CN107065912B - 检测飞行器落地的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测飞行器落地的方法及装置，该方法包括：获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；对飞行器姿态数据进行分析，得到飞行器姿态数据的幅频特性；根据幅频特性确定飞行器的动作状态。本发明根据飞行器姿态数据的幅频特性进行飞行器动作状态的确定，避免了飞行器姿态数据在时域上受各种噪声以及干扰的影响，使得确定出的飞行器的动作状态更加可靠，准确，并且，通过上述可靠的确定结果对飞行器采取相应的控制策略，也使得采取的控制策略更加准确，缓解了传统的飞行器落地检测方法可靠性较差的技术问题。

Description

检测飞行器落地的方法及装置

技术领域

本发明涉及飞行器的技术领域，尤其是涉及一种检测飞行器落地的方法及装置。

背景技术

多旋翼飞行器在地面着陆的状态或空中飞行的状态时，需要分别采用不同的控制策略，才能保证飞行器在地面时的安全性及空中飞行时的平稳性。因此，准确检测飞行器是否已经着陆对飞行器的飞行控制系统至关重要。

消费类飞行器(例如，航拍机、植保无人机等)由于成本限制，通常采用机载高度传感器(例如，气压计、GPS等)进行检测飞行器是否已经着陆，但是，机载高度传感器的检测精度有限，不能达到飞行器落地检测所需的精度。因此，判断得出的飞行器是否已经着陆的结果不够准确，可靠性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种检测飞行器落地的方法及装置，以缓解传统的飞行器落地检测方法可靠性较差的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种检测飞行器落地的方法，包括：

获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，所述飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，所述动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；

对所述飞行器姿态数据进行分析，得到所述飞行器姿态数据的幅频特性；

根据所述幅频特性确定所述飞行器的动作状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述飞行器姿态数据包括：所述飞行器的机身与水平面的角度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，对所述飞行器姿态数据进行分析，包括：

对所述角度进行傅立叶变换，以得到所述角度的幅频特性，其中，所述角度的幅频特性用于表示所述角度的幅值随频率的变化特性。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据所述幅频特性确定所述飞行器的动作状态，包括：

根据所述角度的幅频特性确定所述飞行器的动作状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据所述角度的幅频特性确定所述飞行器的动作状态包括：

判断所述角度的幅频特性是否满足着陆条件；

如果判断出满足所述着陆条件，则确定所述飞行器处于所述地面着陆状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述飞行器姿态数据还包括所述飞行器的竖直方向加速度，在判断出所述角度的幅频特性满足所述着陆条件之后，所述方法还包括：

判断所述飞行器的竖直方向加速度是否等于0；

如果所述飞行器的竖直方向加速度等于0，则确定所述飞行器处于所述地面着陆的状态。

第二方面，本发明实施例还提供了一种检测飞行器落地的装置，包括：

获取模块，用于获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，所述飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，所述动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；

分析模块，用于对所述飞行器姿态数据进行分析，得到所述飞行器姿态数据的幅频特性；

确定模块，用于根据所述幅频特性确定所述飞行器的动作状态。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述飞行器姿态数据包括：所述飞行器的机身与水平面的角度。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述分析模块包括：

傅立叶变换子模块，用于对所述角度进行傅立叶变换，以得到所述角度的幅频特性，其中，所述角度的幅频特性用于表示所述角度的幅值随频率的变化特性。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述确定模块包括：

确定子模块，用于根据所述角度的幅频特性确定所述飞行器的动作状态，其中

所述确定子模块包括：

第一判断单元，用于判断所述角度的幅频特性是否满足着陆条件；

第一确定单元，如果判断出所述角度的幅频特性满足所述着陆条件，则确定所述飞行器处于所述地面着陆状态。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种检测飞行器落地的方法及装置，该检测飞行器落地的方法包括：获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；对飞行器姿态数据进行分析，得到飞行器姿态数据的幅频特性；根据幅频特性确定飞行器的动作状态。

