CN106843263B - 一种无人机飞行控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机飞行控制方法及系统，包括有如下步骤：根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行；接收控制基站发送的实时飞行控制信息；根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行。该控制方法及系统保证无人机的整个飞行过程中是可控的，通信正常时，无人机可根据控制基站的控制指令实时调整其飞行状态和动作；通信链路出现问题时，无人机根据预设飞行控制信息依旧能完成一套完整的飞行动作。该控制方法及系统可以有效地避免因通信链路问题造成无人机失控的情况出现，控制效果更好，适于使用。
Description
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
过去几十年，随着计算机技术、控制技术及传感器技术的发展，无人机技术取得了重大进展，其具备结构简单、飞行灵活等特点，因此在航拍、农业灌溉、电力巡检、遥感遥测、空中表演等方面取得了广泛的关注和应用，其中，无人机空中表演更是深受大众的喜爱，其通过多架无人机组成阵列来完成灯光、烟火等表演，给人带来视觉的享受和满足。
目前，无人机进行灯光、烟火等阵列表演采用多飞机控制方式，主要是采用地面基站对多架无人机实时发送控制指令的方式实现，该方式在通信正常时可以完成整套动作表演，但一旦通信链路受到干扰时，部分或全部无人机将因无法接收到地面控制基站的控制指令而失去控制，造成表演混乱或中断。鉴于此，需要寻找一种可以避免因通信链路的影响而造成的无人机无法正常飞行及动作表演的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可避免因通信链路的影响而造成无人机无法正常飞行的无人机飞行控制方法及系统。
为了解决上述技术问题，本发明公开了如下技术方案：一种无人机飞行控制方法，包括有如下步骤：
根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行；
接收控制基站发送的实时飞行控制信息；
根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行。
进一步地，所述根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行之前，还包括：
无人机启动前，标定无人机的起飞位置；
无人机启动时，无人机计数器开始计数。
进一步地，所述预设飞行控制信息包括预设航点信息和预设动作信息。
进一步地，所述实时飞行控制信息包括返航指令、控制基站计数器的计数值和实时动作信息，所述根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行，包括：
a、判断所述实时飞行控制信息中是否有返航指令，若是，无人机立即返航；若否，执行步骤b；
b、判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，无人机保持当前飞行速度和所述预设航点信息飞行并执行步骤c；若否，无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置并执行步骤c；
c、判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，无人机根据所述预设动作信息完成动作；若否，无人机根据所述实时动作信息调整动作。
进一步地，所述实时飞行控制信息包括控制基站计数器的计数值和实时动作信息，所述根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行，包括：
a、判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，无人机保持当前飞行速度和所述预设航点信息飞行并执行步骤b；若否，无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置并执行步骤b；
b、判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，无人机根据所述预设动作信息完成动作；若否，无人机根据所述实时动作信息调整动作。
进一步地，所述实时动作信息包括灯光指令、烟火指令和射灯指令中的一个或多个。
一种无人机飞行控制系统，其特征在于，包括：
预存控制模块，用于根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行；
信息接收模块，用于接收控制基站发送的实时飞行控制信息；
实时控制模块，用于根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行。
进一步地，所述无人机飞行控制系统还包括：
定位模块，用于启动前定位无人机的起飞位置及飞行过程中定位无人机的实时航点位置；
计数模块，用于无人机启动时，无人机计数器开始计数。
进一步地，所述实时控制模块包括：
返航控制子模块，用于判断所述实时飞行控制信息中是否有返航指令，若是，控制无人机立即返航；
计数控制子模块，用于判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，控制无人机保持当前飞行速度和所述预设航点信息飞行；若否，控制无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置；
动作控制子模块，用于判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，控制无人机根据所述预设动作信息完成动作；若否，控制无人机根据所述实时动作信息调整动作。
