CN106708088A - 坐标计算方法及装置、飞行控制方法及系统、无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提出一种坐标计算方法及装置、飞行控制方法及系统、无人机，通过建立基于无人机的临时坐标系，获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。本发明可以使无人机的飞行不限制在特定的场景，即使在GPS信号较弱的地方也能完成航线飞行，提高了用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种坐标计算方法及装置、飞行控制方法及系统、无人机。
背景技术
相关技术中，无人机的飞行控制一般是基于全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)坐标，GPS坐标是利用GPS经纬度坐标点进行无人机的轨迹飞行，这种技术存在一定的缺陷，例如，在GPS信号较差的地方，比如室内等，就无法完成相应的轨迹飞行，导致应用场景较少，用户体验不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种坐标计算方法及装置、飞行控制方法及系统、无人机，以解决无人机在GPS信号较差的地方无法完成飞行的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种坐标计算装置，应用于无人机，所述坐标装置包括：建立模块，用于建立基于所述无人机的临时坐标系；获取模块，用于获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；计算模块，用于基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；以及基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
第二方面，本发明实施例还提供了一种坐标计算方法，应用于无人机，所述坐标计算方法包括：建立基于所述无人机的临时坐标系；获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
第三方面，本发明实施例还提供了一种应用前述的坐标计算装置的飞行控制系统，应用于无人机，所述飞行控制系统还包括：映射模块，用于将预设飞行轨迹映射到所述临时坐标系；执行模块，用于依据所述实时坐标和映射到所述临时坐标系的预设飞行轨迹，控制所述无人机在所述预设飞行轨迹上飞行。
第四方面，本发明实施例还提供了一种应用前述的坐标计算方法的飞行控制方法，应用于无人机，所述飞行控制方法还包括：将预设飞行轨迹映射到所述临时坐标系；依据所述实时坐标和映射到所述临时坐标系的预设飞行轨迹，控制所述无人机所述临时坐标系中沿所述预设飞行轨迹飞行。
第五方面，本发明实施例还提供了一种无人机，所述无人机包括：存储器；处理器；及飞行控制系统；所述飞行控制系统包括坐标计算装置，所述坐标计算装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模块，所述坐标计算装置包括：建立模块，用于建立基于所述无人机的临时坐标系；获取模块，用于获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；计算模块，用于基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；以及基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
本发明实施例提供的坐标计算方法及装置、飞行控制方法及系统、无人机，通过建立基于无人机的临时坐标系，获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。本发明可以使无人机的飞行不限制在特定的场景，即使在GPS信号较弱的地方也能完成航线飞行，提高了用户体验。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的无人机的结构框图。
图2示出了本发明实施例提供的无人机坐标计算装置的功能框图。
图3示出了本发明实施例提供的无人机坐标计算方法的流程图。
图4示出了本发明实施例提供的无人机飞行控制系统的功能框图。
图5示出了本发明实施例提供的无人机飞行控制方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，是无人机100的方框示意图。所述无人机100包括飞行控制系统300(其包括坐标计算装置200)、存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105以及传感器组件106及其他。所述存储器101、存储控制器102、处理器103以及外设接口104、输入输出单元105以及传感器组件106各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述坐标计算装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述坐标计算装置200包括的软件功能模块或计算机程序。
