CN106597369A - 一种无人机的控制方法、控制平台、控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机的控制方法、控制平台及控制系统，属于无人机控制技术领域，其可至少部分解决现有的民用无人机定位精度较低的问题。本发明的无人机的控制方法包括：接收来自各微小基站的基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值；根据信号强度将距离值与ID对应；计算各无人机的坐标，其中，任意一无人机的坐标根据与该无人机的ID对应的三个距离值、与三个距离值对应的微小基站的坐标计算得到；根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令，以使微小基站控制该无人机执行飞行指令，与无人机对应的微小基站为与无人机间的距离小于阈值的微小基站。

Description

一种无人机的控制方法、控制平台、控制系统

技术领域

本发明属于无人机控制技术领域，具体涉及一种无人机的控制方法、控制平台及控制系统。

背景技术

近年来，我国民用无人机技术发展迅速，已被广泛应用于各行业，比如药物喷洒、森林防火、边境巡逻、环境保护、应急救援、遥感测绘等领域。定位技术是无人机技术领域的关键技术，目前无人机的定点返航、定航线自动巡航等功能都主要依赖于GPS定位技术。

根据应用领域不同，GPS的种类分为很多种。一般的GPS在开阔地带需要2-3分钟才能够定位成功，而在室内或者信号不好的地方，可能几个小时都不一定能够定位成功。由此可以看出，GPS的定位对地理位置和信号的要求都很高。

各类GPS中的民用GPS，其定位精度较低,一般在在3-10米，因此，将民用GPS应用至无人机定位中，不能够精准确定无人机的位置。

由于民用无人机存在的上述问题，因此在现有技术中，提出了采用GPS和辅助基站共同工作进行定位的方式；采用GPS和实时图像监测进行定位的方式等。但是，这些方案仍然不能实现对无人机的精准定位。

发明内容

本发明至少部分解决现有的民用无人机定位不精准的问题，提供一种可以实现对无人机精确定位并控制的无人机的控制方法、控制平台及控制系统。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种无人机的控制方法，其包括：

接收来自各微小基站的基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值；

根据所述信号强度将所述距离值与所述ID对应；

计算各无人机的坐标，其中，任意一无人机的坐标根据与该无人机的ID对应的三个距离值、与所述三个距离值对应的微小基站的坐标计算得到；

根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令，以使微小基站控制该无人机执行所述飞行指令，与无人机对应的微小基站为与无人机间的距离小于阈值的微小基站。

优选的是，在所述计算各无人机的坐标的步骤中，与任意一无人机的ID对应的三个距离值为与该无人机的ID对应的多个距离值中最小的三个距离值。

优选的是，所述根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令包括：根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的距离最近的微小基站发送飞行指令。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种无人机控制平台，其包括：

第一接收单元，用于接收来自各微小基站的基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值；

对应单元，用于根据所述信号强度将所述距离值与所述ID对应；

坐标确定单元，用于根据与任意一无人机的ID对应的三个距离值、与所述三个距离值对应的微小基站的坐标计算得到该无人机的坐标；

第一发送单元，用于根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令，以使微小基站控制该无人机执行所述飞行指令，与无人机对应的微小基站为与无人机间的距离小于阈值的微小基站。

优选的是，所述三个距离值为与同一ID对应的多个距离值中最小的三个距离值。

优选的是，所述待操控的无人机所对应的微小基站为待操控的无人机所对应的距离最近对的微小基站。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种无人机控制系统，其包括：所述无人机控制平台。

优选的是，其还包括多个微小基站；

其中，所述微小基站包括：

第二接收单元，用于接收来自无人机的无线信号和来自所述无人机控制平台的飞行指令，所述无线信号携带无人机的ID；

强度测定单元，用于测定无线信号的信号强度；

测距仪，用于测定无人机与微小基站间的距离值；

第二发送单元，用于向所述无人机控制平台发送基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值；向无人机发送飞行指令。

优选的是，所述微小基站呈点阵列排布设置。

优选的是，所述微小基站为LTE小微基站或WiFi发送接收器或其它低成本的无线短距离发送接收器。

本发明的无人机的控制方法中，通过获取无人机与不同微小基站的距离值，并根据任意三个无人机与微小基站的距离值和该三个微小基站的的坐标值确定无人机的坐标值，从而确定该无人机的实际位置。其中，在测量无人机与微小基站的距离时，测量精度可以达到毫米级别，由此计算确定的无人机的坐标，其精度远大于GPS技术定位精度，故以上无人机的控制方法可以实现对无人机坐标、高度的精确定位，从而对其进行精准控制。

