CN107430404B - 基于路径的飞行操纵系统 - Google Patents

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Abstract

所提出的实施例涉及一种基于路径的飞行操纵系统和一种用于提供更容易的无人机操作控制和增强的无人机操作能力的方法，及其相关特征。这些实施例进一步涉及一种通过定位装置、相机和显示器来操纵飞行器的方法，所述显示器显示由相机捕获的、包括投影在所述显示器上的图像上的光标的图像。

Description

基于路径的飞行操纵系统
技术领域
本文的实施例涉及一种基于路径的飞行操纵系统和一种用于提供更容易的无人机操作控制和增强的无人机操作能力的方法，及其相关特征。
背景技术
无人机(UAV)被广泛应用于民用和军事，包括检查、情报、侦察和救援任务。无人机的设计空间从大型的固定翼喷气式飞机到较小型的具有一个或多个旋翼的旋翼飞行器。电子行业在过去几十年的进步使得能够缩小无人机系统的必需部件，使之可能成为掌上型微型飞行器(MAV)。例如，这些飞行器可以提升相机并传输图像，同时仍然具有很高的机动性。微型飞行器的尺寸和机动性使之成为近距离应用的理想工具，例如侦察、视察和监视。
历史上，操纵无人机需要飞行员具有遥控和视觉确认，这类似于操作常规的无线电控制的直升机或固定翼飞机。然而，现代无人机在更长的距离和在农村或城市的所有环境中运行。因此，现代无人机的控制依赖于从机载的传感器和计算能力向远程单元的传输，该远程单元包含显示特征并由飞行员操作。首先，这使飞行员能够通过接收到的图像利用传统的遥控器来操纵飞行器。有些解决方案还利用定位传感器，使得可以通过地图和航点导航系统来操作无人机(UAV)以实现自主或半自主控制。然后可以在任务之前或甚至在任务期间在远程单元上设置与航点相关联的飞行数据来生成飞行器飞行路径。凭借全球定位系统(GPS)和/或其他定位能力，被称为自动驾驶仪的机载计算能力可以导航到航点，并继续其路径到下一个航点，而无需进一步的输入。如果飞行员观察到感兴趣的对象，飞行员可以在途中设置更多的局地航点或飞行路线，例如围绕建筑物。
自动驾驶系统是具有预编程软件的物理硬件，其有助于操纵现代遥控直升机和无人机。由飞行员提供的飞行器操纵命令被自动驾驶系统接收，并进一步转换为飞行器的实际运动。还可以设置自动驾驶系统以进行独立的操纵以抵消外部因素(例如风)，或者如上所述地导航预定的路径。为了能够做到这一点，自动驾驶系统依赖于传感器的能力，所述传感器的能力使自动驾驶仪能够确定尤其竖直和水平的速度，定向和飞行器的位置。加上相机功能，自动驾驶仪也可以设置为操纵和监视相机的位置。自动驾驶系统以此种或彼种形式包含在几乎所有现代遥控直升机和无人机中。
为了实现更好的操作能力，在图像传感器上实施了机械和/或电子平移和倾斜功能。这些功能使飞行员能够独立于飞行器的飞行路线和总体航向移动图像以聚焦在兴趣点(POI)上。然而，如果飞行员依赖于所接收的图像来导航飞行器，则移动图像以查看兴趣点(POI)会减少飞行员对飞行器航向的视觉控制。设定避开潜在障碍物的飞行高度和/或航点则解决了这个问题，但这又限制了无人机的局地观测能力和灵活性。设置航点或定义飞行路线也是耗时的，并且要依靠具有足够的地理数据的飞行员来避免危险的情况。
微型飞行器(MAV)的特性意味着它们被用于获得飞行员附近的兴趣点、围绕兴趣点或兴趣点前方的实时概览。在不断变化的情况下，通常在所有类型的地点和地形中处于高度压力的条件下运行微型飞行器(MAV)。在这些情况下，为飞行器和相机系统采用传统的遥控器或自主系统意味着在现实中的飞行器需要处于悬停状态或没有任何潜在障碍物的路径和/或高度处，才可在实际中使用。因此，严重限制了无人机的观测能力。
因此，需要一种适应性系统，其可以简化无人机的操作，而不会影响无人机的观测能力，灵活性和其可提供的支持功能。
发明内容