其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器101(Random Access Memory，RAM)，只读存储器101(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器101(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器101(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器101(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序，本发明实施例任一实施例揭示的流程定义的服务器/计算机所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。
处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器103(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。处理器103可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。
所述外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
输入输出单元105用于提供给用户输入数据实现用户与该无人机100的交互。所述输入输出单元105可以是，但不限于，按键，用于响应用户的操作而输出对应的信号。
传感器组件106用于响应用户的操作而输出对应的信号。在本实施例中，该传感器组件106可以是，但不限于，GPS传感器、光流传感器、超声波传感器、声控传感器、气压计、惯导系统等。上述惯导系统包括加速度计与陀螺仪两部分，常用的加速度计包括压电型、微型电子机械系统(Micro-Electro Mechanical System，MEMS)等，用于测量加速度；常用的陀螺仪包括微型电子机械系统(Micro-Electro Mechanical System，MEMS)、静电陀螺、光纤陀螺等，用于测量角速度。
可以理解，图1所示的结构仅为示意，无人机100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
请参阅图2，本发明第一实施例提供一种坐标计算装置200，应用于无人机100，坐标计算装置200包括：GPS坐标系屏蔽模块210、建立模块220、检测模块230、获取模块240以及计算模块250。
GPS坐标系屏蔽模块210，用于在建立临时坐标系之前屏蔽GPS坐标系。
由于无人机100通常情况使用的是GPS坐标系，在本发明实施例中，需要无人机100建立临时坐标系以替代GPS坐标系，因此，在建立临时坐标系之前，可以由GPS坐标系屏蔽模块210屏蔽GPS坐标系。
建立模块220，用于建立基于所述无人机100的临时坐标系。
在本发明实施例中，用户可以通过遥控终端发送启用临时坐标系的控制指令，无人机100收到该控制指令后，由建立模块210建立临时坐标系，该临时坐标系是基于无人机100自身的位置临时建立的，例如，无人机100在收到启用临时坐标系的控制指令时，以无人机100的当前位置作为临时坐标系的坐标原点O(0，0，0)，以正北方向为Y轴方向，以正东方向为X轴方向，以垂直于水平面向上的方向为Z轴方向，建立满足右手定则的临时坐标系(特殊需求下，坐标系X,Y,Z轴方向可任意定义，右手定则不是必要的)。
检测模块230，用于检测无人机100的惯导系统是否工作正常。
在本发明实施例中，检测模块230检测惯导系统是否工作正常可以包括以下两种方法：1、检测惯导系统是否输出工作正常的标志；2、对惯导系统在预设时间段内输出的数据进行分析，判断数据是否正常。
检测模块230还用于检测无人机100的速度测量仪是否工作正常。
在本发明实施例中，无人机100除了设有惯导系统以外，还可以设有其他速度测量仪，例如光流、GPS测速等，检测模块230检测速度测量仪是否工作正常可以包括以下两种方法：1、检测速度测量仪是否输出工作正常的标志；2、对速度测量仪在预设时间段内输出的数据进行分析，判断数据是否正常。
检测模块230还用于检测无人机100的位移测量仪是否工作正常。
在本发明实施例中，无人机100除了设有惯导系统、速度测量仪以外，还可以设有其他位移测量仪，例如双目测距、超声测距等，检测模块230检测位移测量仪是否工作正常可以包括以下两种方法：1、检测位移测量仪是否输出工作正常的标志；2、对位移测量仪在预设时间段内输出的数据进行分析，判断数据是否正常。
获取模块240，用于获取无人机100于临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值。
在本发明实施例中，若检测模块230检测到无人机100的惯导系统工作正常，则由获取模块230获取无人机100于临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值。其中，获取模块230可以从惯导系统的加速度计获取所述加速度值，以及从无人机100的存储器101获取所述前一时刻速度、前一时刻坐标。