传统的检测飞行器是否已经落地的方法是通过机载高度传感器检测飞行器的高度进行的。与传统的检测飞行器落地的方法相比，本发明中的检测飞行器落地的方法是通过获取飞行器姿态数据，然后，对飞行器姿态数据进行分析，得到飞行器姿态数据的幅频特性，进而根据幅频特性确定飞行器的动作状态，其中，动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态。在本发明中，根据分析后的飞行器姿态数据的幅频特性进行飞行器动作状态的确定，避免了飞行器姿态数据在时域上受各种噪声以及干扰的影响，使得确定出的飞行器的动作状态更加可靠，准确，减少了漏判误判的机率，并且，通过上述可靠的确定结果对飞行器采取相应的控制策略，也使得采取的控制策略更加准确，缓解了传统的飞行器落地检测方法可靠性较差的技术问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种检测飞行器落地的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的根据角度的幅频特性确定飞行器的动作状态的流程图；

图3为本发明实施例提供的根据飞行器的竖直方向加速度确定飞行器的动作状态的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种检测飞行器落地的装置的结构示意图。

图标：

1-检测飞行器落地的装置；11-获取模块；12-分析模块；13-确定模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

目前，传统的检测飞行器是否已经落地的方法是通过机载高度传感器检测飞行器的高度进行的，确定出的检测结果可靠性差。本发明实施例提供了一种检测飞行器落地的方法，该方法是通过获取飞行器姿态数据，然后，对飞行器姿态数据进行分析，得到飞行器姿态数据的幅频特性，进而根据幅频特性确定飞行器的动作状态，其中，动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态。在本发明中，根据分析后的飞行器姿态数据的幅频特性进行飞行器动作状态的确定，避免了飞行器姿态数据在时域上受各种噪声以及干扰的影响，使得确定出的飞行器的动作状态更加可靠，准确，减少了漏判误判的机率，并且，通过上述可靠的确定结果对飞行器采取相应的控制策略，也使得采取的控制策略更加准确。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种检测飞行器落地的方法进行详细介绍。

一种检测飞行器落地的方法，参考图1，包括：

S101、获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；

飞行器在空中飞行时，如果没有电机的控制，飞行器将会倾倒；为了确保飞行器飞行时机身的平衡，一般是通过姿态传感器实时检测飞行器姿态数据，控制器获取飞行器姿态数据，根据飞行器姿态数据向电机发出控制信号，进而控制电机将飞行器拉回至平衡的状态。即飞行器在空中飞行时，是一个不断倾倒拉回的过程，是一个动态的平衡，倾倒拉回过程的变化是微小的，通过我们的肉眼是无法观察到的。而飞行器在地面时，是一个相对平衡的状态。

本发明实施例中的飞行器姿态数据包括飞行器的机身与水平面的角度。

由上述可知，飞行器在空中飞行时，是倾倒拉回(即动态平衡)的过程。所以，飞行器在空中飞行状态下的角度和飞行器在地面着陆状态下的角度差别很大，可用于表征飞行器的动作状态。

S102、对飞行器姿态数据进行分析，得到飞行器姿态数据的幅频特性；

考虑到直接使用飞行器姿态数据(如角度)确定飞行器的动作状态不够可靠，因为如果地面有一定倾斜角度，则落地时角度也会存在较大变化，容易干扰判断。为了克服这一弊端，发明人想到了使用飞行器姿态数据的幅频特性来进行判断，将原来的角度幅值随时间的变化转化为角度幅值随频率的变化就能够很好的克服上述弊端，并且角度幅值随频率的变化对于不同的机型和环境进行判断时，一致性好，更加准确。

S103、根据幅频特性确定飞行器的动作状态。

在得到飞行器姿态数据的幅频特性后，进一步根据幅频特性确定飞行器的动作状态。具体的，当飞行器处于空中飞行状态时，得到的角度在高频幅段的幅值较大(或者比较集中)；而当飞行器处于地面着陆状态时，得到的角度在低频幅段的幅值较大(或者比较集中)。

在确定出飞行器的动作状态后，就能够根据飞行器的动作状态对飞行器的控制系统采取相应的控制策略，以保证飞行器在地面时的安全性或在空中飞行时的平稳性。

本发明实施例提供了一种检测飞行器落地的方法，该方法包括：获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；对飞行器姿态数据进行分析，得到飞行器姿态数据的幅频特性；根据幅频特性确定飞行器的动作状态。