本文实施例的目的在于克服或至少减轻上述缺点。该目的和其它目的通过本文所附的独立权利要求来实现。
根据一个方面，该目的可以通过一种借助于定位装置，相机和显示器来操纵飞行器的方法来实现，所述显示器显示由相机获取的图像，所述图像包括投影在显示器上的所述图像上的光标，其中该方法包括以下步骤：
确定所述飞行器处于第一飞行模式还是第二飞行模式，
通过所述定位装置获取所述飞行器的当前位置，
确定当前目标点，所述当前目标点对应于所述图像中所述光标当前正指向的图像点，
提供当前方向，所述当前方向从所述当前位置指向所述当前目标点，
当所述飞行器被确定为处于所述第一飞行模式时，则
以根据速度控制信号的速度，在沿着所述当前方向从所述当前位置起限定的飞行路径上操纵所述飞行器，
允许所述相机在不影响所述飞行器的操纵的情况下自由倾斜和/或平移，
当所述飞行器确定处于所述第二飞行模式时，
以根据速度控制信号的速度，在沿着连续变化的当前方向从连续变化的当前位置起的飞行路径上，动态地操纵所述飞行器。
在一个实施例中，所述用于操纵飞行器的方法还包括：所述速度控制信号由表示油门的控制信号提供。
在一个实施例中，所述用于操纵飞行器的方法还包括：所述速度控制信号被自动提供。
在一个实施例中，所述用于操纵飞行器的方法还包括：整个飞行器偏航以便平移相机。
在一个实施例中，所述用于操纵飞行器的方法还包括以下步骤：
通过模式启动装置，启动所述第一模式和/或所述第二模式和/或在所述第一模式和/或所述第二模式之间切换。
在一个实施例中，所述用于操纵飞行器的方法还包括：所述光标具有在所述显示器内固定的位置，或能够在所述显示器内移动。
在一个实施例中，进一步调整自动驾驶系统以操纵飞行器，所述飞行器还包括定位装置和相机，并与显示器通信，所述显示器显示图像，所述图像由所述相机获取并包括投影在所述显示器上的所述图像上的光标，其中，
第一确定装置被调整以确定所述飞行器是否处于第一飞行模式还是第二飞行模式，
所述定位装置被调整以获取所述飞行器的当前位置，
第二确定装置被调整以确定当前目标点，所述当前目标点对应于所述图像中所述光标当前正指向的图像点，
方向提供装置提供从所述当前位置指向所述目标点的当前方向，
当所述第一确定装置已确定所述飞行器处于所述第一飞行模式时，则所述自动驾驶仪被调整为：
以根据速度控制信号的速度，在沿着所述当前方向从所述当前位置起的固定飞行路径上操纵所述飞行器，和
允许所述相机在不影响所述飞行器的操纵的情况下自由倾斜和/或平移，
当所述第一确定装置已确定所述飞行器处于所述第二飞行模式时，则所述自动驾驶仪被调整为：
通过根据所述当前位置和所述当前方向连续改变所述飞行路径来动态地操纵所述飞行器。
在一个实施例中，所述自动驾驶系统还包括：所述速度控制信号通过致动油门来提供。
在一个实施例中，所述自动驾驶系统还包括：所述速度控制信号由所述自动驾驶仪自动控制。
在一个实施例中，所述自动驾驶系统还包括：整个飞行器偏航以便平移所述相机。
在一个实施例中，所述自动驾驶系统还包括：
模式启动装置，其被调整以启动所述第一和/或所述第二模式和/或在所述第一和/或所述第二模式之间切换。
在一个实施例中，所述自动驾驶系统还包括所述光标具有在所述显示器内固定的位置，或能够在所述显示器内移动。
附图说明
图1示意性地示出了根据一个示例性实施例的无人机系统从侧面观察的实施例，其具有通过相机的中心的水平面。相机方向被示出为以角度β指向下方。
图1b示意性地示出了无人机系统中包含的功能。
图1c示意性地示出了远程操作系统中包含的功能。
图2示意性地示出了根据一个示例性实施例从侧面观察的无人机系统的实施例。相机方向以角度β指向下方，进一步示出了矢量合成以计算爬升或下降的幅度。
图3示意性地示出了根据一个示例性实施例的无人机系统从上方观察的实施例，其具有穿过相机的中心的东-西(E-W)轴线。相机方向显示为以角度α垂直指向。
图4a示意性地示出了从上方观察到的根据上述示例性实施例的无人机系统以第二飞行模式飞行的实施例。