计算模块250，用于基于所述前一时刻速度和加速度值，计算无人机100于临时坐标系三个轴向的实时速度；以及基于无人机于临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算无人机100于临时坐标系的实时坐标。
在本发明实施例中，基于所述三个轴向的前一时刻速度和加速度值，计算无人机100于临时坐标系三个轴向的实时速度包括速度测量仪工作异常和工作正常两种情况下的不同计算方法。
当速度测量仪工作异常时，计算模块250将所述三个轴向的前一时刻速度和加速度值进行积分计算，得到无人机100于临时坐标系三个轴向的实时速度。计算公式如下：
vx(t)＝vx(t-1)+ax·dt
vy(t)＝vy(t-1)+ay·dt
vz(t)＝vz(t-1)+az·dt
其中，vx(t)、vy(t)、vz(t)分别表示无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向实时速度，vx(t-1)、vy(t-1)、vz(t-1)分别表示无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向的前一时刻速度，ax、ay、az分别表示无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向的加速度值。
当所述速度测量仪工作正常时，计算模块250将所述三个轴向的前一时刻速度和加速度值进行积分计算得到的速度，与所述速度测量仪输出的速度进行加权计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度。计算公式如下(其中，速度测量仪为光流测量仪)：
vx(t)＝vix(t)·wix+vox(t)·wox
vy(t)＝viy(t)·wiy+voy(t)·woy
vz(t)＝viz(t)·wiz+voz(t)·woz
其中，vx(t)、vy(t)、vz(t)分别表示无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向的实时速度，vix(t)、viy(t)、viz(t)分别为所述三个轴向的前一时刻速度和加速度值进行积分计算得到的速度(亦即惯导系统得出的三个轴向的惯导速度)，wix、wiy、wiz分别为所述三个轴向的惯导速度所占权值，wix、wiy、wiz的大小根据惯导系统的精度而定，vox(t)、voy(t)、voz(t)分别为光流测量仪输出的所述三个轴向的光流速度，wox、woy、woy分别为所述三个轴向的光流速度所占权值，wox、woy、woy的大小根据光流测量仪的精度而定。
可以理解，速度测量仪还可以更多，只需将惯导系统得出的惯导速度与每一个速度测量仪输出的速度进行加权计算即可得到无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向的实时速度。
无人机100在每一时刻的实时速度均可以被存储于无人机100的存储器101，可以理解的是，在某一时刻无人机100于所述临时坐标系三个轴向的实时速度，可以作为下一时刻的前一时刻速度。
在本发明实施例中，基于无人机于临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算无人机100于临时坐标系的实时坐标，包括位移测量仪工作异常和工作正常两种情况下的不同计算方法。
当所述位移测量仪工作异常时，计算模块250将所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，得到所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。计算公式如下：
Lx(t)＝Lx(t-1)+vx·dt
Ly(t)＝Ly(t-1)+vy·dt
Lz(t)＝Lz(t-1)+vz·dt
其中，Lx(t)、Ly(t)、Lz(t)分别表示所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标，Lx(t-1)、Ly(t-1)、Lz(t-1)分别表示所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标，vx、vy、vz分别表示所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度。其中，vx、vy、vz可以为速度测量仪工作正常时的实时速度，也可以为速度测量仪工作异常时的实时速度。
当所述位移测量仪工作正常时，计算模块250将所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，再与所述位移测量仪输出的位移进行加权计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标。计算公式如下(其中，位移测量仪为双目测量仪)：
Lx(t)＝Lx(t-1)+vx·dt·wvx+ΔLsx·wsx
Ly(t)＝Ly(t-1)+vy·dt·wvy+ΔLsy·wsy