附图说明

图1为本发明的实施例1的一种无人机的控制方法的流程示意图；

图2为本发明的实施例2的一种无人机的控制方法的流程示意图；

图3为本发明的实施例3的一种无人机控制平台的框图；

图4为本发明的实施例4的一种无人机控制系统的框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。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。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种无人机的控制方法，其包括：

S101、接收来自各微小基站的基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值；

S102、根据信号强度将距离值与ID对应；

S103、计算各无人机的坐标，其中，任意一无人机的坐标根据与该无人机的ID对应的三个距离值、与三个距离值对应的微小基站的坐标计算得到；

S104、根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令，以使微小基站控制该无人机执行飞行指令，与无人机对应的微小基站为与无人机间的距离小于阈值的微小基站。

本实施例的无人机的控制方法中，通过获取无人机与不同微小基站的距离值，并根据任意三个距离值和该三个距离值对应的微小基站的的坐标值确定无人机的坐标值，从而确定该无人机的实际位置。其中，在测量无人机与微小基站的距离时，测量精度可以达到毫米级别，由此计算确定的无人机的坐标，其精度远大于GPS技术定位精度，故以上无人机的控制方法可以实现对无人机坐标、高度的精确定位，从而对其进行精准控制。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供一种无人机的控制方法，其是基于以下的背景实现的。

具体的，在无人机的飞行区域设置多个微小基站并编号。

其中，无人机的飞行区域根据无人机的类型及所执行的任务不同可以有很多种，例如当无人机为民用无人机时，其可能会进行向农作物喷洒农药的作业，相应的，需要作业的农田为该无人机的飞行区域，当然，飞行区域也可以是耕地、草原、空地等。

本实施例中所述的微小基站是指可以发送、接收信息的设备，用以连接无人机与控制平台，根据本实施例的无人机的控制方法，需要在无人机的飞行区域设置一定数量的微小基站来与无人机进行通信会话，以及与无人机控制平台进行信息交互。

其中，为了确定无人机的位置，需要在每个微小基站中设置测距仪，用于测量无人机与微小基站之间的距离。测距仪的高度可以根据不同的需求来设定，但是要低于无人机的预定飞行高度，这样，就可确定无人机位置必然是位于各测距仪之上的，简化计算。测距仪在测距时，进行旋转式的扫描测距，从而能够测量在各不同方向上的无人机的距离。

而上述的测距仪优选为电磁波测距仪。

具体的，电磁波测距仪可以为激光测距仪、红外测距仪、微波测距仪等。以激光测距仪为例，在测距过程中，测距仪在旋转的同时会发出激光，激光遇到无人机会反射回来被测距仪接收，通过计算所接收激光的飞行时间确定无人机的距离。当然，如果用其它测距设备也是可以的。

无人机的材质通常为金属,对电磁波有良好的反射效果，当然，也可以在无人机的表面贴一层箔纸，以保证无人机能够在任何角度反射电磁波。

无人机与微小基站的通信会话为无线通信，在无人机上安装与微小基站相对应的无线通信模块，在无人机飞行过程中，微小基站接收其发出的无线信号(无线信号携带无人机的ID)，并实现两者之间的通信会话。其中，微小基站的发射功率可以根据各个微小基站在设置时的间隔距离进行适当调节，但总体来说，微小基站的发射功率比较小，只能与在一定距离范围内的无人机进行通信会话。

优选的，以上微小基站为LTE小微基站或WiFi发送接收器或其它低成本的无线短距离发送接收器等。

无人机飞行区域多在在野外开阔地带和农村偏远地区，而这些微小基站具有集成度高、适应性强、快速建设、维护便利的特点，可以较好地实现通信功能。

在设置微小基站时，可以根据飞行区域的性质、形状、大小等设置不同的排布方式。

优选的，微小基站可以呈点阵式排布设置。

具体的，将微小基站在无人机飞行区域以点阵式排布设置，便于放置微小基站。例如，在农田中可以沿着人行通道的方向间隔一定距离设置微小基站。当然，微小基站的设置方式不限于此，也可以以其他方式来设置。