图4b示意性地示出了从上方观察到的根据上述示例性实施例的无人机系统以第一飞行模式飞行的实施例。第一飞行模式已经在点A启用，并且路径P被锁定。
图5示意性地示出了从侧面观察到的根据上述示例性实施例的无人机系统以第一飞行模式飞行的实施例。第一飞行模式已经在点A启用，飞行器沿路径P导航。
图6示意性地示出了从上方观察到的根据上述示例性实施例的无人机系统以第一飞行模式飞行的实施例。第一飞行模式已经在点A启用，飞行器沿路径P导航。
图7a示意性地示出了根据一个示例性实施例的在与远程操作系统相关联的显示器上观看到的来自无人机系统的接收图像的示例。
图7b示意性地示出了从侧面观察到的根据上述示例性实施例的无人机系统在第一飞行模式的飞行的实施例。
具体实施方式
本文公开的实施例涉及一种基于路径的飞行操纵系统和一种用于提供更容易的无人机(UAV)操作控制和增强的无人机操作能力的方法，及其相关特征。在下文中，将参照附图描述示例性实施例。
此外，本发明涉及具有一个或多个旋翼的飞行器，所述旋翼使其能够在任何方向上飞行或静止地悬停。这种飞行器有时在这里被称为旋翼式无人机或简称无人机。图1a示意性地示出了包括一个或多个旋翼12的飞行器10的实施例。飞行员经由远程操作系统200操作所述飞行器10，其在图1a和1c中示意性地示出。
远程操作系统200至少包括但不限于显示器202，发送和接收装置204、206，以及用于提供表示平移、倾斜、油门前推、油门后推和飞行模式选择的控制信号208的装置。在本发明的一个实施例中，所描述的平移和倾斜控制信号装置可以被认为对应于用于提供传统的遥控飞行器的左转、右转、向上倾斜和向下倾斜动作的操纵杆。所述远程操作系统200被配置为通过无线通信向所述飞行器10发送控制信号。所述显示器202的中心由固定或可移动的光标指示，该光标也可以被认为是在所述显示器中示出目标点。图7a以十字准线的方式示出了根据本示例性实施例的光标。
所述无人机10包括无人机系统100。所述无人机系统100包括接收装置102，定位装置104和适于接收和解释控制信号的导航装置106。如前所述，所述控制信号从所述远程操作系统200发送到所述飞行器10，尤其是发送到所述无人机系统100的所述接收装置102。所述导航装置还被配置为将来自所述远程操作系统200的经解释的控制信号转换为代表由所述飞行员提供的控制信号的所述飞行器10的相对运动。
此外，所述无人机系统100包括发送装置108和一个或多个成像传感器110。所述发送装置108适于将数据从包括所述一个或多个成像传感器110的相关机载装置传送到远程显示器，例如，到所述远程操作系统200的所述显示装置202。可以实时地执行数据的传输。所述至少一个成像传感器110可以是一个或几个任何类型的成像传感器，例如视频成像相机、热成像相机和/或雷达成像传感器。为了实用目的，所述成像传感器在下文中仅称为相机。
根据一个或多个实施例，当提供表示倾斜的控制信号时，所述相机110适于电子地和/或机械地倾斜。此外，提供表示平移的控制信号可以使整个所述飞行器10在水平面中旋转，也称为偏航。可替代地，所述相机可适于独立于所述飞行器本身进行平移。在下文中详细描述了所述飞行器通过偏航实现平移的实施例，但是在平移(即偏航)所述飞行器本身和平移所述相机之间没有概念上的差异，并且可以容易地设想到所述相机而不是所述飞行器旋转。
图1示出了从侧面观察到的根据示例性实施例的无人机系统100，其水平面穿过所述相机110的中心C。此外，所述相机110的方向在图1中被示出为以角度β指向下方。所述附图示出了四翼直升机，即具有四个旋翼12和悬挂在所述无人机主体下方的相机110的旋翼机10。然而，所公开的实施例可以包括在几个旋转翼设计中，并且包含相机的任何旋翼设计可用于说明技术方案。