Lz(t)＝Lz(t-1)+vz·dt·wvz+ΔLsz·wsz
其中，Lx(t)、Ly(t)、Lz(t)分别表示无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标，Lx(t-1)、Ly(t-1)、Lz(t-1)分别表示无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标，vx、vy、vz分别表示无人机于临时坐标系三个轴向的实时速度，vx·dt、vy·dt、vz·dt分别表示无人机于临时坐标系三个轴向的速度积分得到的当前位移，wvx、wvy、wvz分别表示无人机于临时坐标系三个轴向的速度积分得到的当前位移所占权值，ΔLsx、ΔLsy、ΔLsz分别表示双目测量仪于临时坐标系三个轴向的当前位移，wsx、wsy、wsz分别表示双目测量仪于临时坐标系三个轴向的当前位移所占权值，wsx、wsy、wsz的大小根据双目测量仪的精度而定。
可以理解，位移测量仪还可以更多，只需将无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，然后与每一个位移测量仪输出的位移进行加权计算，即可得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标。
无人机100在每一时刻的实时坐标均可以被存储于无人机100的存储器101，可以理解的是，在某一时刻无人机100于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标，可以作为下一时刻的前一时刻坐标。
第二实施例
请参阅图3，本发明第二实施例提供一种坐标计算方法，应用于无人机100，坐标计算方法包括以下步骤：
步骤S1，检测是否启用临时坐标系。
在本发明实施例中，步骤S1可以由检测模块230执行。当用户通过遥控终端发送启用临时坐标系的控制指令，无人机100的检测模块230收到该控制指令后，则判定需要启用临时坐标系，执行步骤S2。若无人机100的检测模块230未收到该控制指令，则判定不需要启用临时坐标系，继续执行步骤S1。
步骤S2，屏蔽GPS坐标系。
在本发明实施例中，步骤S2可以由GPS坐标系屏蔽模块210执行。由于无人机100通常情况使用的是GPS坐标系，在本发明实施例中，需要无人机100建立临时坐标系以替代GPS坐标系，因此，在建立临时坐标系之前，可以由GPS坐标系屏蔽模块210屏蔽GPS坐标系。
步骤S3，建立基于无人机的临时坐标系。
在本发明实施例中，步骤S3可以由建立模块220执行。无人机100收到启用临时坐标系的控制指令后，由建立模块220建立临时坐标系，该临时坐标系是基于无人机100自身的位置临时建立的，例如，无人机100在收到启用临时坐标系的控制指令时，以无人机100的当前位置作为临时坐标系的坐标原点O(0，0，0)，以正北方向为Y轴方向，以正东方向为X轴方向，以垂直于水平面向上的方向为Z轴方向，建立满足右手定则的临时坐标系(特殊需求下，坐标系X,Y,Z轴方向可任意定义，右手定则不是必要的)。
步骤S4，检测惯导系统是否工作正常。
在本发明实施例中，步骤S4可以由检测模块230执行。检测模块230检测惯导系统是否工作正常可以包括以下两种方法：1、检测惯导系统是否输出工作正常的标志；2、对惯导系统在预设时间段内输出的数据进行分析，判断数据是否正常。
若惯导系统工作异常，则流程结束；若惯导系统工作正常，则执行获取无人机100于临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值的步骤，其中，惯导系统包括加速度计，所述获取所述无人机100于所述临时坐标系三个轴向的加速度值的步骤包括：从所述加速度计获取所述加速度值，以及从所述无人机获取预先存储的前一时刻速度和前一时刻坐标。然后，再执行步骤S5。
步骤S5，检测速度传感器是否工作正常。
在本发明实施例中，步骤S5可以由检测模块230执行。无人机100除了设有惯导系统以外，还可以设有其他速度测量仪，例如光流、GPS测速等，检测模块230检测速度测量仪是否工作正常可以包括以下两种方法：1、检测速度测量仪是否输出工作正常的标志；2、对速度测量仪在预设时间段内输出的数据进行分析，判断数据是否正常。
若速度传感器工作正常，则执行步骤S7；若速度传感器工作异常则执行步骤S6。其中，步骤S6和步骤S7是基于所述前一时刻速度和加速度值，计算无人机100于临时坐标系三个轴向的实时速度。
步骤S6，将所述前一时刻速度和加速度值进行积分计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度。
在本发明实施例中，步骤S6可以由计算模块250执行。当速度测量仪工作异常时，计算模块250执行步骤S6。计算公式如下：
vx(t)＝vx(t-1)+ax·dt
vy(t)＝vy(t-1)+ay·dt
vz(t)＝vz(t-1)+az·dt