传统的检测飞行器是否已经落地的方法是通过机载高度传感器检测飞行器的高度进行的。与传统的检测飞行器落地的方法相比，本发明中的检测飞行器落地的方法是通过获取飞行器姿态数据，然后，对飞行器姿态数据进行分析，得到飞行器姿态数据的幅频特性，进而根据幅频特性确定飞行器的动作状态，其中，动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态。在本发明中，根据分析后的飞行器姿态数据的幅频特性进行飞行器动作状态的确定，避免了飞行器姿态数据在时域上受各种噪声以及干扰的影响，使得确定出的飞行器的动作状态更加可靠，准确，减少了漏判误判的机率，并且，通过上述可靠的确定结果对飞行器采取相应的控制策略，也使得采取的控制策略更加准确，缓解了传统的飞行器落地检测方法可靠性较差的技术问题。

进一步地，飞行器姿态数据包括：飞行器的机身与水平面的角度。

在多种飞行器姿态数据中，之所以选择飞行器的机身与水平面的角度，是因为飞行器在空中飞行状态和在地面着陆状态时的角度差别明显，并且角度属于噪声较小的数据，更易快速准确的确定出飞行器的动作状态。该部分内容已在S101中进行了描述，这里不再进行赘述。

进一步地，对飞行器姿态数据进行分析，包括：

对角度进行傅立叶变换，以得到角度的幅频特性，其中，角度的幅频特性用于表示角度的幅值随频率的变化特性。

在本发明实施例中，是通过傅里叶变换将角度的幅值与时间的关系转化为角度的幅值与频率的关系的，变换过程简单快速，实用性好，本发明中使用的傅立叶变换为快速傅立叶变换。

在本发明实施例中，角度包括：滚动角

俯仰角θ和偏航角ψ。角度的采样频率为250Hz，FFT(即快速傅立叶变换)样点个数为256。

进一步地，根据幅频特性确定飞行器的动作状态，包括：

根据角度的幅频特性确定飞行器的动作状态。

为了能够更好的保证确定出的飞行器的动作状态的可靠性，使用角度的幅频特性进行判断，进而确定出可靠的飞行器的动作状态。

进一步地，参考图2，根据角度的幅频特性确定飞行器的动作状态包括：

S201、判断角度的幅频特性是否满足着陆条件；

这里的着陆条件是：滚动角

俯仰角θ和偏航角ψ三个角度傅里叶变换后，在1Hz～20Hz的频率信号区间的幅值总和都小于0.001rad，即在1Hz～20Hz的频率信号区间内，滚动角

俯仰角θ和偏航角ψ的幅值总和都小于0.001rad时，确定飞行器处于地面着陆状态。

S202、如果判断出满足着陆条件，则确定飞行器处于地面着陆状态。

进一步地，参考图3，飞行器姿态数据还包括飞行器的竖直方向加速度，在判断出角度的幅频特性满足着陆条件之后，方法还包括：

S301、判断飞行器的竖直方向加速度是否等于0；

下面简单介绍一下飞行器的动力学模型：

其中：U表示螺旋桨总升力；[x y z]^T表示地面坐标系中飞行器的位置；[V_x V_y V_z]^T表示地面坐标系中飞行器的速度；

表示地面坐标系下的滚动角、俯仰角、偏航角；g表示重力加速度。

由式

可知，当

时，有

即，当螺旋桨总升力在地理坐标系z轴上的分力小于飞行器所受重力时，飞行器向下加速。这是飞行器在空中的必要不充分条件，反之(即，飞行器加速度趋近于零)即可证飞行器已着陆。当地面效应存在时，该不等式失效。所以，飞行器的竖直方向加速度是一个辅助判断的条件。

S302、如果飞行器的竖直方向加速度等于0，则确定飞行器处于地面着陆的状态。

理论上讲，飞行器的竖直方向加速度等于0，则确定飞行器处于地面着陆的状态。而在实际的工程应用中，由于存在噪声、风等因素的干扰，当竖直方向的加速度在0附近波动时，即确定飞行器处于地面着陆的状态，一般当竖直方向的加速度绝对值小于1m/s²时，即可认为飞行器处于地面着陆的状态。

