CN105573342B - 基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统及方法，其中，一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统，包括北斗定位系统、无人机、地面站以及数据无线发射模块和数据无线接收模块，所述北斗定位系统包括移动站和基准站，移动站和数据无线发射模块设置在无人机上，移动站与数据无线发射模块连接，基准站和数据无线接收模块设置在地面站，基准站与数据无线发射模块连接，地面站与基准站连接。本发明能对无人机飞控手的飞行质量进行评价，评价结果真实、准确，在无人机飞控手飞行质量评价考核过程中具有重要的参考价值。

Description

基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统及方法
技术领域
本发明涉及一种无人机飞控手飞行质量的评价系统及方法，具体涉及一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统及方法。
背景技术
近年来，随着无人机的迅速兴起，引起了其在多个领域的应用，特别是在农业领域。由于农用无人机喷施具有作业成本低、突击能力强、操作安全及不受农作物长势的限制等优点，作为农业航空器械的重要标志之一的农用无人机得到了迅速应用和发展。
随着农用无人机作业范围和作业领域的逐渐扩大，农用无人机操控手渐渐的出现供不应求的现象，这一现象导致越来越多的人在操控水平达不到专业要求的情况下被应召上岗，为用户进行农用无人机作业。这将导致的后果有：一是在农用作业的过程中会频繁地出现摔机、炸机现象的发生；二是操作水平达不到作业要求，在无人机作业过程中，飞行速度不均匀、飞行高度不稳定、作业定位不准确等现象导致作业防治效果达不到理想效果。这不仅导致用户费时费力，而且还要蒙受较大的经济损失。而目前市场上并没有一套准确的无人机飞控手飞行质量评价系统及方法对飞控手进行考核评价，使飞控手操控水平达到专业要求。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统。
本发明的另一目的在于：一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价方法，包括：无人机飞行姿态评价的步骤、无人机飞行航线评价的步骤或无人机障碍飞行评价的步骤或以上任意两个步骤或以上三个步骤的结合；
所述无人机飞行姿态评价的步骤为：
a.地面站通过软件预先设定无人机的飞行航线；
b.将多个移动站分别围绕无人机设置；控制无人机进行飞行作业；
c.地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据并显示；
d.按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
e.将收集到的移动数据与标准参数对比进行无人机飞行姿态评价；
无人机飞行航线评价的步骤为：
A.地面站通过软件预先设定无人机的飞行航线；
B.将移动站设置于无人机上；控制无人机进行飞行作业；
C.地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据；根据收集到的移动数据绘制成实际航线；
D.按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
E.通过对比实际航线与预先设定无人机的飞行航线对无人机的飞行航线进行评价；
所述无人机障碍飞行评价的步骤为：
一、预先设定无人机的飞行航线，并在无人机的飞行航线中预先设定障碍物；
二、通过北斗定位系统测得障碍物的空间坐标，并绘制到地面站中；
三、将移动站设置于无人机上；控制无人机进行飞行作业；
四、地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据；根据收集到的移动数据绘制成实际航线轨迹；
五、按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
所述无人机障碍飞行评价是通过计算飞行中的无人机的实际航线轨迹与障碍物之间的距离大小来评价无人机障碍飞行。
优选的，所述移动站为四个，分别设置在无人机的前端、后端、左侧和右侧。
优选的，将收集到的移动数据与标准参数对比进行无人机飞行姿态评价具体为：地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的航线轨迹和移动数据并显示，所述北斗定位系统采集到的移动数据包括无人机的飞行速度数据、飞行高度数据、飞行用时t及地理坐标信息，无人机飞行姿态评价指标包括飞行姿态变化情况，其中：
北斗定位系统实时测量无人机的飞行速度v、飞行高度h、飞行用时t及地理坐标信息；
飞行姿态变化情况通过以下步骤计算得到：设处于飞行状态下无人机的前端、后端、左侧和右侧的移动站的坐标为：前端(x1,y1,z1)、后端(x2,y2,z2)、左侧(x3,y3,z3)、右侧(x4,y4,z4)，
无人机的航向角γ可通过无人机的航线轨迹判断得到。
