CN104965522A - 基于gps的多旋翼无人机自动跟踪系统 - Google Patents

Abstract

一种基于GPS的多旋翼无人机自动跟踪系统，其特征是：包括多旋翼飞行控制器和分别与该控制器连接的GPS定位模块、无线传输模块，多旋翼飞行控制器的输出端与多旋翼无人机输入端连接，无线传输模块还与GPS信标模块相连接。本发明实现了控制多旋翼无人机飞行时机头方向指向移动目标，可以不需要人操作自动完成对移动目标的跟踪，不仅可以保证多旋翼无人机对跟踪的目标保持一致性的移动，也可以保证多旋翼无人机与跟踪目标的距离，大大减少了移动目标行走过程中人对多旋翼无人机的操作，使得操控更加安全和简便灵活，也提高了飞行的安全性，使得多旋翼无人机的操作更加智能化，大大降低了飞行事故的发生概率。

Description

基于GPS的多旋翼无人机自动跟踪系统

技术领域

本发明涉及航模无人机领域，具体是一种基于GPS的多旋翼无人机自动跟踪系统。

背景技术

多旋翼无人机也叫多轴无人机,其特点是结构简单、成本低廉，对操作者的技术要求较低，近几年在个人用户中备受欢迎。随着传感器及智能硬件技术的发展，许多企业正力图将原来针对专业及模型爱好者领域的产品向个人大众市场推广。随着多旋翼无人机逐渐进入影视拍摄领域，越来越多的人开始关注并注入资本更加速了这一产品的普及速度。

多旋翼无人机简单易用、性能稳定对个人市场来讲是最基本的要求。在多旋翼无人机的硬件结构中，多旋翼控制器直接决定着多旋翼无人机的飞行效果。目前市场上的多旋翼飞行控制器各种各样，自动起飞、自动降落、自动返航、定点盘旋功能都有不少厂家的产品已经实现。但是尚未有产品能实现控制多旋翼无人机能够自动跟踪移动的目标自主飞行功能。

发明内容

为了使多旋翼无人机智能化，提高多旋翼无人机的操控安全性和简便灵活性，本发明提供了一种基于GPS的多旋翼无人机自动跟踪系统，该系统结构简单，设计巧妙，成本适宜，很大程度地增加了产品的市场竞争力。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于GPS的多旋翼无人机自动跟踪系统，包括多旋翼飞行控制器和分别与该控制器连接的GPS定位模块、无线传输模块，多旋翼飞行控制器的输出端与多旋翼无人机输入端连接， 无线传输模块还与GPS信标模块相连接。

设有遥控接收机，与多旋翼飞行控制器相连接，通过遥控器控制多旋翼无人机与被跟踪的移动目标之间的间隔距离。

所述多旋翼飞行控制器与多旋翼无人机电机控制装置连接。

所述多旋翼飞行控制器内含姿态控制算法，控制多旋翼无人机的机头指向被跟踪的移动目标，并随着目标移动后跟随目标，保持切换开关启动时锁定的距离进行跟随目标飞行。其中：姿态控制算法为现有技术。

所述无线传输模块为两个，其中：

第一无线传输模块设置在多旋翼无人机上，与多旋翼飞行控制器相连；

第二无线传输模块设置在被跟踪的移动目标上，与GPS信标模块相连接，GPS信标模块将移动目标的位置信息计算出来，形成数据，通过无线传输模块传输到多旋翼飞行控制器进行处理。

所述GPS信标模块内置有LED灯、内含GPS定位模块，为现有技术。

本发明的优点是：本发明实现了控制多旋翼无人机飞行时机头方向指向移动目标，可以不需要人操作自动完成对移动目标的跟踪，不仅可以保证多旋翼无人机对跟踪的目标保持一致性的移动，也可以保证多旋翼无人机与跟踪目标的距离，大大减少了移动目标行走过程中人对多旋翼无人机的操作，使得操控更加安全和简便灵活，也提高了飞行的安全性，使得多旋翼无人机的操作更加智能化，大大降低了飞行事故的发生概率。

附图说明

图1为本发明系统的连接框图；

图2为本发明系统的原理框图；

图3为空中控制部分的流程示意图；

图4是移动目标部分的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种基于GPS的多旋翼无人机自动跟踪系统，包含空中自动跟踪部分和被跟踪目标部分，其中：

空中自动跟踪部分由设置在多旋翼无人机内的多旋翼飞行控制器和分别与该控制器连接的GPS定位模块，遥控接收机，无线传输模块A构成，多旋翼飞行控制器的输出端与多旋翼无人机输入端连接；

被跟踪目标部分包括设置在被跟踪的移动目标上的无线传输模块B和内置了LED灯、CPU和GPS定位模块的GPS信标模块；

多旋翼无人机控制器：多旋翼无人机控制器所接收的位置信息来自GPS信标、GPS模块，多旋翼飞行控制器结合内部的姿态数据，GPS信标发送过来的位置信息以及GPS模块的位置信息实现多旋翼的位置锁定和对移动目标的自动定位跟踪，并通过姿态控制实现将多旋翼无人机的机头指向目标，并且随着目标移动后跟随目标保持切换开关启动时锁定的距离进行跟随目标飞行。目标运动方向改变后，多旋翼飞行控制器会控制无人机自动飞到设定跟随的移动目标的那一面，实时跟随目标移动直到保持的距离为已确定的跟踪距离，同时在跟随的过程中改变机头方向让机头指向目标点。多旋翼飞行控制器的信息可以通过无线模块将其状态显示到移动目标上。