进一步地，所述实时控制模块包括：
计数控制子模块，用于判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，控制无人机保持当前飞行速度和所述预设航点信息飞行；若否，控制无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置；
动作控制子模块，用于判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，控制无人机根据所述预设动作信息完成动作；若否，控制无人机根据所述实时动作信息调整动作。
本发明的有益技术效果是：无人机起飞后根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行，飞行过程中，无人机接收控制基站发送的实时飞行控制信息并根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行。该控制方法及系统保证无人机的整个飞行过程中是可控的，通信正常时，无人机可根据控制基站的控制指令实时调整其飞行状态和动作；通信链路出现问题时，无人机根据预设飞行控制信息依旧能完成一套完整的飞行动作。该控制方法及系统可以有效地避免因通信链路问题造成无人机失控的情况出现，控制效果更好，适于使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种无人机飞行控制方法的工作流程图；
图2是本发明实施例提供的根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行的一具体流程图。
图3是本发明实施例提供的根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行的另一具体流程图。
图4是本发明实施例提供的一种无人机飞行控制系统的结构方框图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合示意图对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1所示，本发明所公开的无人机飞行控制方法包括有如下步骤。
步骤S10：无人机启动前，标定无人机的起飞位置。
无人机到达起飞位置，获取起飞位置的位置信息并将该位置信息转换为无人机系统采用的世界坐标系中的X、Y坐标。在本实施例中，无人机进行室外飞行表演，通过GPS定位装置获取起飞位置的经纬度，并将该起飞位置的经纬度标定为原点，即X、Y坐标为(0，0)。在其他实施例中，无人机中的定位装置还可选用超宽带测距、VICON视觉定位系统等。
步骤S11：无人机启动时，无人机计数器开始计数。
正常情况下，控制基站发送起飞指令并开启计数，无人机接收起飞指令起飞并同步计数，控制基站计数器的计数值与无人机计数器的计数值是同步的。但实际工作中，由于外部天气或通讯障碍等方面的问题，无人机无法及时接收到起飞指令，起飞延迟，无人机计数器的计数值小于控制基站计数器的计数值，无人机实时航点位置与控制基站的预设航点位置不同步，尤其是当有多架无人机同时受控于控制基站进行同步飞行时，起飞延迟的无人机与准时起飞的无人机不同步，因此需要对起飞延迟的无人机进行调整。
步骤S12：根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行。
预设飞行控制信息在无人机起飞前已经预存入无人机中，预存的方式有多种，如无线通信的方式，控制基站发送预设飞行控制信息给无人机预存；或者如拷贝方式，直接将预设飞行控制信息拷贝存储入无人机中。
在本实施例中，预设飞行控制信息包括预设航点信息和预设动作信息，该预设航点信息指无人机的从起飞到降落整条航线的航点位置信息，该航线可以是直线、弧线、圆圈等不同的飞行路线；该预设动作信息包括多种动作控制指令，如灯光指令、烟火指令和射灯指令等，通过该预设动作信息可以控制无人机进行灯光表演、烟火表演和射灯表演中的一个或多个动作表演。
步骤S13：接收控制基站发送的实时飞行控制信息。
为了实时控制无人机的飞行动作，无人机飞行过程中，控制基站定时或不定时地发送实时飞行控制信息给无人机，无人机根据所接收的实时飞行控制信息调整飞行。在本实施例中，控制基站采用心跳包方式定时发送实时飞行控制信息给无人机。
步骤S14：根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行。
本实施例中，实时飞行控制信息包括返航指令、控制基站计数器的计数值和控制基站的实时动作信息。如图2所示，根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行包括：
步骤S140：判断所述实时飞行控制信息中是否有返航指令，若是，无人机立即返航(步骤S1401)；若否，执行步骤S141；
步骤S141：判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，无人机保持当前飞行速度和预设航点信息飞行(步骤S1411)并执行步骤S142；若否，无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置(步骤S1412)并执行步骤S142。例如，当实时飞行控制信息中控制基站计数器的计数值为100，此时预设航点信息的位置坐标为(10，300)，判断无人机计数器与控制基站计数器的计数值是否相同，若无人机计数器的计数值也为100，此时无人机的实时航点位置与预设航点信息中的位置相同，即(10，300)；若无人机计数器的计数值为95，此时实时航点位置坐标(9，280)，无人机计数器的计数值小于控制基站计数器的计数值，且无人机的实时航点位置与预设航点信息中的位置有一定偏差，此时需要对无人机计数器的计数值及飞行速度进行调整，调整计数值以使无人机计数器与控制基站计数器同步，调整飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到预设航点信息位置，保证实际飞行轨迹与预设飞行轨迹的一致。