图3示出了从上方观察到的根据本发明的一个示例性实施例的无人机(UAV)10，其具有的东-西(E-W)轴线在所述四个转子12之间穿过所述相机110的中心C。由于具有旋转翼的飞行器的功能和本发明的篇幅，选择该轴线系统纯粹是为了独立于所述飞行器的航向和定向进行说明。换句话说，所述东-西(E-W)轴线示出了一个固定方向，而不管所述飞行器10和相机110的定向如何。在图3中，相机角度α被示为垂直于所述东-西(E-W)轴线的指向。
根据本发明的所述无人机系统100包括定位装置104，其适于监测在如图2所示的穿过所述相机轴线的竖直平面中测量的相机角度β。此外，所述定位器件适于监测所述相机110在所述水平面中相对于所述东-西(E-W)轴线的角度α，如图3中示意性所示。所述定位装置104在下文中也称为定位设备。所述定位装置104适于将这些角度传送到所述导航装置106。
所述定位装置104还适于读取和监测所述飞行器的水平位置，高度，飞行方向以及水平和垂直速度。所述定位装置104还适于将这些值传送到所述导航装置106。根据一个实施例，定位装置106可以例如是具有附加导航传感器功能的GPS传感器，具有传感器功能的自动驾驶仪或其他具有上述特征的定位装置。
所述导航装置106适于创建通过所述相机110的中心C的虚拟飞行路径P。如图5所示，所述飞行路径P是与相机的取向轴线(通常但不一定是所述相机110的中心轴线)对准的直线，其中P+在所述相机110正在观看的方向上，即前进的正方向，而P-指向相反方向，即向后的负方向。根据一个实施例，所述导航装置104可以例如是具有传感器功能的自动驾驶仪。在一些实施例中，定位和导航装置及其相关联的功能包括在相同的设备内，其例如可以是具有传感器功能的自动驾驶仪。在一些实施例中，接收装置102，定位装置104，导航装置106和发送装置108也可以包括在同一设备内。
通过来自飞行员的控制信号，例如通过从远程操作系统200发送到无人机系统100的控制信号，导航装置106可以建立代表相机110在给定时刻的中心的起始点A和飞行路径P。此外，根据本发明的一个实施例，导航装置106适于根据自该起始点A起的预定的飞行模式来操纵飞行器10。因此，所述导航装置106也可以被认为是方向提供设备，并且在下文中也可以被称为方向提供设备。
本实施例描述了但不限于两种飞行模式，这在下文描述。飞行器10还可以包括第一确定装置114，所述第一确定装置114被调整以确定无人机系统是处于第一或第二飞行模式并将这些信息传送到可以启用所述飞行模式的模式启动装置。所述第一确定装置114在图1b中示意性地示出。
定位和导航装置的任务分配和功能仅仅是为了说明的目的，而且是在操纵飞行器的本方法中如何组织不同任务的例子。在本发明的替代实施例中，任务可以以不同的方式组织，而不影响本发明的新颖和创造性。还应当理解，在一些实施例中，接收装置102，定位装置104，导航装置106，发送装置108可以组合成单个装置。
“锁定路径飞行模式”
代表由飞行员提供的第一飞行模式的控制信号启用第一飞行模式，其在本文档中也称为“锁定路径飞行模式”。根据本实施例的第一飞行模式，飞行器10沿着锁定飞行路径P操纵，该锁定飞行路径P由提供所述控制信号的时刻所述飞行器10所在的航向和相机110的垂直角度β所确定，例如参见图2。相机110的竖直角度β有时在本文中被称为竖直相机角度β。此处飞行器的航向表示相机110的方向。一旦启用了第一飞行模式，飞行器10可以进一步独立地旋转和倾斜相机110而不偏离沿着锁定飞行路径P的运动。参考图5到图7，下面将详细讨论所述第一飞行模式。
定位装置104适于在飞行器10沿着飞行路径P以竖直平面中的角度θ移动时，相对于起始点A读取和监测飞行器10的位置。角度θ有时在此处被称为竖直飞行路径角度θ或竖直运动角度θ。角度θ最初由飞行路径P锁定时的竖直相机角度β来定义。所述定位装置104还适于在飞行器沿着飞行路径P以水平面中的角度δ移动时，读取和监测飞行器相对于起始点A的位置。角度δ最初由飞行路径P锁定时的水平相机角度α，飞行器的航向来定义。角度δ有时在本文中称为水平飞行路径角度δ或水平移动角度δ。所述定位装置104还适于将这些值传送到导航装置106。