优选的，所述无人机飞行姿态评价指标还包括无人机的飞行速度变化均匀程度以及飞行高度变化情况；
无人机的飞行速度变化均匀程度通过北斗定位系统检测到的无人机平面移动的坐标分布情况进行判断；
无人机的高度变化情况通过北斗定位系统检测到的无人机高度变化的坐标分布情况进行判断。
优选的，所述通过对比实际航线与预先设定无人机的飞行航线对无人机的飞行航线进行评价具体为：所述无人机的飞行航线评价是通过地面站绘制的实际航线所得，其实际航线可为无人机飞行航线的二维平面轨迹和三维空间轨迹，二维平面轨迹的评价指标主要为实际航线与预先设定无人机的飞行航线的偏差程度，三维空间轨迹的评价指标为实际航线在某一高度下的稳定程度。
优选的，所述无人机障碍飞行评价是通过计算飞行中的无人机的实际航线轨迹与障碍物之间的距离大小来评价无人机障碍飞行，其具体评价方法为：
设在无人机实际飞行前，所述北斗定位系统测出飞行航线中障碍物的坐标值为x1,y1,z1；通过选取实际航线轨迹上离障碍物较近的坐标点(x2,y2,z2)来计算和比较两者之间的距离；其中，距离包括平面距离L和空间距离S，
选取航线与障碍物较近的距离值L或S作为评价无人机障碍飞行的好坏。
一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统，包括北斗定位系统、无人机、地面站以及数据无线发射模块和数据无线接收模块，所述北斗定位系统包括移动站和基准站，移动站和数据无线发射模块设置在无人机上，移动站与数据无线发射模块连接，基准站和数据无线接收模块设置在地面站，基准站与数据无线发射模块连接，地面站与基准站连接，移动站用于检测无人机的飞行数据并将飞行数据传输至数据无线发射模块，数据无线接收模块用于接收数据无线发射模块发出的飞行数据并将飞行数据发送至基准站，基准站通过飞行数据计算得出移动站的坐标数据并将坐标数据发送到地面站，地面站根据收集到的坐标数据得出实际飞行数据，并将实际飞行数据与标准飞行数据进行对比。
优选的，所述移动站为多个，移动站围绕无人机设置形成用于检测无人机飞行姿态的姿态检测装置。
优选的，所述移动站为四个，四个移动站分别设置在无人机的前端、后端、左侧和右侧。
优选的，还包括设置在预先设定无人机的飞行航线中的障碍物，北斗定位系统对障碍物进行定位并将得到的坐标数据发送到地面站。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明将高精度航空用北斗定位系统应用到无人机飞行质量评价中，进一步保证了数据精确性，本发明可在飞行环境中测量无人机飞行姿态、无人机飞行航线或无人机障碍飞行中无人机与障碍物之间的距离，并通过无人机飞行姿态、无人机飞行航线或无人机障碍飞行中无人机与障碍物之间的距离或以上任意两者或以上三者的结合来对无人机飞控手的飞行质量进行评价，评价结果真实、准确，在无人机飞控手飞行质量评价考核过程中具有重要的参考价值。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明在评价时绘制的无人机飞行航线的二维平面轨迹图。
图3是本发明在评价时绘制的无人机飞行航线的三维空间轨迹图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一：
一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价方法，包括：无人机飞行姿态评价的步骤、无人机飞行航线评价的步骤或无人机障碍飞行评价的步骤或以上任意两个步骤或以上三个步骤的结合；
所述无人机飞行姿态评价的步骤为：
a.地面站通过软件预先设定无人机的飞行航线；
b.将多个移动站分别围绕无人机设置；控制无人机进行飞行作业；
c.地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据并显示；
d.按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
e.将收集到的移动数据与标准参数对比进行无人机飞行姿态评价；
无人机飞行航线评价的步骤为：
A.地面站通过软件预先设定无人机的飞行航线；
B.将移动站设置于无人机上；控制无人机进行飞行作业；
C.地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据；根据收集到的移动数据绘制成实际航线；
D.按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
E.通过对比实际航线与预先设定无人机的飞行航线对无人机的飞行航线进行评价；
所述无人机障碍飞行评价的步骤为：
一、预先设定无人机的飞行航线，并在无人机的飞行航线中预先设定障碍物；
二、通过北斗定位系统测得障碍物的空间坐标，并绘制到地面站中；
三、将移动站设置于无人机上；控制无人机进行飞行作业；
四、地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据；根据收集到的移动数据绘制成实际航线轨迹；
五、按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