本发明实施例还提供了一种检测飞行器落地的装置1，参考图4，包括：

获取模块11，用于获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；

分析模块12，用于对飞行器姿态数据进行分析，得到飞行器姿态数据的幅频特性；

确定模块13，用于根据幅频特性确定飞行器的动作状态。

进一步地，飞行器姿态数据包括：飞行器的机身与水平面的角度。

进一步地，分析模块12包括：

傅立叶变换子模块，用于对角度进行傅立叶变换，以得到角度的幅频特性，其中，角度的幅频特性用于表示角度的幅值随频率的变化特性。

进一步地，确定模块13，包括：

确定子模块，用于根据角度的幅频特性确定飞行器的动作状态，其中

确定子模块包括：

第一判断单元，用于判断角度的幅频特性是否满足着陆条件；

第一确定单元，如果判断出角度的幅频特性满足着陆条件，则确定飞行器处于地面着陆状态。

进一步地，确定子模块还包括：

第二判断单元，用于在判断出角度的幅频特性满足着陆条件后，判断飞行器的竖直方向加速度是否等于0；

第二确定单元，如果飞行器的竖直方向加速度等于0，则确定飞行器处于地面着陆的状态。

本发明实施例提供的检测飞行器落地的装置，与上述实施例提供的检测飞行器落地的方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的检测飞行器落地的装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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 (8)

1.一种检测飞行器落地的方法，其特征在于，包括：

获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，所述飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，所述动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；

对所述飞行器姿态数据进行分析，得到所述飞行器姿态数据的幅频特性；所述飞行器姿态数据包括：所述飞行器的机身与水平面的角度；

根据所述幅频特性确定所述飞行器的动作状态。

2.根据权利要求1所述的检测飞行器落地的方法，其特征在于，对所述飞行器姿态数据进行分析，包括：

对所述角度进行傅立叶变换，以得到所述角度的幅频特性，其中，所述角度的幅频特性用于表示所述角度的幅值随频率的变化特性。

3.根据权利要求2所述的检测飞行器落地的方法，其特征在于，根据所述幅频特性确定所述飞行器的动作状态，包括：

根据所述角度的幅频特性确定所述飞行器的动作状态。

4.根据权利要求3所述的检测飞行器落地的方法，其特征在于，根据所述角度的幅频特性确定所述飞行器的动作状态包括：

判断所述角度的幅频特性是否满足着陆条件；

如果判断出满足所述着陆条件，则确定所述飞行器处于所述地面着陆状态。

5.根据权利要求4所述的检测飞行器落地的方法，其特征在于，所述飞行器姿态数据还包括所述飞行器的竖直方向加速度，在判断出所述角度的幅频特性满足所述着陆条件之后，所述方法还包括：

判断所述飞行器的竖直方向加速度是否等于0；

如果所述飞行器的竖直方向加速度等于0，则确定所述飞行器处于所述地面着陆的状态。

6.一种检测飞行器落地的装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取姿态传感器采集到的飞行器姿态数据，其中，所述飞行器姿态数据用于表征飞行器的动作状态，所述动作状态包括以下之一：空中飞行状态，地面着陆状态；

分析模块，用于对所述飞行器姿态数据进行分析，得到所述飞行器姿态数据的幅频特性；所述飞行器姿态数据包括：所述飞行器的机身与水平面的角度；

确定模块，用于根据所述幅频特性确定所述飞行器的动作状态。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分析模块包括：

傅立叶变换子模块，用于对所述角度进行傅立叶变换，以得到所述角度的幅频特性，其中，所述角度的幅频特性用于表示所述角度的幅值随频率的变化特性。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

确定子模块，用于根据所述角度的幅频特性确定所述飞行器的动作状态，其中

所述确定子模块包括：

第一判断单元，用于判断所述角度的幅频特性是否满足着陆条件；

第一确定单元，如果判断出所述角度的幅频特性满足所述着陆条件，则确定所述飞行器处于所述地面着陆状态。

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