此外，第一飞行模式可以包括从提供控制信号的时刻起，例如从无人机系统中接收到控制信号的时间点起，的以下动作；第一确定装置114确定当前的飞行模式，并将这些信息传送到可以启用飞行模式的模式启动装置。定位装置104进一步建立起始点A，其表示给定时刻相机110的中心C。定位装置104读取相机110的角度α和β并将这些信息传送到导航装置106。导航装置106将角度α和β确定为飞行路径的角度δ和θ。导航装置进一步建立锁定路径P；其由图6所示的水平面中的角度δ和如图5所示的垂直平面中的角度θ定义。
如上所述，第一飞行模式控制信号意味着一旦启用，操作员现在可以借助于进一步的油门控制信号沿着路径P导航飞行器10，但独立地倾斜相机110和平移飞行器10以调查沿着路径的兴趣点(POIs)。根据所描述的示例性实施例，定位装置104连续地读取和监测飞行器10的当前位置，并将这些信息传送到导航装置106，以确保飞行器10以确定的路径P以角度δ和θ继续。此外，在提供例如新的飞行模式控制信号的情况下，定位装置104继续监测相机的角度α和β。
图4b示出了根据第一飞行模式的本实施例的实际实施方式。通过实时传输的图像，飞行员确定了如图4b所示的需要进一步调查的兴趣点(POI)C1。飞行员向飞行器10提供控制信号，以在相机110指向的方向上设置路径P，从而开始第一飞行模式。第一确定装置114确定当前的飞行模式，将该信息传送到启用飞行模式的模式启动装置。定位装置104将其设置为起始点A，读取相机110在水平面中的角度α，并且读取相机110在竖直平面中的角度β，并将这些信息传送到导航装置106。导航装置106使用这些输入来定义飞行器10的新的飞行路径P并将其锁定为飞行方向。这被图4b中表示锁定的飞行路径P的直实线(相对于图4a中表示未锁定的飞行路径P的曲点线)示出。换句话说，接收到控制信号的时刻的α，β值被建立为角度δ和θ，其提供路径P相对于东-西(E-W)轴线和水平面的方向。飞行员现在可以通过进一步的油门控制信号沿着路径P导航，而代表平移和倾斜的控制信号使相机110倾斜并使飞行器10旋转以调查C1。
在一个路径P上，如果飞行员通过发送的图像检测到新的感兴趣的方向，则重复发生上述示例。例如，一旦在C1附近，飞行员观察到需要调查的新的兴趣点(POI)。如图7a所示，飞行员观察到两棵树和它们之间可通过的飞行方向。飞行员进一步定向相机110，使得所观看图像的中心在这两棵树之间，并且再次提供表示第一飞行模式的控制信号。控制信号启动定位装置104以建立新的起始点A。定位装置104还进一步在水平面中读取相对于东-西(E-W)轴线的角度α和β，并且读取相对于竖直平面中的水平参考的角度α和β，将这些信息传送到导航装置106。导航装置106将其定义为新的锁定飞行路径P。操作代表油门的控制信号现在沿着两棵树之间的新路径导航飞行器。如所解释的，飞行器10和相机110可以独立于飞行器的飞行方向进行平移和倾斜，并且如图7所示，飞行员能够在沿着路径P来回移动飞行器的同时操纵相机。
一旦设置了新的锁定路径P，飞行员可以独立于飞行器10的总体定向和航向来操纵相机110。飞行员能够对兴趣点(POI)进行调查，并且能够以最小的努力沿着所定义的路径操纵飞行器10，从而增加操作能力。
本领域技术人员将理解，旋翼式无人机的特性意味着在不同路径之间不需要努力去旋转或调整飞行器本身的航向。因此，飞行路径P可以偏离飞行器的主轴线和航向。
“相机跟踪飞行模式”。
如果一种情形例如要求飞行器从当前位置更自由地移动，来自飞行员的另一控制信号可以取消“锁定路径飞行模式”，并且来自飞行员的表示第二飞行模式的控制信号启用第二飞行模式；“相机跟踪飞行模式”。由飞行员经由远程操作系统200提供以启动第二飞行模式的控制信号所来自的物理设备在本文档中也被称为模式启动装置。