步骤S142：判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，无人机根据所述预设动作信息完成动作(步骤S1421)；若否，无人机根据所述实时动作信息调整动作(步骤S1422)。
在其他实施例中，所述实时飞行控制信息可以仅包括控制基站计数器的计数值和控制基站的实时动作信息。如图3所示，根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行的步骤包括：
步骤S141’：判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，无人机保持当前飞行速度和预设航点信息飞行(步骤S1411’)并执行步骤S142’；若否，无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置(步骤S1412’)并执行步骤S142’；
步骤S142’：判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，无人机根据所述预设动作信息完成动作(步骤S1421’)；若否，无人机根据所述实时动作信息调整动作(步骤S1422’)。
在本实施例中，控制基站发送的实时动作信息包括灯光指令、烟火指令和射灯指令中的一个或多个。无人机判断预设动作信息与实时动作信息是否相同，例如某一时刻预设动作信息是灯光指令，其控制无人机中的第一个灯进行闪烁时，若此刻的实时动作信息是灯光指令和烟火指令，且灯光指令指示无人机关闭所有灯光，烟火指令指示无人机喷出红色烟火，则该实时动作信息与预设动作信息不相同，此时无人机系统会控制无人机根据实时动作信息工作，即关闭闪烁灯光并喷出红色烟火。若此刻实时动作信息是灯光指令且控制无人机的第一个灯进行闪烁，则该实时动作信息与预设动作信息相同，无人机根据该预设动作信息完成动作，即控制无人机中的第一个灯进行闪烁。
为了实现无人机丰富多彩的动作表演，通常情况下，无人机上设有多个不同颜色灯光，如赤橙黄绿青蓝紫七色灯光，无人机通过灯光指令来控制灯光的打开、关闭或闪烁等表演；无人机内存储有多种烟火，如红色烟火、彩色烟火或者某些图案烟火等，无人机通过烟火指令的控制喷出不同的烟火进行表演；无人机中设有一个三轴云台，三轴云台上面放置一个直射灯或激光笔来实现定向光束照射，无人机通过射灯指令控制无人机在空中表演时向地面上投射出某些图案，达到射灯表演的效果。
操作控制该无人机时，控制基站发送预设飞行控制信息给无人机，无人机可根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行，飞行过程中，无人机接收控制基站发送的实时飞行控制信息，并根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行。由此，保证无人机的整个飞行过程是可控的，若通信链路出现问题，无人机无法接收控制基站发送的实时飞行控制信息，无人机可以根据预设飞行控制信息来完成一套完整的飞行动作；若通信正常，无人机可根据所接收的实时飞行控制信息来实时调整其飞行和动作。该控制方法可以有效地避免通信链路问题造成无人机失控的情况出现，控制效果好，适于使用。
对应于本发明公开的一种无人机飞行控制方法，本发明实施例提供的一种无人机飞行控制系统，控制系统的实施例基于上述控制方法的实施例实现，在系统中未尽的描述，请参考前述控制方法的实施例。
如图4所示，本发明具体实施例提供的一种无人机飞行控制系统，包括：
定位模块10，用于启动前定位无人机的起飞位置及飞行过程中定位无人机的实时航点位置。
无人机到达起飞位置，通过定位模块获取起飞位置的位置信息，并将该位置信息转换为无人机系统采用的世界坐标系中的X、Y坐标。在本实施例中，无人机进行室外飞行表演，通过GPS定位装置获取起飞位置的经纬度，并将该起飞位置的经纬度标定为原点，即X、Y坐标为(0，0)。在其他实施例中，无人机中的定位装置还可选用超宽带测距、VICON视觉定位系统等。
飞行过程中，通过定位模块10获取无人机的实时航点位置，通过该实时航点位置与预设航点信息的比较调节无人机的飞行速度，以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置，保证实际飞行轨迹与预设飞行轨迹的一致。
计数模块11，用于无人机启动时，无人机计数器开始计数。
计数模块11从无人机启动时开启计数直至无人机完成飞行。正常情况下，控制基站发送起飞指令并开启计数，无人机接收起飞指令起飞并同步计数，控制基站计数器的计数值与无人机计数器的计数值是同步的。但实际工作中，由于外部天气或通讯障碍等方面的问题，但无人机无法及时接收到起飞指令，起飞延迟，无人机计数器的计数值小于控制基站计数器的计数值，无人机实时航点位置与控制基站的预设航点位置不同步，尤其是当有多架无人机同时受控于控制基站进行同步飞行时，起飞延迟的无人机与准时起飞的无人机不同步，因此需要对起飞延迟的无人机进行调整。
预存控制模块12，用于根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行。
在本实施例中，预设飞行控制信息包括预设航点信息和预设动作信息，该预设航点信息指无人机的从起飞到降落整条航线的位置信息，该航线可以是直线、弧线、圆圈等不同的飞行路线；该预设动作信息包括多种动作控制指令，如灯光指令、烟火指令和射灯指令等，通过该预设动作信息可以控制无人机进行灯光表演、烟火表演或射灯表演中的一个或多个动作表演。
信息接收模块13，用于接收控制基站发送的实时飞行控制信息。
为了实时控制无人机的飞行动作，无人机飞行过程中，控制基站会定时或不定时地发送实时飞行控制信息给无人机，无人机根据所接收的实时飞行控制信息调整飞行。
