CN106970644B - 一种无人机高度显控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机高度显控方法，通过对高度表设计一种放大镜效果，对当前飞机飞行高度的一定范围进行刻度放大显示，解决了飞机飞行高度范围大需要全覆盖显示，同时又需要在起飞和降落时精确控制的矛盾问题。与之前的简单直接高度表设计方法相比，本方法可以对当前高度一定范围内精确控制，对回报高度刻度稠密精准显示，这样疏密分明设计，便于分清界线，焦点和注意容易集中在关键飞行区域内。

Description

一种无人机高度显控方法

技术领域

本发明涉及一种无人机参数显控技术，特别是涉及一种无人机高度显控方法。

背景技术

无人机飞行过程中，飞行高度是地面操作人员需要实时关注的重要参数。飞行高度在地面控制站中一般使用图形高度标尺与数字高度显示结合的方式，对于高度控制采用拖拽位于标尺旁高度控制箭头的方式完成。

高度标尺有静止标尺和运动标尺两种形式。

静止标尺能够显示从地面高度到无人机升限的整个高度范围，无人机飞行过程中，采用标尺中的柱状指示表示无人机当前高度，标尺本身保持不变。静止标尺的优点是可以完全展示无人机飞行的整个高度范围，在进行高度控制时，支持一次性大范围的高度控制量变化，缺点是无人机飞行高度范围较大时，限于屏幕显示限制无法进行精确的高度控制。

运动标尺一般只包括无人机当前高度附近的高度范围，无人机高度指示始终位于标尺中央，随着无人机高度变化，标尺刻度范围跟随高度运动。优点是在进行高度控制时，当目标高度在无人机当前高度附近时，可以精确控制高度控制量，缺点是无法支持无人机高度大幅度变化操作。

随着无人机技术的不断发展，无人机操控自动化和精确度要求不断提高，当前的高度表显控方式无法同时满足大范围高度调整和精确控制的需要。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术中无人机飞行控制界面有限，显示高度范围大，需要覆盖所有高度范围，又需要精确控制起飞、降落和巡航过程中的高度精确控制的问题，本发明提出一种无人机高度显控方法。

技术方案

一种无人机高度显控方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：设置边界条件

已知高度表范围的最大值为H_MAX，最小值为H_MIN，飞机当前飞行高度为h；屏幕坐标以左上点为原点，纵轴以向下为正，高度表最大值对应的屏幕纵坐标为Y_up，最小值对应的屏幕纵坐标为Y_down，高度表的屏幕长度为L，其中L＝Y_down-Y_up；

步骤2：高度表刻度设计

高度表刻度分为稀疏和稠密设计两种方式，飞机当前飞行高度h的正负Δh为放大显示内容，显示刻度间隔i；其他范围的刻度显示稀疏，刻度间隔为I＝k×i,k＞1；其中k为稀疏刻度间隔与稠密刻度间隔的比值；

步骤3：刻度标尺设计

显示刻度标尺设计分为三部分，上端刻度标尺、放大刻度标尺和下端刻度标尺，其中，显示放大刻度标尺的长度占整个高度表屏幕长度的比例为θ,0＜θ＜1，显示放大刻度标尺的长度为L_d＝θ×L，其余显示刻度标尺长度为L_r＝(1-θ)×L；除去放大刻度标尺显示的区域后，剩余高度的显示范围H_r：

H_r＝H_MAX-H_MIN-2×Δh

显示上端刻度标尺高度上限刻度值为高度表的最大值H_MAX，下限刻度值为h_up＝max(H_MIN+2Δh,min(h+Δh,H_MAX))，其中min()表示两者的最小值，max()表示两者的最大值；显示上端刻度标尺高度范围为H_f＝H_MAX-h_up；上限刻度值对应的屏幕坐标为Y_up，下限刻度值对应的屏幕纵坐标为：

显示放大刻度标尺高度上限刻度值为h_up，下限刻度值为h_down＝min(H_MAX-2Δh,max(h-Δh,H_MIN))；上限刻度值对应的屏幕坐标为Y₁，下限刻度值对应的屏幕纵坐标为Y₂＝Y₁+L_d；