设置好微小基站以后，将各微小基站的编号与对应的坐标存储到无人机控制平台中。

根据本实施例提供的无人机的控制方法，需要通过确定微小基站的坐标来确定无人机的坐标。当然，微小基站的坐标可以是直接利用现有电子地图上对应的坐标(如经纬度)，也可以是以某一定点为中心的相对坐标。由此可以确定无人机与微小基站的相对位置关系，进而控制无人机。

当然，由于无人机控制平台根据距离值计算出的坐标为相对坐标，无人机的实际高度与测距仪的高度有关，也可以将从测距仪的高度存储到无人机控制平台中，根据无人机的实际位置来控制无人机。上述两种方法都是可行的。

下面对本实施例进行详细的介绍。具体的，如图2所示，该无人机的控制方法包括：

S201、各无人机发出携带自身ID的无线信号。

其中，无人机会以一定的时间间隔发出携带无人机自身ID的无线信号，该无线信号可以被一定范围内的微小基站所接收，从而可以建立无人机与微小基站之间的通信会话，与此同时微小基站也会获取无人机的ID。

优选的，无人机在发出无线信号的同时还发出自身状态信息(例如无人机能否正常飞行、无人机所携带的喷洒物是否用完等)。此时，可以通过对无人机自身状态的监控汇报，了解无人机的状态，以便更好地控制无人机。

S202、微小基站接收无人机发送的无线信号，判断信号强度，同时获取无人机的ID，并将ID和该ID对应的信号强度发送给无人机控制平台。

其中，无人机与微小基站的通信会话为无线通信。由于无线信号的强度与距离有关(无人机和微小基站的发射功率有限，微小基站只能接收到其附近的无人机所发出的无线信号)，因此，不同距离的无人机发送给微小基站的无线信号的信号强度不同，从而，可以通过获取无线信号的强度的大小以及中该无线信号所携带的ID，对各无人机的距离进行大致判断。

优选的，在微小基站中预先存储有信号强度与信号强度等级的对应关系，以及信号强度等级与距离范围的对应关系，此时可以依据上述微小基站中预先存储的对应关系，通过每个无人机ID对应的信号强度，获取该信号强度对应的信号强度等级，以供无人机控制平台根据该信号强度等级匹配出无人机与微小基站之间的距离。

S203、测距仪进行旋转扫描测距，微小基站将所测距离值发送给无人机控制平台。

由于在步骤S202中微小基站接收到无人机所发送的无线信号，也就表明该微小基站附近有无人机，此时测距仪可以开始工作。而由于微小基站无法获取无人机的方位信息，因此，测距仪在测距时需要以旋转的方式扫描测距，以确保可以测量处于任意方向的无人机与该微小基站之间的距离。当然，若微小基站附近同时有多架无人机，则微小基站可得到多个距离值。在该步骤中微小基站需要将测距仪测出的距离值发送给无人机控制平台，以便进行下一步的处理。

S204、无人机控制平台接收来各自微小基站的基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值。

本实施例的无人机的控制方法中，由于微小基站不具有数据计算处理的功能，数据处理由无人机控制平台进行，所以在步骤S203中所得到的数据要发送给无人机控制平台进行处理。无人机控制平台通过对这些数据的计算处理便可以得到各无人机的坐标。

S205、无人机控制平台根据信号强度将距离值与ID对应。

在此需要说明的是，测距仪在测量微小基站与无人机之间的距离时并不知道所测无人机的ID，当微小基站附近只有一个无人机时，无人机控制平台接收到的来自同一个微小基站的数据只有一组，距离值可以与无人机的ID直接对应，但是有多个无人机时会有多组数据，需要将所测的多个距离值与无人机的ID一一对应。

具体的，本实施例通过各ID对应的信号强度来实现对应。由于在本实施例的无人机的控制方法中，无人机距离微小基站越近，其ID对应的信号强度也越强。因此，可以根据步骤S202中各微小基站发送的各ID对应的信号强度将各微小基站发送的ID与距离值相对应。例如，来自一个微小基站的两个距离值分为20米和100米，而来自该微小基站的信号强度表明ID为A的无人机的距离范围在95～110米，ID为B的无人机的距离范围在15～25米，则无人机控制平台可确定ID为A的无人机对应的距离值为100米，ID为B的无人机对应的距离值为20米。