根据本示例性实施例的第二飞行模式，飞行器跟踪相机的运动并在此之后操纵飞行器。第一确定装置114确定飞行模式控制信号并将这些信息传送到启用飞行模式选择的模式启动装置。定位装置104读取飞行器的速度和相机110的角度α和β并将其传送到导航装置106。在一些实施例中，导航装置106进一步根据所接收的速度和相机位置操控和导航飞行器。换句话说，在该第二飞行模式中，每当相机110的方向改变时，飞行路径P和起始点A也连续自动更新，并且如果飞行器已经在空中飞行。例如，如果相机进一步向下倾斜，则创建代表新的相机方向的新的飞行路径P，并且飞行员可以沿着新路径P操纵。当前飞行模式继续，并且第一确定装置114继续确定当前飞行模式并将这些信息传送到模式启动装置，直到提供停止该飞行模式的控制信号。
因此，根据一些实施例，来自远程操作系统200的代表平移的控制信号使飞行器10水平地向左或向右旋转或转向。这意味着如果飞行器10是静止的，则飞行器10在其自己的中心竖直轴线上简单地水平旋转。然而，如果飞行器10在水平面内向前或向后移动，即相机110被定向为正向前，β＝0，则表示平移控制的控制信号可以使飞行器10转向所需方向并在水平面内建立新的飞行方向。在实际的实施方式中，飞行器10然后将沿着一个弧移动(其半径由飞行器10的前进速度和平移控制信号的幅度，偏航率限定)，就如在常规遥控飞行器中向左转或向右转那样。在该示例中，定位装置104可以在整个操纵中多次更新飞行路径P，并且当转向的控制信号停止时，飞行器将沿着最后生成的飞行路径P继续，直到新的指令被送到飞行器10。
如果提供了来自远程操作系统200的表示相机倾斜的控制信号，则进行类似的方案。飞行器的竖直运动由相机110的角度β和飞行器的速度V(例如油门控制信号的大小)确定。确定竖直分量，即竖直速度，则是如图2所示的矢量合成的问题。重要的是注意到，在本发明的任何实施方式中，飞行器10将保持大致水平，并且当沿着非水平的飞行路径移动时，飞行器10将以飞行器主体水平定向的方式爬升或下降。
在图2中，速度矢量V-水平(V-horizontal)表示水平速度，而矢量V-竖直(V-vertical)表示飞行器10的竖直速度，这些速度如所述的那样被定位装置104所已知。类似地，相机角度β由定位装置104所监测；这些值连续地传送到导航装置106。导航装置106然后可以确定由油门控制信号提供的总速度和/或相机角度β的变化导致的竖直分量或水平分量中的任何变化。例如，如果在飞行器静止而没有任何油门门输入的情况下提供倾斜控制信号，则总速度矢量V等于0。因此，竖直分量等于0。然后飞行器将保持静止而不影响高度，并且仅倾斜相机。然而，如果飞行器静止且相机110正向下定向，并且提供正油门，飞行器10将直接下降。同样地，如果相机110正向前定向，则不会有竖直分量。这里施加油门将简单地沿着水平轴线移动飞行器10。
如果飞行器10以一定的速度水平移动，并且提供连续的相机倾斜控制信号，则竖直移动将是角度β和速度矢量的乘积，这如图2所示。随着相机角度β增加，飞行路径P不断更新，导致竖直分量V-竖直增加，水平分量V-水平减小。对于旁观者，飞行器10然后将沿着向下弯曲的飞行路径移动。当相机倾斜控制信号停止时，飞行器10将沿着最后更新的飞行路径P继续向前和向下，直到通过远程操作系统提供新的相机控制信号或油门改变。由于旋翼机的特性，可以适应竖直飞行方向的整体变化，而飞行器保持大体水平的姿态。
图4a示出了根据第二飞行模式的本实施例的实际实施方式。在该示例性实施例中，操作油门使飞行器10朝向或远离在飞行员显示器202上观察到的物体移动，并且提供表示平移的控制信号使飞行员能够根据需要(如虚线所示)来操纵飞行器10。
根据这里描述的示例性实施例的另一方面，第二飞行模式还可以包含用于更容易操作的其他定义模式。例如，第二飞行模式中的另一特征可以锁定飞行器10的高度，从而使得可以在施加油门时不改变飞行器10的高度来倾斜相机110。在该示例性实施例中，飞行器10仍然可以如前所述通过代表平移的控制信号旋转。在另一个实施例中，第二飞行模式内的特征可以锁定飞行器10的竖直速度，从而使得可以以固定的速度飞行飞行器10。