遥控控制器：当遥控器的开关切入了自动跟踪后，用户可以通过遥控器改变多旋翼无人机与跟随目标的距离，当遥控器松开遥杆后，多旋翼无人机当前点与目标的距离被确定为新的跟踪移动目标的间隔距离。

如图2所示，本系统的工作原理是：多旋翼无人机控制器接收来自GPS信标模块、GPS定位模块收集到的关于移动目标所在的位置信息和多旋翼无人机所在的位置信息，计算出多旋翼无人机与移动目标的位置关系；并结合内部集成的各个传感器的数据，通过姿态算法计算出多旋翼无人机的姿态；多旋翼飞行控制器结合其位置信息和姿态信息计算出多旋翼无人机应该作出的相应改变，并给出控制指令控制多旋翼无人机按照要求进行飞行；将其工作状态信息发送给无线传输模块B，无线传输模块B可将其状态信息发送给GPS信标模块并进行显示；用户可通过地面站软件通过多旋翼飞行控制器设定安全保护距离，使得多旋翼无人机在跟随过程中会保持在大于或等于设置的安全距离以上进行跟踪飞行，地面站软件可设置多旋翼无人机的跟踪位置是在移动目标的前方、后方、左面还是右面，并将相关信息写入多旋翼飞行控制器。

多旋翼控制器通过遥控接收机接收到遥控器的自动跟踪指令后，则根据GPS定位模块和GPS信标模块的位置信息，判断出多旋翼无人机需要飞到的位置和机头需要指向的方向，然后控制多旋翼无人机飞到指定的位置并选中机头指向被跟踪的目标。多旋翼控制器会实时监测移动目标的位置和运动方向，当移动目标位置改变后，则控制多旋翼无人机跟随目标作出相应的移动。从而完成自动跟踪。

实施例：

如图3所示，本系统空中控制部分的工作流程是：

S301：开始，将多旋翼飞行控制器按照多旋翼无人机的要求正确的安装在无人机上；

S302：给系统上电，等待GPS定位模块和GPS信标模块定位成功，多旋翼飞行控制器读取遥控器指令、飞行控制器内部Flash的参数以及GPS定位模块和GPS信标的位置信息；

S303：信号采集及滤波，检测多旋翼控制器工作正常后，起飞多旋翼无人机。多旋翼飞行控制器根据微机械传感器数据的输出特性，采用卡尔曼滤波技术进行滤波；并对高精度气压传感器的输出数据中夹带有高频噪声，采用差分方式对气压传感器进行滤波处理；

S304：数据融合，对三轴微机械陀螺仪，三轴加速计传感器，三轴磁场传感器采用四元素法求解姿态方位角；

S305：距离和方向是否符合，多旋翼飞行控制器CPU判断当前飞行器距离以及机头方向是否符合遥控器指令要求，如果不符合则继续姿态、位置导航控制，否则回到3信号采集及滤波继续获取信号。

S306：姿态、位置导航控制，如果当前飞行器的距离和机头方向不符合遥控器指令要求则根据用户的指令要求实时调整飞行器的飞行姿态达到设定的控制效果。

S307：电机控制量输出，根据6得出的控制要求，实际转换成控制飞行器各个电机的控制量，执行后回到3信号采集及滤波继续获取信号。

如图4所示，本系统移动目标部分的工作流程是：

S401：开始，将GPS信标和电池按照相应的要求正确的安装在移动目标上；

S402：接通电源，移动目标上的GPS信标的CPU读取当前飞行控制器的信息和移动目标当前的位置信息；

S403：信号采集及滤波，检测多旋翼控制器工作状态，对GPS信标的定位数据以及接收到的空中GPS的数据信息进行滤波处理；

S404：多旋翼飞行控制器状态判断，判断多旋翼飞行控制器的工作状态是正常还是异常。

S405：GPS信标的CPU通过指令控制LED灯用不同的方式指示多旋翼飞行控制器的工作状态；

S406：LED灯识别控制指令显示不同的方式，执行后回到信号采集及滤波。

Claims (4)

1.一种基于GPS的多旋翼无人机自动跟踪系统，其特征是：包括多旋翼飞行控制器和分别与该控制器连接的GPS定位模块、无线传输模块，多旋翼飞行控制器的输出端与多旋翼无人机输入端连接，无线传输模块还与GPS信标模块相连接。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机自动跟踪系统，其特征是：设有遥控接收器和遥控器配套的接收机，遥控器的接收机与多旋翼飞行控制器相连接。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机自动跟踪系统，其特征是：所述多旋翼飞行控制器与多旋翼无人机电机控制装置连接。

4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机自动跟踪系统，其特征是：所述无线传输模块为两个，其中：

第一无线传输模块设置在多旋翼无人机上，与多旋翼飞行控制器相连；

第二无线传输模块设置在被跟踪的移动目标上，与GPS信标模块相连接。