S206、无人机控制平台计算各无人机的坐标，其中，任意一无人机的坐标根据与该无人机的ID对应的三个距离值、与三个距离值对应的微小基站的坐标计算得到。

在该步骤中，是通过确定无人机的三维坐标来对其进行定位的，而确定无人机的三维坐标，还需要每个微小基站的坐标(微小基站的编号与对应的坐标已经存储在无人机控制平台中)，根据每个微小基站的坐标(x，y)以及其中任意三个微小基站到无人机的距离。在得知以上参数后即可计算出无人机的三维坐标(X，Y，Z)，其中，X、Y、Z分别表示无人机的横纵坐标和相对测距仪的高度。由于无人机在飞行过程中的高度始终高于测距仪的高度，因此无人机的实际高度就是Z加上测距仪的高度。当然，在该步骤中，无人机的预设飞行高度始终高于测距仪的高度，因此，也可以根据无人机的相对高度(即无人机相对于测距仪的高度)来控制无人机，不必计算实际高度。

优选的，本实施例的计算各无人机的坐标的步骤中，与任意一无人机的ID对应的三个距离值为与该无人机的ID对应的的多个距离值中最小的三个距离值。

具体的，由于无人机可能会同时与多个微小基站进行通信会话，也就是说无人机的ID可能会被多个微小基站接收到，因此，无人机控制平台处会有多个来自不同微小基站的相同的ID及与ID对应的距离值(步骤S205中根据信号强度已经将距离值与ID对应)，而计算无人机的坐标只需任意三个即可。而根据测距仪的性能，一般距离越近测量误差越小。因此，在确定无人机的位置时，通过计算与该无人机的ID对应的三个最小的距离值来确定位置，可以使误差更小。

S207、无人机控制平台根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令，以使微小基站控制该无人机执行飞行指令。

在该步骤中，无人机控制平台可以根据确定出的无人机的位置，生成飞行指令(包括前进、转弯、左右侧向多少度飞行、升高或降低等)。其中，针对不同无人机的位置不同，无人机控制平台可以确定出不同的飞行指令。而由于微小基站的发射功率有限，则需要将飞行指令发送给待操控的无人机所对应的微小基站(即与无人机的距离在一定范围内，且能与无人机进行通信会话的微小基站。例如，发送待操控的无人机的ID的微小基站)，以确保微小基站可以将飞行指令发送发给无人机。

优选的，无人机控制平台根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令还包括：无人机控制平台接收来自微小基站的各无人机的状态信息，根据状态信息向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令。

具体的，上述的各无人机的状态信息包括无人机能否正常飞行、无人机所携带的喷洒物是否用完等。该状态信息是由无人机发送给微小基站，微小基站再发送至无人机控制平台的。无人机控制平台根据无人机的状态信息，判断无人机所需执行的操作，并向微小基站发出对应的飞行指令，例如无人机出现故障，或是无法完成作业时，无人机控制平台发出返回起点的指令。

优选的，无人机控制平台根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令包括：根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的距离最近的微小基站发送飞行指令。

在实际操作中，待操控的无人机所对应的微小基站(即能与无人机进行通信会话的微小基站)为多个，与无人机的距离也有远有近，通常距离较近的微小基站与无人机的通信会话效果会更好。因此，优选的是根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的距离最近的微小基站发送飞行指令。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供一种无人机控制平台，可以依据实施例1所提供的无人机的控制方法对无人机进行控制。该无人机控制平台包括：第一接收单元、对应单元、坐标确定单元以及第一发送单元。

其中，第一接收单元用于接收来自各微小基站的基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值。

对应单元用于根据信号强度将距离值与ID对应。

坐标确定单元用于根据与任意一无人机的ID对应的三个距离值，以及与三个距离值对应的微小基站的坐标计算得到该无人机的坐标。优选的，三个距离值为与同一ID对应的多个距离值中最小的三个距离值。

第一发送单元用于根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令，以使微小基站控制该无人机执行飞行指令，与无人机对应的微小基站为与无人机间的距离小于阈值的微小基站。优选的，待操控的无人机所对应的微小基站为待操控的无人机所对应的距离最近对的微小基站。当然，也可以根据实际情况选择合适的微小基站。

本实施例提供的无人机控制平台可以根据实施例1所提供的无人机的控制方法对无人机进行精准定位。该无人机控制平台可以获取无人机与不同微小基站的距离值，并根据任意三个距离值和该三个距离值对应的微小基站的的坐标值确定无人机的坐标值，从而确定该无人机的实际位置。其中，在测量无人机与微小基站的距离时，测量精度可以达到毫米级别，由此计算确定的无人机的坐标，其精度远大于GPS技术定位精度，故以上无人机控制平台可以根据实施例1提供的无人机的控制方法实现对无人机坐标、高度的精确定位，从而对其进行精准控制。