其中，vx(t)、vy(t)、vz(t)分别表示无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向实时速度，vx(t-1)、vy(t-1)、vz(t-1)分别表示无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向的前一时刻速度，ax、ay、az分别表示无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向的加速度值。
步骤S7，将所述前一时刻速度和加速度值进行积分计算得到的速度，与所述速度测量仪输出的速度进行加权计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度。
在本发明实施例中，步骤S7可以由计算模块250执行。当所述速度测量仪工作正常时，计算模块250执行步骤S7，计算公式如下：
vx(t)＝vix(t)·wix+vox(t)·wox
vy(t)＝viy(t)·wiy+voy(t)·woy
vz(t)＝viz(t)·wiz+voz(t)·woz
其中，vx(t)、vy(t)、vz(t)分别表示无人机100于临时坐标系的X、Y、Z三个轴向的实时速度，vix(t)、viy(t)、viz(t)分别为所述三个轴向的前一时刻速度和加速度值进行积分计算得到的速度(亦即惯导系统得出的三个轴向的惯导速度)，wix、wiy、wiz分别为所述三个轴向的惯导速度所占权值，wix、wiy、wiz的大小根据惯导系统的精度而定，vox(t)、voy(t)、voz(t)分别为光流测量仪输出的所述三个轴向的光流速度，wox、woy、woy分别为所述三个轴向的光流速度所占权值，wox、woy、woy的大小根据光流测量仪的精度而定。
无人机100在每一时刻的实时速度均可以被存储于无人机100的存储器101，可以理解的是，在某一时刻无人机100于所述临时坐标系三个轴向的实时速度，可以作为下一时刻的前一时刻速度。
步骤S8，检测位移传感器是否工作正常。
在本发明实施例中，步骤S8可以由检测模块230执行。无人机100除了设有惯导系统和速度传感器以外，还可以设有其他位移测量仪，例如双目测距、超声测距等，检测模块230检测位移测量仪是否工作正常可以包括以下两种方法：1、检测位移测量仪是否输出工作正常的标志；2、对位移测量仪在预设时间段内输出的数据进行分析，判断数据是否正常。
在速度测量仪工作正常的情况下，若位移传感器工作正常，则执行步骤S10，若位移传感器工作异常，则执行步骤S9；在速度测量仪工作异常的情况下，若位移传感器工作正常，则执行步骤S10，若位移传感器工作异常，则执行步骤S9。其中，步骤S9和步骤S10是基于无人机于临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度，计算无人机100于临时坐标系的实时坐标。
步骤S9，将所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，得到所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
在本发明实施例中，步骤S9可以由计算模块250执行。计算公式如下：
Lx(t)＝Lx(t-1)+vx·dt
Ly(t)＝Ly(t-1)+vy·dt
Lz(t)＝Lz(t-1)+vz·dt
其中，Lx(t)、Ly(t)、Lz(t)分别表示所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标，Lx(t-1)、Ly(t-1)、Lz(t-1)分别表示所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标，vx、vy、vz分别表示所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度。其中，vx、vy、vz可以为速度测量仪工作正常时(步骤S7)计算出的实时速度，也可以为速度测量仪工作异常时(步骤S6)计算出的实时速度。
步骤S10，将所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，再与所述位移测量仪输出的位移进行加权计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标。
在本发明实施例中，步骤S10可以由计算模块250执行。计算公式如下(其中，位移测量仪为双目测量仪)：
Lx(t)＝Lx(t-1)+vx·dt·wvx+ΔLsx·wsx
Ly(t)＝Ly(t-1)+vy·dt·wvy+ΔLsy·wsy
Lz(t)＝Lz(t-1)+vz·dt·wvz+ΔLsz·wsz
其中，Lx(t)、Ly(t)、Lz(t)分别表示无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标，Lx(t-1)、Ly(t-1)、Lz(t-1)分别表示无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标，vx、vy、vz分别表示无人机于临时坐标系三个轴向的实时速度，vx·dt、vy·dt、vz·dt分别表示无人机于临时坐标系三个轴向的速度积分得到的当前位移，wvx、wvy、wvz分别表示无人机于临时坐标系三个轴向的速度积分得到的当前位移所占权值，ΔLsx、ΔLsy、ΔLsz分别表示双目测量仪于临时坐标系三个轴向的当前位移，wsx、wsy、wsz分别表示双目测量仪于临时坐标系三个轴向的当前位移所占权值，wsx、wsy、wsz的大小根据双目测量仪的精度而定。