显示下端刻度标尺高度上限刻度值为h_down，下限刻度值为高度表的最小值H_MIN，上限刻度值对应的屏幕坐标为Y₂，下限刻度值对应的屏幕纵坐标为Y_down；

步骤4：高度控制

高度控制采用鼠标拖拽箭头的方式发出高度控制指令，鼠标左键松开时高度控制指令发出，以箭头指示的标尺位置作为高度控制量；设箭头指示的标尺位置屏幕纵坐标为l_pt，则对应控制高度h_y计算方法如下：

①若l_pt＜Y₁，

h_y＝h_up+(H_MAX-h_up)/(Y₁-Y_up)×(Y₁-l_pt)

②若Y₁≤l_pt≤Y₂，

h_y＝h_down+(2×Δh)/L_d×(L_d-(l_pt-Y₁))

③若l_pt＞Y₂，

h_y＝H_MIN+(h_down-H_MIN)/(Y_down-Y₂)×(L-(l_pt-Y_up))。

有益效果

本发明提出的一种精确控制与全覆盖的无人机高度的仪表显控方法。通过对高度表设计一种放大镜效果，对当前飞机飞行高度的一定范围进行刻度放大显示，解决了飞机飞行高度范围大需要全覆盖显示，同时又需要在起飞和降落时精确控制的矛盾问题。

与之前的简单直接高度表设计方法相比，本方法可以对当前高度一定范围内精确控制，对回报高度刻度稠密精准显示，这样疏密分明设计，便于分清界线，焦点和注意容易集中在关键飞行区域内。

附图说明

图1高度与屏幕纵坐标转换示意图

图2高度表设计示意图

图3高度表设计实例图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明的核心思想在于全覆盖显控高度范围，并通过一种放大镜效果将飞行中需要密切关注的当前高度附近范围内刻度进行放大显示、实现精确控制。

本方法应用于西安爱生技术集团公司无人机精确控制与全覆盖高度表的设计过程。

下面通过应用实例说明高度表设计的过程。

1设置边界条件

某型无人机飞行高度范围为-500～20000米，H_MAX＝20000，最小值为H_MIN＝-500，已知精确控制的范围期望为当前高度的正负1000米，Δh＝1000，飞行监控界面留给高度显示区域的纵向屏幕坐标范围为10～400，那么首先确定高度表的边界条件，高度表上最大刻度值20000米对应屏幕纵坐标值为Y_up＝10，高度表上最小刻度值对应屏幕上纵坐标为Y_down＝400。

2高度表刻度设计

取放大刻度区域占整个高度表长度的1/3，θ＝1/3，放大显示刻度间隔为100米，其他显示刻度间隔为500米。

3刻度标尺设计

考虑到运行效率，程序在实现时，将各个刻度标尺显示飞行高度范围内的总长度标尺，分别画在内存区域上，采用三个Bitmap图片，分别截取当前显示的上端刻度标尺、放大刻度标尺与下端刻度标尺，来表示当前飞机的高度状态。

1)刻度总长度绘制

a)上端刻度标尺总长度绘制

上端刻度标尺显示长度占据高度表屏幕长度比例为2/3，整个上端刻度标尺屏幕总长度为260，整个上端刻度标尺高度的最小值为1500，对应屏幕纵坐标为400-390/3＝270。整个上端刻度标尺高度最大值为高度表的最大值20000米，对应的屏幕坐标为10。上端显示刻度间隔为500米。

b)放大刻度标尺总长度绘制

设飞机当前飞行高度为h，显示放大刻度高度最大值为h+1000，最小值为h-1000，显示放大刻度标尺的长度占整个高度表屏幕长度的比例为1/3，整个放大刻度标尺范围为高度表的范围，那么整个放大刻度标尺放大刻度的

c)下端刻度标尺总长度绘制

下端刻度标尺长度占据高度表屏幕长度的比例为2/3，整个下端刻度标尺的屏幕长度为260，下端刻度标尺高度的最小值为高度表的最小值H_MIN＝-500，对应的屏幕纵坐标为Y_down＝400。最大值为18500，对应屏幕纵坐标140。