所述无人机障碍飞行评价是通过计算飞行中的无人机的实际航线轨迹与障碍物之间的距离大小来评价无人机障碍飞行。
优选的，所述四个移动站分别设置在无人机的前端、后端、左侧和右侧。
优选的，将收集到的移动数据与标准参数对比进行无人机飞行姿态评价具体为：地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的航线轨迹和移动数据并显示；
所述北斗定位系统采集到的移动数据包括无人机的飞行速度数据、飞行高度数据、飞行用时t及地理坐标信息，无人机飞行姿态评价指标包括飞行姿态变化情况，其中：
北斗定位系统实时测量无人机的飞行速度v、飞行高度h、飞行用时t及地理坐标信息；
飞行姿态变化情况通过以下步骤计算得到：设处于飞行状态下无人机的前端、后端、左侧和右侧的移动站的坐标为：前端(x1,y1,z1)、后端(x2,y2,z2)、左侧(x3,y3,z3)、右侧(x4,y4,z4)，
无人机的航向角γ可通过无人机的航线轨迹判断得到。
优选的，所述无人机飞行姿态评价指标还包括无人机的飞行速度变化均匀程度以及飞行高度变化情况；
无人机的飞行速度变化均匀程度通过北斗定位系统检测到的无人机平面移动的坐标分布情况进行判断；如图2所示：通过平面各坐标的分布情况进行判断，即通过座标间的距离对飞行速度变化均匀程度进行判断。
无人机的高度变化情况通过北斗定位系统检测到的无人机高度变化的坐标分布情况进行判断；如图3所示：通过平面各座坐标的分布情况进行判断，即通过座标间的距离对无人机的高度变化情况进行判断。
优选的，所述通过对比实际航线与预先设定无人机的飞行航线对无人机的飞行航线进行评价具体为：所述无人机的飞行航线评价是通过地面站绘制的实际航线所得，其实际航线可为无人机飞行航线的二维平面轨迹和三维空间轨迹，二维平面轨迹的评价指标主要为实际航线与预先设定无人机的飞行航线的偏差程度，三维空间轨迹的评价指标为实际航线在某一高度下的稳定程度。
优选的，所述无人机障碍飞行评价是通过计算飞行中的无人机的实际航线轨迹与障碍物之间的距离大小来评价无人机障碍飞行，其具体评价方法为：
设在无人机实际飞行前，所述北斗定位系统测出飞行航线中障碍物的坐标值为x1,y1,z1；通过选取实际航线轨迹上离障碍物较近的坐标点(x2,y2,z2)来计算和比较两者之间的距离；其中，距离包括平面距离L和空间距离S，
选取航线与障碍物较近的距离值L或S作为评价无人机障碍飞行的好坏。
实施例二：
一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统，包括北斗定位系统、无人机1、地面站2以及数据无线发射模块3和数据无线接收模块4，所述北斗定位系统包括移动站5和基准站6，移动站和数据无线发射模块设置在无人机上，移动站与数据无线发射模块连接，基准站和数据无线接收模块设置在地面站，基准站与数据无线发射模块连接，地面站与基准站连接，移动站用于检测无人机的飞行数据并将飞行数据传输至数据无线发射模块，数据无线接收模块用于接收数据无线发射模块发出的飞行数据并将飞行数据发送至基准站，基准站通过飞行数据计算得出移动站的坐标数据并将坐标数据发送到地面站，地面站根据收集到的坐标数据得出实际飞行数据，并将实际飞行数据与标准飞行数据进行对比。
优选的，所述移动站为多个，移动站围绕无人机设置形成用于检测无人机飞行姿态的姿态检测装置。设置多个移动站为了测得无人机飞行姿态，而在其他状态下只需启用一个移动站即可。
优选的，所述移动站为四个，四个移动站分别设置在无人机的前端、后端、左侧和右侧。
优选的，还包括设置在预先设定无人机的飞行航线中的障碍物，北斗定位系统对障碍物进行定位并将得到的坐标数据发送到地面站。
经过一次飞行试验得到无人机的平均速度是3.38284m/s，平均高度1.25415m，总用时427s，飞行距离1444.47m。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价方法，其特征在于包括：无人机飞行姿态评价的步骤或无人机障碍飞行评价的步骤或以上两个步骤的结合；
所述无人机飞行姿态评价的步骤为：
a.地面站通过软件预先设定无人机的飞行航线；
b.将多个移动站分别围绕无人机设置；控制无人机进行飞行作业；
c.地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据并显示；
d.按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
e.将收集到的移动数据与标准参数对比进行无人机飞行姿态评价；
飞行姿态变化情况通过以下步骤计算得到：设处于飞行状态下无人机的前端、后端、左侧和右侧的移动站的坐标为：前端(x1,y1,z1)、后端(x2,y2,z2)、左侧(x3,y3,z3)、右侧(x4,y4,z4)，
由于无人机的俯仰角α满足：
故无人机的俯仰角α有：
同理可得无人机的翻滚角β有：
无人机的航向角γ通过无人机的航线轨迹判断得到；
所述无人机障碍飞行评价是通过计算飞行中的无人机的实际航线轨迹与障碍物之间的距离大小来评价无人机障碍飞行，其具体评价方法为：
设在无人机实际飞行前，所述北斗定位系统测出飞行航线中障碍物的坐标值为x1,y1,z1；通过选取实际航线轨迹上离障碍物较近的坐标点(x2,y2,z2)来计算和比较两者之间的距离；其中，距离包括平面距离L和空间距离S，