实时控制模块14，用于根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行。
本实施例中，实时飞行控制信息包括返航指令、控制基站计数器的计数值和控制基站的实时动作信息。根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行的具体步骤请参阅图2及相关内容，在此不再赘述。
在其他实施例中，所述实时飞行控制信息可以仅包括控制基站计数器的计数值和控制基站的实时动作信息。根据所接收的实时飞行控制信息调整无人机的飞行的具体步骤请参阅图3及相关内容，在此不再赘述。
优选地，所述实时控制模块14包括：
返航控制子模块141，用于判断所述实时飞行控制信息中是否有返航指令，若是，控制无人机立即返航；
计数控制子模块142，用于判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，控制无人机保持当前飞行速度和所述预设航点信息飞行；若否，控制无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置；
动作控制子模块143，用于判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，控制无人机根据所述预设动作信息完成动作；若否，控制无人机根据所述实时动作信息调整动作。
当然，在其他优选实施例中，所述实时控制模块14可以仅包括：
计数控制子模块，用于判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，控制无人机保持当前飞行速度和所述预设航点信息飞行；若否，控制无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置；
动作控制子模块，用于判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，控制无人机根据所述预设动作信息完成动作；若否，控制无人机根据所述实时动作信息调整动作。
本实施例提供的一种无人机飞行控制方法及系统通过预存控制模块12、信息接收模块13、实时控制模块14等模块实现了无人机飞行过程的全程控制，即使无人机无法接收控制基站发送的实时飞行控制信息，还可以通过预存控制模块12控制无人机的飞行，避免无人机失控情况的发生。另外，该控制方法及系统适用于一架或多架无人机的飞行动作表演，尤其在进行多架无人机表演时，可以通过每一架无人机中的预存控制模块12和实时控制模块14可以实时调整其飞行和动作，达到一致协调的动作表演。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。
Claims (5)
1.一种无人机飞行控制方法，其特征在于，包括有如下步骤：
a、无人机启动前，标定无人机的起飞位置；
b、无人机启动时，无人机计数器开始计数；
c、根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行，所述预设飞行控制信息包括预设航点信息和预设动作信息；
d、接收控制基站发送的实时飞行控制信息，所述实时飞行控制信息包括控制基站计数器的计数值和实时动作信息；
e、判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，无人机保持当前飞行速度和所述预设航点信息飞行并执行步骤f；若否，无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置并执行步骤f；
f、判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，无人机根据所述预设动作信息完成动作；若否，无人机根据所述实时动作信息调整动作。
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，所述实时飞行控制信息还包括返航指令，所述判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同之前，还包括：
g、判断所述实时飞行控制信息中是否有返航指令，若是，无人机立即返航；若否，执行步骤e。
3.根据权利要求1或2所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述实时动作信息包括灯光指令、烟火指令和射灯指令中的一个或多个。
4.一种无人机飞行控制系统，其特征在于，包括：
定位模块，用于启动前定位无人机的起飞位置及飞行过程中定位无人机的实时航点位置；
计数模块，用于无人机启动时，无人机计数器开始计数；
预存控制模块，用于根据预存于无人机中的预设飞行控制信息以控制无人机的飞行；
信息接收模块，用于接收控制基站发送的实时飞行控制信息，所述实时飞行控制信息包括控制基站计数器的计数值和实时动作信息；
实时控制模块，所述实时控制模块包括：计数控制子模块，用于判断所述无人机计数器与所述控制基站计数器的计数值是否相同，若是，控制无人机保持当前飞行速度和所述预设航点信息飞行；若否，控制无人机调整所述无人机计数器的计数值和飞行速度以使无人机从实时航点位置准时调整到所述预设航点信息位置；动作控制子模块，用于判断所述预设动作信息与所述实时动作信息是否相同，若是，控制无人机根据所述预设动作信息完成动作；若否，控制无人机根据所述实时动作信息调整动作。
5.根据权利要求4所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述实时飞行控制信息还包括返航指令，所述实时控制模块还包括：
返航控制子模块，用于判断所述实时飞行控制信息中是否有返航指令，若是，控制无人机立即返航。
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