2)飞机当前高度表示

除去放大刻度标尺显示的区域后，剩余高度的显示范围H_r＝18500，对应高度范围在高度表上的屏幕坐标范围为L_r＝260。

移动的放大刻度区域矩形上边长高度为h_up＝h+1000，下边长高度为h_down＝h-1000

放大区域矩形上边长位置与下边长位置根据当前高度不断变化，需要分情况讨论。

若h_down＜-500，则h_up＝1500，h_down＝-500

若h_up＞20000，则h_up＝20000，h_down＝18000

a)上端刻度显示

上端刻度显示矩形上边长对应屏幕纵坐标为10，下边长对应屏幕坐标纵坐标为

y1＝10+(20000-h_up)×260/18500

b)放大刻度显示

放大刻度显示矩形上边长对应屏幕纵坐标为

y2＝y1

，屏幕坐标下边长对应纵坐标为

y3＝y2+130

c)下端刻度显示

下端刻度显示矩形上边长对应屏幕纵坐标为

y4＝y3

，下边长对应屏幕纵坐标为

y5＝400

4高度控制

设箭头指示的标尺位置屏幕纵坐标为l_pt，则对应控制高度h_y，飞机高度的控制

分为三种情况。放大刻度上限刻度值对应的屏幕坐标为Y₁，下限刻度值对应的

屏幕纵坐标为Y₂。

Y₁＝10+(20000-h-1000)×260/18500

Y₂＝Y₁+130

①若l_pt＜Y₁，

h_y＝h_up+(20000-h_up)/(Y₁-10)×(Y₁-l_pt)

②若Y₁≤l_pt≤Y₂，

h_y＝h_down+(2000)/(130)×(130-(l_pt-Y₁))

③若l_pt＞Y₂，

h_y＝-500+(h_down+500)/(390-Y₂)×(390-(l_pt-10))。

Claims (1)

1.一种无人机高度显控方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：设置边界条件

已知高度表范围的最大值为H_MAX，最小值为H_MIN，飞机当前飞行高度为h；屏幕坐标以左上点为原点，纵轴以向下为正，高度表最大值对应的屏幕纵坐标为Y_up，最小值对应的屏幕纵坐标为Y_down，高度表的屏幕长度为L，其中L＝Y_down-Y_up；

步骤2：高度表刻度设计

高度表刻度分为稀疏和稠密设计两种方式，飞机当前飞行高度h的正负Δh为放大显示内容，显示刻度间隔i；其他范围的刻度显示稀疏，刻度间隔为I＝k×i，k＞1；其中k为稀疏刻度间隔与稠密刻度间隔的比值；

步骤3：刻度标尺设计

显示刻度标尺设计分为三部分，上端刻度标尺、放大刻度标尺和下端刻度标尺，其中，显示放大刻度标尺的长度占整个高度表屏幕长度的比例为θ，0＜θ＜1，显示放大刻度标尺的长度为L_d＝θ×L，其余显示刻度标尺长度为L_r＝(1-θ)×L；除去放大刻度标尺显示的区域后，剩余高度的显示范围H_r：

H_r＝H_MAX-H_MIN-2×Δh

显示上端刻度标尺高度，上限刻度值为高度表的最大值H_MAX，下限刻度值为h_up＝max(H_MIN+2Δh，min(h+Δh，H_MAX))，其中min()表示两者的最小值，max()表示两者的最大值；显示上端刻度标尺高度范围为H_f＝H_MAX-h_up；上限刻度值对应的屏幕坐标为Y_up，下限刻度值对应的屏幕纵坐标为：

显示放大刻度标尺高度，上限刻度值为h_up，下限刻度值为h_down＝min(H_MAX-2Δh，max(h-Δh，H_MIN))；此时上限刻度值对应的屏幕纵坐标为Y₁，下限刻度值对应的屏幕纵坐标为Y₂＝Y₁+L_d；

显示下端刻度标尺高度，上限刻度值为h_down，下限刻度值为高度表的最小值H_MIN，此时上限刻度值对应的屏幕纵坐标为Y₂，下限刻度值对应的屏幕纵坐标为Y_down；

步骤4：高度控制

高度控制采用鼠标拖拽箭头的方式发出高度控制指令，鼠标左键松开时高度控制指令发出，以箭头指示的标尺位置作为高度控制量；设箭头指示的标尺位置屏幕纵坐标为l_pt，则对应控制高度h_y计算方法如下：

①若l_pt＜Y₁，

h_y＝h_up+(H_MAX-h_up)/(Y₁-Y_up)×(Y₁-l_pt)

②若Y₁≤l_pt≤Y₂，

h_y＝h_down+(2×Δh)/L_d×(L_d-(l_pt-Y₁))

③若l_pt＞Y₂，

h_y＝H_MIN+(h_down-H_MIN)/(Y_down-Y₂)×(L-(l_pt-Y_up))。