骤S100中，根据目的地或者跟踪目标，预先设定飞行路线，再于飞行路线上设定若干目标点，所述目标点的具体数量根据实际需要或飞行路线的距离确定。

步骤S200、控制无人机依次通过所述目标点。

本步骤S200具体为：

步骤S201、实时检测无人机的姿态坐标。

姿态坐标通常包括经度、纬度和高度，作为优选方式，本实施例引入了偏转角，即实时检测无人机当前的经度、纬度、高度和偏转角四维姿态坐标，从而实现对无人机四维姿态坐标定位。

步骤S202、根据下一目标点的位置坐标实时调整所述姿态坐标以控制无人机到达所述下一目标点。

由于环境因素的影响，无人机在飞行过程中通常会偏离预设的飞行路线，本步骤S202中，以下一目标点的位置作为参考点，实时调整姿态坐标以使无人机准确到达所述下一目标点，从而纠正无人机回到飞行路线。

步骤S203、控制无人机依次通过所有目标点。

从而实现无人机严格按照飞行路线飞行而到达目的地。本实施例通过在飞行路线上设置若干目标点，相当于对飞行路线进行微分处理，从而将整个飞行路线拆分成若干个连续的小段航程，并控制无人机完成每一小段航程，最终依次通过所有的小段航程而完成整个导航任务。因而飞行路线上的目标点越多，每一小段航程就越短，对无人机的控制就越精确，无人机就越难以偏离飞行路线。

例如，A点到B点的直线距离为6000m，最佳飞行路线也就是从A到B的直线飞行，但实际上因测量误差或环境影响常常会偏离航线。有鉴于此，本实施例在所述飞行路线上设定100个目标点（不含A点，包含B点），相当于将所述6000m的飞行路线平均分割为100等分，即100个60m长的小段航程，若飞完整个航程需要100S，无人机就每1S飞行60m并到达一个目标点，最终通过飞行路线上的所有目标点而到达B点。在此过程中，实时检测无人机当前的姿态坐标，根据下一个目标的位置坐标来实时调整无人机当前的姿态坐标，从而准确的到达下一目标点，使得无人机每1S都处于可控状态下，减小了因测量或外界干扰而产生的误差，从而最大限度的保证无人机沿着飞行路线飞行而不偏离该飞行路线。因而提高了无人机的跟踪控制性能及自动导航的安全性和可靠性。

同时，由于本实施例的姿态坐标引入了偏转角，结合经度、纬度和高度形成了四维姿态坐标，对无人机的位置控制更加精确，进一步提高了无人机自动导航的安全性和可靠性。而且，无人机在进行航拍或者其他拍摄任务时，还可以通过实时检测无人机的四维姿态坐标后，对该四维姿态坐标进行实时调整，特别是调整偏转角以控制无人机跟踪拍摄。

进一步地，参见图6、图7所示的本发明的无人机飞行控制方法的第二实施例，本实施例与上述实施例的区别是增加了以下步骤：

步骤S300、实时监测无人机的异常状态，并在监测到异常状态后采取相应的保护措施，该步骤具体为：

步骤S301、实时监测无人机的异常状态。

本步骤S301中，无人机的异常状态通常包括任务异常中断、待命延时、通信异常、定位异常、电压异常和温度异常等。

步骤S302、当异常状态为任务异常中断、待命延时或通信异常时，则采取控制无人机自动返航的保护措施。

步骤S303、当异常状态为定位异常或电压二级异常时，则采取控制无人机安全降落的保护措施。

步骤S304、当异常状态为电压一级异常或温度异常时，则采取控制无人机向地面控制站征询命令的保护措施。

步骤S301～S304所述保护措施的具体保护模式已在上述无人机飞行控制系统的实施例中详细描述，在此不再赘述。

据此，本实施例的无人机不但在自动导航时能够严格沿着预设飞行路线飞行，还能在航拍时跟踪拍摄，同时在自动导航或执行任务过程中出现异常状况时，还能采取相应的保护措施保护无人机，从而进一步提高了无人机的安全性和可靠性。

应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机飞行控制方法，其特征在于，包括步骤：

设定飞行路线，并在所述飞行路线上设定若干目标点；

控制无人机依次通过所述目标点；

通过所述目标点时实时监测无人机的异常状态，并在监测到异常状态后采取相应的保护措施，所述保护措施的步骤具体为：

当异常状态为任务异常中断、待命延时或通信异常时，则采取控制无人机自动返航的保护措施；

当异常状态为定位异常或电压二级异常时，则采取控制无人机安全降落的保护措施；

当异常状态为电压一级异常或温度异常时，则采取控制无人机向地面控制站征询命令的保护措施。

2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述控制无人机依次通过所述目标点时还包括：

实时检测无人机的姿态坐标；

根据下一目标点的位置坐标实时调整所述姿态坐标以控制无人机到达所述下一目标点；

控制无人机依次通过所有目标点。

3.根据权利要求2所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述姿态坐标包括经度、纬度、高度和偏转角。

4.根据权利要求3所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述实时检测无人机的姿态坐标的步骤之后还包括：

实时调整所述姿态坐标以控制无人机跟踪拍摄。

5.一种无人机飞行控制系统，其特征在于，包括飞行控制计算机，其用于设定飞行路线，并在所述飞行路线上设定若干目标点，并控制无人机依次通过所述目标点；

所述无人机飞行控制系统还包括失控保护系统，其用于实时监测无人机的异常状态，并在监测到异常状态后采取相应的保护措施；所述失控保护系统用于当异常状态为任务异常中断、待命延时或通信异常时，控制无人机自动返航的保护措施；及/或

当异常状态为定位异常或电压二级异常时，控制无人机安全降落的保护措施；及/或

当异常状态为电压一级异常或温度异常时，控制无人机向地面控制站征询命令的保护措施。

6.根据权利要求5所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括姿态坐标定位系统，其用于实时检测无人机的姿态坐标；所述飞行控制计算机还用于接收所述姿态坐标，并根据下一目标点的位置坐标实时调整所述姿态坐标，以控制无人机到达所述下一目标点。

7.根据权利要求6所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述姿态坐标定位系统包括：

GPS模块，用于检测无人机的经度和纬度；

传感器模块，用于检测无人机的高度；

指南针模块，用于检测无人机的偏转角。

8.根据权利要求7所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述飞行控制计算机还用于实时调整所述姿态坐标以控制无人机跟踪拍摄。

9.根据权利要求5所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述异常状态包括：任务异常中断、待命延时、通信异常、定位异常、电压异常和温度异常。

10.根据权利要求5所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述保护措施包括：控制无人机自动返航、安全降落和向地面控制站征询命令。