平面距离或或
空间距离
选取航线与障碍物较近的距离值L或S作为评价无人机障碍飞行的好坏；
所述无人机障碍飞行评价的步骤为：
一、预先设定无人机的飞行航线，并在无人机的飞行航线中预先设定障碍物；
二、通过北斗定位系统测得障碍物的空间坐标，并绘制到地面站中；
三、将移动站设置于无人机上；控制无人机进行飞行作业；
四、地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据；根据收集到的移动数据绘制成实际航线轨迹；
五、按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
所述无人机障碍飞行评价是通过计算飞行中的无人机的实际航线轨迹与障碍物之间的距离大小来评价无人机障碍飞行；
所述移动站为四个，分别设置在无人机的前端、后端、左侧和右侧；
将收集到的移动数据与标准参数对比进行无人机飞行姿态评价具体为：地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的航线轨迹和移动数据并显示，所述北斗定位系统采集到的移动数据包括无人机的飞行速度数据、飞行高度数据、飞行用时t及地理坐标信息，无人机飞行姿态评价指标包括飞行姿态变化情况，其中：
北斗定位系统实时测量无人机的飞行速度v、飞行高度h、飞行用时t及地理坐标信息。
2.根据权利要求1所述的基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价方法，其特征在于：还包括无人机飞行航线评价的步骤，无人机飞行航线评价的步骤与无人机飞行姿态评价的步骤或无人机障碍飞行评价的步骤相结合或与无人机飞行姿态评价的步骤和无人机障碍飞行评价的步骤相结合；
无人机飞行航线评价的步骤为：
A.地面站通过软件预先设定无人机的飞行航线；
B.将移动站设置于无人机上；控制无人机进行飞行作业；
C.地面站通过北斗定位系统采集飞行状态中的无人机上的移动站的移动数据；根据收集到的移动数据绘制成实际航线；
D.按预先设定无人机的飞行航线飞行完成后，无人机测试完成并降落；
E.通过对比实际航线与预先设定无人机的飞行航线对无人机的飞行航线进行评价。
3.根据权利要求1所述的基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价方法，其特征在于：
所述无人机飞行姿态评价指标还包括无人机的飞行速度变化均匀程度以及飞行高度变化情况；
无人机的飞行速度变化均匀程度通过北斗定位系统检测到的无人机平面移动的坐标分布情况进行判断；
无人机的高度变化情况通过北斗定位系统检测到的无人机高度变化的坐标分布情况进行判断。
4.根据权利要求2所述的基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价方法，其特征在于：所述通过对比实际航线与预先设定无人机的飞行航线对无人机的飞行航线进行评价具体为：所述无人机的飞行航线评价是通过地面站绘制的实际航线所得，其实际航线为无人机飞行航线的二维平面轨迹和三维空间轨迹，二维平面轨迹的评价指标为实际航线与预先设定无人机的飞行航线的偏差程度，三维空间轨迹的评价指标为实际航线在某一高度下的稳定程度。
5.一种实现权利要求1-4任一所述的基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价方法的基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统，其特征在于：包括北斗定位系统、无人机、地面站以及数据无线发射模块和数据无线接收模块，所述北斗定位系统包括移动站和基准站，移动站和数据无线发射模块设置在无人机上，移动站与数据无线发射模块连接，基准站和数据无线接收模块设置在地面站，基准站与数据无线发射模块连接，地面站与基准站连接，移动站用于检测无人机的飞行数据并将飞行数据传输至数据无线发射模块，数据无线接收模块用于接收数据无线发射模块发出的飞行数据并将飞行数据发送至基准站，基准站通过飞行数据计算得出移动站的坐标数据并将坐标数据发送到地面站，地面站根据收集到的坐标数据得出实际飞行数据，并将实际飞行数据与标准飞行数据进行对比。
6.根据权利要求5所述的基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统，其特征在于：所述移动站为多个，移动站围绕无人机设置形成用于检测无人机飞行姿态的姿态检测装置。
7.根据权利要求6所述的基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统，其特征在于：所述移动站为四个，四个移动站分别设置在无人机的前端、后端、左侧和右侧。
8.根据权利要求5所述的基于北斗定位系统对飞控手飞行质量的评价系统，其特征在于：还包括设置在预先设定无人机的飞行航线中的障碍物，北斗定位系统对障碍物进行定位并将得到的坐标数据发送到地面站。
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