实施例4：

如图4所示，本实施例提供一种无人机控制系统，可以根据实施例2所提供的无人机的控制方法对无人机进行控制。该无人机控制系统包括：上述无人机控制平台以及多个微小基站。其中，微小基站包括：第二接收单元、强度测定单元、测距仪以及第二发送单元。

其中，第二接收单元，用于接收来自无人机的ID和来自无人机控制平台的飞行指令。

强度测定单元，用于测定各ID对应的信号强度。

测距仪，用于测定无人机与微小基站之间的距离值。

第二发送单元，用于向无人机控制平台发送基站编号、无人机的ID、与各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值，向无人机发送飞行指令。

优选的，微小基站呈点阵列排布设置。

优选的，微小基站包括LTE小微基站或WiFi发送接收器或其它低成本的无线短距离发送接收器。

本实施例提供的无人机控制系统可以根据实施例2所提供的无人机的控制方法对无人机进行精准定位。该无人机控制系统可以测量无人机与不同微小基站的距离值，并根据任意三个距离值和该三个距离值对应的微小基站的的坐标值确定无人机的坐标值，从而确定该无人机的实际位置。其中，在测量无人机与微小基站的距离时，测量精度可以达到毫米级别，由此计算确定的无人机的坐标，其精度远大于GPS技术定位精度，故以上无人机控制系统可以根据实施例2所提供的无人机的控制方法实现对无人机坐标、高度的精确定位，从而对其进行精准控制。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机的控制方法，其特征在于，包括：

接收来自各微小基站的基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值；

根据所述信号强度将所述距离值与所述ID对应；

计算各无人机的坐标，其中，任意一无人机的坐标根据与该无人机的ID对应的三个距离值、与所述三个距离值对应的微小基站的坐标计算得到；

根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令，以使微小基站控制该无人机执行所述飞行指令，与无人机对应的微小基站为与无人机间的距离小于阈值的微小基站。

2.根据权利要求1所述的无人机的控制方法，其特征在于，

所述计算各无人机的坐标的步骤中，与任意一无人机的ID对应的三个距离值为与该无人机的ID对应的多个距离值中最小的三个距离值。

3.根据权利要求1所述的无人机的控制方法，其特征在于，所述根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令包括：

根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的距离最近的微小基站发送飞行指令。

4.一种无人机控制平台，其特征在于，包括：

第一接收单元，用于接收来自各微小基站的基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值；

对应单元，用于根据所述信号强度将所述距离值与所述ID对应；

坐标确定单元，用于根据与任意一无人机的ID对应的三个距离值、与所述三个距离值对应的微小基站的坐标计算得到该无人机的坐标；

第一发送单元，用于根据无人机的坐标向待操控的无人机所对应的微小基站发送飞行指令，以使微小基站控制该无人机执行所述飞行指令，与无人机对应的微小基站为与无人机间的距离小于阈值的微小基站。

5.根据权利要求4所述的无人机控制平台，其特征在于，

所述三个距离值为与同一ID对应的多个距离值中最小的三个距离值。

6.根据权利要求4所述的无人机控制平台，其特征在于，

所述待操控的无人机所对应的微小基站为待操控的无人机所对应的距离最近的微小基站。

7.一种无人机控制系统，其特征在于，包括：

所述权利要求4至6中任意一项所述的无人机控制平台。

8.根据权利要求7所述的无人机控制系统，其特征在于，还包括：

多个微小基站；

其中，所述微小基站包括：

第二接收单元，用于接收来自无人机的无线信号和来自所述无人机控制平台的飞行指令，所述无线信号携带无人机的ID；

强度测定单元，用于测定无线信号的信号强度；

测距仪，用于测定无人机与微小基站间的距离值；

第二发送单元，用于向所述无人机控制平台发送基站编号、无人机的ID、各ID对应的信号强度、无人机与微小基站间的距离值；向无人机发送飞行指令。

9.根据权利要求8所述的无人机控制系统，其特征在于，

所述微小基站呈点阵列排布设置。

10.根据权利要求8所述的无人机控制系统，其特征在于，

所述微小基站包括LTE小微基站或WiFi发送接收器或其它低成本的无线短距离发送接收器。