步骤S11，将实时坐标发送给存储器。
在本发明实施例中，步骤S11可以由发送模块(图中未示)执行。无人机100在每一时刻的实时坐标均可以被发送至无人机100的存储器101进行存储，可以理解的是，在某一时刻无人机100于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标，可以作为下一时刻的前一时刻坐标。
步骤S12，检测是否关闭临时坐标系。
在本发明实施例中，步骤S12可以由检测模块230执行。用户可以通过遥控终端发送关闭临时坐标系的控制指令。若无人机的检测模块230接收到关闭临时坐标系的控制指令，则判定需要关闭临时坐标系，流程结束；若无人机的检测模块230未接收到关闭临时坐标系的控制指令，则判定不需要关闭临时坐标系，继续执行步骤S4。
第三实施例
请参阅图4，本发明第三实施例提供一种飞行控制系统300，其应用实施例一中所述的坐标计算装置200，该飞行控制系统300可以应用于无人机。飞行控制系统300包括：
坐标计算装置200，用于计算无人机100于临时坐标系的实时坐标。
在本发明实施例中，坐标计算装置200计算无人机100于临时坐标系的实时坐标的过程如实施例一所述，在此不再赘述。
映射模块310，用于将预设飞行轨迹映射到临时坐标系。
在本发明实施例中，可以利用遥控终端预先设定无人机100的飞行轨迹，预设飞行轨迹可以为环绕飞行、直线飞行等等。
对于复杂的飞行轨迹，可以预先将飞行轨迹存储于无人机100的存储器101中，该预先存储的飞行轨迹是基于原始坐标系，该原始坐标系是以轨迹开始点为原点，以正北方向为Y轴正方向，以正东为X轴正方向建立的符合右手定则的坐标系。
首先，计算将原始坐标系旋转至临时坐标系的旋转矩阵，旋转矩阵可以表示为：
其中Aa-＞b'表示原始坐标系a方向上单位矢量在临时坐标系b'方向上的投影大小。
然后，将原始坐标系下的轨迹坐标乘以旋转矩阵，得到临时坐标系下的轨迹坐标，计算公式如下：
最后，将计算得到的临时坐标系下的轨迹坐标加上设定的轨迹起始点坐标，得到临时坐标系下的轨迹，实现了将预设飞行轨迹映射到临时坐标系。
对于简单的飞行轨迹，例如环绕飞行、直线飞行等，可以无需预先将飞行轨迹存储于无人机100的存储器101中，而可以临时计算。
当无人机执行环绕飞行时，由于在临时坐标系下，无人机均为围绕临时坐标系的原点飞行，所以在无人机得到了临时坐标系下的轨迹起始点(Ix',Iy',Iz')后，即可得到半径：
然后，计算飞行轨迹为：
Ix(t)＝R·cos(θ0+ω·t)
Iy(t)＝R·sin(θ0+ω·t)
其中θ0为轨迹起始点相对于临时坐标系的原点的方向与y轴的夹角。
执行模块320，用于依据所述实时坐标和映射到所述临时坐标系的预设飞行轨迹，控制所述无人机在所述预设飞行轨迹上飞行。
在本发明实施例中，执行模块320首先依据实时坐标控制无人机飞行至预设飞行轨迹上的轨迹起始点，然后在收到遥控终端的开始指令后，依据实时坐标控制无人机依次到达预设飞行轨迹上的各个目标点，以实现无人机在所述预设飞行轨迹上飞行。
第四实施例
请参阅图5，本发明第四实施例提供一种飞行控制方法，其应用实施例二中所述的坐标计算方法，该飞行控制方法可以应用于无人机。飞行控制方法包括以下步骤：
步骤S21，确认以当前点为坐标原点。
在本发明实施例中，步骤S21可以由坐标计算装置200的检测模块230执行。当检测模块230接收到遥控终端发送的启用临时坐标系的控制指令后，则判定以当前点为坐标原点。当无人机执行环绕飞行时，坐标原点可以作为环绕点，无人机环绕坐标原点飞行。
步骤S22，屏蔽GPS坐标系。
在本发明实施例中，步骤S22可以由坐标计算装置200的GPS坐标系屏蔽模块210执行。屏蔽GPS坐标系的方法与实施例二中所述的方法相同，在此不再赘述。
步骤S23，建立临时坐标系。
在本发明实施例中，步骤S23可以由坐标计算装置200的建立模块220执行。建立临时坐标系的方法与实施例二中所述的方法相同，在此不再赘述。
步骤S24，计算无人机100于临时坐标系的实时坐标。
在本发明实施例中，步骤S24可以由坐标计算装置200执行。坐标计算装置200计算无人机100于临时坐标系的实时坐标的方法如实施例二所述，在此不再赘述。
步骤S25，将预设飞行轨迹映射到临时坐标系。
在本发明实施例中，步骤S25可以由映射模块310执行。
具体的，对于复杂的飞行轨迹，可以预先将飞行轨迹存储于无人机100的存储器101中，该预先存储的飞行轨迹是基于原始坐标系，该原始坐标系是以轨迹开始点为原点，以正北方向为Y轴正方向，以正东为X轴正方向建立的符合右手定则的坐标系。
首先，计算将原始坐标系旋转至临时坐标系的旋转矩阵，旋转矩阵可以表示为：
其中Aa-＞b'表示原始坐标系a方向上单位矢量在临时坐标系b'方向上的投影大小。
然后，将原始坐标系下的轨迹坐标乘以旋转矩阵，得到临时坐标系下的轨迹坐标，计算公式如下：
最后，将计算得到的临时坐标系下的轨迹坐标加上设定的临时坐标系下的轨迹起始点坐标，得到临时坐标系下的轨迹，实现了将预设飞行轨迹映射到临时坐标系。