本领域技术人员将再次理解，旋翼式无人机的特性意味着在不同飞行模式或不同路径之间不需要努力去旋转或调整飞行器本身的航向。
一般的批注
如前所述，在一些实施例中，飞行器10可配备有包括机械和/或电子倾斜和平移功能的相机110。这个添加的平移功能意味着在第一和第二飞行模式期间，飞行器10将不旋转所提供的平移控制信号的当量，而是替代地实际上平移相机。然而，除了飞行器的航向相对于东-西(E-W)轴线保持静止之外，操作将与上述示例性实施例相同。本领域技术人员将再次理解，旋翼式无人机的性质意味着在不同的飞行模式或不同路径之间不需要努力去旋转或调整飞行器10本身的航向。
在本发明的一些实施例中，光标也可以在显示器内独立于相机的移动而移动。来自远程操作单元的代表第一飞行模式的控制信号也可以启动固定路径P。由于光标之后不定位于显示器的中心，即等于相机方向，则第二确定装置116可以相对于实际相机角度确定对应于光标当前在图像中指向的图像点的当前目标点，并将这些信息传送到导航装置106。仅当光标移动离开显示器的中心时，该装置才活跃且才启动该动作。
在一些实施例中，飞行器10可以配备有测距装置112。如图1b中示意性所示，测距装置112可以包括在无人机系统100中。测距装置112可以适于测量到飞行器10附近的结构的距离。测距装置112还适于如果其测量到结构在限定的阈值距离内，则向导航装置106提供“停止”控制信号。如果飞行器靠近该结构操纵，则测距装置112通过无人机系统100的发送装置108向飞行员(例如，向远程操作系统200)通报警告。如果飞行器例如在第二飞行模式中，则该警告可以定义路径P的终端。然而，飞行器仍可以返回并操纵通过所定义的路径P的其余部分。根据本发明的一个备选实施例，测距装置112可以包括传感器功能，例如一个或几个红外传感器。或者，该传感器可以是一个或多个激光传感器，雷达传感器，超声波传感器或能够计算到物体的距离的任何其它相关传感器或方法，例如，单筒深度测量系统。
在本发明的一些实施例中，任务可以以不同的方式组织，而不影响本发明的新颖和创造性。还应当理解，在一些实施例中，接收装置102，定位装置104，导航装置106，发送装置108可以组合成单个装置。

Claims (20)

1.一种使用自动驾驶仪、相机和显示器来操纵飞行器的方法，所述相机耦接至所述飞行器，所述显示器配置为显示由所述相机获取的图像，所述方法包括：
检测所述相机的第一位置；
确定从所述相机的所述第一位置指向第一目标点的第一方向，其中所述第一目标点对应于由所述显示器显示的所述图像中的图像点；
如果所述飞行器的飞行模式包括锁定路径飞行模式，则：
根据速度控制信号并基本沿着锁定飞行路径来操纵所述飞行器，其中所述锁定飞行路径至少部分地由所检测到的所述第一位置和所确定的所述第一方向来限定，以及
允许所述相机在基本不影响所述飞行器沿着所述锁定飞行路径的操纵的情况下自由地倾斜和/或平移；以及
如果所述飞行器的飞行模式包括相机追踪飞行模式，则：
根据速度控制信号并基本沿着动态飞行路径来操纵所述飞行器，所述动态飞行路径基本在所述第一位置处开始并至少部分地由后续检测到的相机位置和/或相应确定的方向和/或目标点来限定。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定所述飞行器的所述飞行模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述图像点由投影在由所述显示器显示的图像上的光标指示；以及