对于简单的飞行轨迹，例如环绕飞行、直线飞行等，可以无需预先将飞行轨迹存储于无人机100的存储器101中，而可以临时计算。
当无人机执行环绕飞行时，由于在临时坐标系下，无人机均为围绕临时坐标系的原点飞行，所以在无人机得到了临时坐标系下的轨迹起始点(Ix',Iy',Iz')后，即可得到半径：
然后，计算飞行轨迹为：
Ix(t)＝R·cos(θ0+ω·t)
Iy(t)＝R·sin(θ0+ω·t)
其中θ0为轨迹起始点相对于临时坐标系的原点的方向与y轴的夹角。
步骤S26，依据所述实时坐标和映射到所述临时坐标系的预设飞行轨迹，控制所述无人机在所述预设飞行轨迹上飞行。
在本发明实施例中，步骤S26可以由执行模块320执行。
本发明提供一种坐标计算方法及装置、飞行控制方法及系统、无人机，通过建立基于无人机的临时坐标系，获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。本发明可以使无人机的飞行不限制在特定的场景，即使在GPS信号较弱的地方也能完成航线飞行，提高了用户体验。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (21)
1.一种坐标计算装置，应用于无人机，其特征在于，所述坐标装置包括：
建立模块，用于建立基于所述无人机的临时坐标系；
获取模块，用于获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；
计算模块，用于基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；以及基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
2.如权利要求1所述的坐标计算装置，其特征在于，所述建立模块还用于以所述无人机的当前位置作为所述临时坐标系的坐标原点，建立所述临时坐标系。
3.如权利要求2所述的坐标装置，其特征在于，所述建立模块还用于以正北方向为Y轴方向，以正东方向为X轴方向，以垂直于水平面向上的方向为Z轴方向，建立满足右手定则的临时坐标系。
4.如权利要求1所述的坐标计算装置，其特征在于，所述坐标计算装置还包括检测模块，用于检测所述无人机的惯导系统是否工作正常，若所述无人机的惯导系统工作正常，则所述获取模块获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值，其中，所述惯导系统包括加速度计，所述获取模块用于从所述加速度计获取所述加速度值，以及从所述无人机获取预先存储的前一时刻速度和前一时刻坐标。
5.如权利要求1所述的坐标计算装置，其特征在于，所述检测模块还用于检测所述无人机的速度测量仪是否工作正常，若所述速度测量仪工作正常，则所述计算模块将所述前一时刻速度和加速度值进行积分计算得到的速度，与所述速度测量仪输出的速度进行加权计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；若所述速度测量仪工作异常，则所述计算模块将所述前一时刻速度和加速度值进行积分计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度。
6.如权利要求1所述的坐标计算装置，其特征在于，所述检测模块还用于检测所述无人机的位移测量仪是否工作正常，若所述位移测量仪工作正常，则所述计算模块将所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，再与所述位移测量仪输出的位移进行加权计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标；若所述位移测量仪工作异常，则将所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，得到所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
7.如权利要求1所述的坐标计算装置，其特征在于，所述坐标计算装置还包括GPS坐标系屏蔽模块，所述GPS坐标系屏蔽模块用于在建立基于无人机的临时坐标系之前临时屏蔽GPS坐标系。
8.一种坐标计算方法，应用于无人机，其特征在于，所述坐标计算方法包括：
建立基于所述无人机的临时坐标系；
获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；
基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；
基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
9.如权利要求8所述的坐标计算方法，其特征在于，所述建立基于所述无人机的临时坐标系包括：以所述无人机的当前位置作为所述临时坐标系的坐标原点，建立所述临时坐标系。
10.如权利要求9所述的坐标方法，其特征在于，所述以所述无人机的当前位置作为所述临时坐标系的坐标原点，建立所述临时坐标系包括：以正北方向为Y轴方向，以正东方向为X轴方向，以垂直于水平面向上的方向为Z轴方向，建立满足右手定则的临时坐标系。