所述光标相对于所述显示器的位置在所述显示器中是固定的或可动的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度控制信号包括表示油门的控制信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度控制信号包括表示所述飞行器的竖直速度和/或所述飞行器的水平速度的控制信号，以及其中所述竖直速度或所述水平速度在沿着所述锁定飞行路径和/或所述动态飞行路径操纵所述飞行器期间是固定的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度控制信号包括适应所述飞行器附近和/或沿着所述锁定飞行路径和/或动态飞行路径的结构的控制信号。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在沿着所述锁定飞行路径和/或动态飞行路径操纵所述飞行器期间，通过使所述飞行器偏航来平移所述相机。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用模式启动装置启动所述锁定路径飞行模式和/或所述相机追踪飞行模式，和/或在所述锁定路径飞行模式和/或所述相机追踪飞行模式之间切换。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述相机包括一个或多个红外传感器。
10.一种配置为操纵飞行器的系统，所述系统包括：
耦接至所述飞行器的相机，所述相机配置为与显示器通信，其中所述显示器配置为显示由所述相机捕获的图像；以及
耦接至所述飞行器的自动驾驶仪，其中所述自动驾驶仪配置为：
检测所述相机的第一位置；
确定从所述相机的所述第一位置指向第一目标点的第一方向，其中所述第一目标点对应于由所述显示器显示的所述图像中的图像点；
如果所述飞行器的飞行模式包括锁定路径飞行模式，则：
根据速度控制信号并基本沿着锁定飞行路径来操纵所述飞行器，其中所述锁定飞行路径至少部分地由所检测到的所述第一位置和所确定的所述第一方向来限定，以及
允许所述相机在基本不影响所述飞行器沿着所述锁定飞行路径的操纵的情况下自由地倾斜和/或平移；以及
如果所述飞行器的飞行模式包括相机追踪飞行模式，则：
根据速度控制信号并基本沿着动态飞行路径来操纵所述飞行器，所述动态飞行路径基本在所述第一位置处起开始并至少部分地由后续检测到的相机位置和/或相应确定的方向和/或目标点来限定。
11.根据权利要求10所述的系统，所述自动驾驶仪进一步配置为：
确定所述飞行器的所述飞行模式。
12.根据权利要求10所述的系统，其中：
所述图像点由投影在由所述显示器显示的图像上的光标指示；以及
所述光标相对于所述显示器的位置在所述显示器中是固定的或可动的。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述速度控制信号包括表示油门的控制信号。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述速度控制信号包括表示所述飞行器的竖直速度和/或所述飞行器的水平速度的控制信号，以及其中所述竖直速度或所述水平速度在沿着所述锁定飞行路径和/或所述动态飞行路径操纵所述飞行器期间是固定的。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述速度控制信号包括适应所述飞行器附近和/或沿着所述锁定飞行路径和/或动态飞行路径的结构的控制信号。
16.根据权利要求10所述的系统，进一步包括：
在沿着所述锁定飞行路径和/或动态飞行路径操纵所述飞行器期间，通过使所述飞行器偏航来平移所述相机。
17.根据权利要求10所述的系统，所述自动驾驶仪进一步配置为：
使用模式启动装置启动所述锁定路径飞行模式和/或所述相机追踪飞行模式，和/或在所述锁定路径飞行模式和/或所述相机追踪飞行路径模式之间切换。
18.根据权利要求17所述的系统，进一步包括：
所述模式启动装置。
19.根据权利要求10所述的系统，进一步包括：
所述显示器。
20.根据权利要求10所述的系统，其中：
所述相机包括一个或多个红外传感器。
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