11.如权利要求8所述的坐标计算方法，其特征在于，所述坐标计算方法还包括：检测所述无人机的惯导系统是否工作正常，若所述无人机的惯导系统工作正常，则执行所述获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值的步骤，其中，所述惯导系统包括加速度计，所述获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的加速度值的步骤包括：从所述加速度计获取所述加速度值，以及从所述无人机获取预先存储的前一时刻速度和前一时刻坐标。
12.如权利要求8所述的坐标计算方法，其特征在于，所述坐标计算方法还包括：检测所述无人机的速度测量仪是否工作正常，若所述速度测量仪工作正常，则将所述前一时刻速度和加速度值进行积分计算得到的速度，与所述速度测量仪输出的速度进行加权计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；若所述速度测量仪工作异常，则将所述前一时刻速度和加速度值进行积分计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度。
13.如权利要求8所述的坐标计算方法，其特征在于，所述坐标计算方法还包括：检测所述无人机的位移测量仪是否工作正常，若所述位移测量仪工作正常，则将所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，再与所述位移测量仪输出的位移进行加权计算，得到所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时坐标；若所述位移测量仪工作异常，则将所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻坐标和实时速度进行积分计算，得到所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
14.如权利要求8所述的坐标计算方法，其特征在于，所述坐标计算方法还包括：在所述建立基于无人机的临时坐标系的步骤之前临时屏蔽GPS坐标系的步骤。
15.一种应用权利要求1-7所述的坐标计算装置的飞行控制系统，应用于无人机，其特征在于，所述飞行控制系统还包括：
映射模块，用于将预设飞行轨迹映射到所述临时坐标系；
执行模块，用于依据所述实时坐标和映射到所述临时坐标系的预设飞行轨迹，控制所述无人机在所述临时坐标系中沿所述预设飞行轨迹飞行。
16.如权利要求15所述的飞行控制系统，其特征在于，所述建立模块还用于建立基于所述预设飞行轨迹的原始坐标系，所述映射模块还用于：
计算将所述原始坐标系旋转至所述临时坐标系的旋转矩阵；
将原始坐标系下的轨迹坐标乘以所述旋转矩阵，得到所述临时坐标系下的轨迹坐标；以及
将计算得到的临时坐标系下的轨迹坐标加上设定的临时坐标系下的轨迹起始点坐标，得到临时坐标系下的轨迹。
17.一种应用权利要求8-14所述的坐标计算方法的飞行控制方法，应用于无人机，其特征在于，所述飞行控制方法还包括：
将预设飞行轨迹映射到所述临时坐标系；
依据所述实时坐标和映射到所述临时坐标系的预设飞行轨迹，控制所述无人机在所述临时坐标系中沿所述预设飞行轨迹飞行。
18.如权利要求17所述的飞行控制方法，其特征在于，所述将预设飞行轨迹映射到所述临时坐标系包括：
建立基于所述预设飞行轨迹的原始坐标系；
计算将所述原始坐标系旋转至所述临时坐标系的旋转矩阵；
将原始坐标系下的轨迹坐标乘以所述旋转矩阵，得到所述临时坐标系下的轨迹坐标；以及
将计算得到的临时坐标系下的轨迹坐标加上设定的临时坐标系下的轨迹起始点坐标，得到临时坐标系下的轨迹。
19.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括：
存储器；
处理器；及
飞行控制系统；
所述飞行控制系统包括坐标计算装置，所述坐标计算装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模块，所述坐标计算装置包括：
建立模块，用于建立基于所述无人机的临时坐标系；
获取模块，用于获取所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的前一时刻速度、前一时刻坐标以及加速度值；
计算模块，用于基于所述前一时刻速度和加速度值，计算所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度；以及基于所述无人机于所述临时坐标系三个轴向的实时速度和所述前一时刻坐标，计算所述无人机于所述临时坐标系的实时坐标。
20.如权利要求19所述的无人机，其特征在于，所述飞行控制系统还包括：
映射模块，用于将预设飞行轨迹映射到所述临时坐标系；
执行模块，用于依据所述实时坐标和映射到所述临时坐标系的预设飞行轨迹，控制所述无人机在所述临时坐标系中沿所述预设飞行轨迹飞行。
21.如权利要求19所述的无人机，其特征在于，所述坐标计算装置还包括GPS坐标系屏蔽模块，所述GPS坐标系屏蔽模块用于在建立基于无人机的临时坐标系之前临时屏蔽GPS坐标系。
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