CN107479082A - 一种无人机无gps返航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机无GPS返航方法，涉及无人机技术领域，包括无人机本体和地面站控制平台，其特征在于，所述无人机本体中包括：飞控系统，GPS定位模块，位置估算装置，数据收发模块，存储模块，所述地面站控制平台包括：遥控器，地面站指挥装置，该种返航方法能够在GPS信息弱或者无GPS信号的情况下，根据位置估算模块中的数据进行逆向返航，能够防止无人机无法自动返航的问题。

Description

一种无人机无GPS返航方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机无GPS返航方法。
背景技术
无人机自动返航已经成为目前无人机飞行的关键技术，在无人机遇到GPS卫星较差或故障时传统的依靠GPS返航则不理想，此时可通过加速计、陀螺仪、磁罗盘组成的位置估算装置进行位置估算，通过当前位置和起飞位置差进行模糊返航，当无人机飞到飞手视野范围内是可进行手动接管并降落，或者飞到GPS信号正常的地方可进行传统的GPS返航，如申请号201510239862.4提供了一种无人机返航的方法及系统，能够使得无人机在用户点击一下按钮的情况下自动返航。其中方法包括：无人机起飞后，获取起飞点坐标；规划飞行路径并实时获取飞行中途经位置点的坐标，形成飞行路径信息；接收来自手持终端的返回指令；根据无人机的当前位置坐标、所述飞行路径信息和所述起飞点坐标，计算由所述当前位置坐标到所述起飞点坐标的返航路径；控制无人机沿所述返航路径返航并降落，但是该种无人机并没有提出当GPS信号弱或者断开时的解决方案。
如申请号201410746281.5公开了一种无人机燃油量安全保护返航方法，在飞控计算机软件中设置初始的装载油量，根据发动机油耗与油门、气压高度的试验关系表，设置一个实时剩余燃油量的计算函数，再结合无人机当前的GPS位置和预定的航路经纬度信息，进行继续沿航路降落到机场和原路返航回机场所需要的安全油量的估计，当达到安全阀值后，飞控计算机自动屏蔽无人机操作人员进行在线航路调整的指令，执行沿预设航路继续飞行回机场或原路返航的燃油量安全保护的紧急回场任务，但是该种无人机并没有提出当GPS信号弱或者断开时的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机无GPS返航方法，以解决当无人机飞出视野范围外时且无人机在飞行过程中GPS故障或GPS卫星信号较差的情况下提供一种返航的方法，可通过此返航方法进行模糊返航，当无人机返航到飞手的视野范围内时可由飞手通过遥控器接管降落，或者飞到GPS信号正常的地方可进行传统的GPS返航。
一种无人机无GPS返航方法，包括无人机本体和地面站控制平台，所述无人机本体中包括：
飞控系统：用于控制无人机完成起飞、降落、空中飞行、执行任务和返航的整个飞行过程的核心系统；
GPS定位模块：用于对无人机的位置进行定位，同时结合GIS地图对起飞点、降落点以及目的地进行图上定位，便于完成指定的任务以及返航；
位置估算装置：用于记录无人机从起飞后的飞行姿态的变化，从而判断无人机的飞行轨迹，当GPS故障或GPS卫星信号较差位置估算装置开始进行位置估算，通过对路线进行逆向飞行实现自主返航；
数据收发模块：用于将无人机中的数据发送至地面站控制平台，同时接收地面站控制平台发送过来的数据，并将数据传送给飞控系统执行相应的操作；
存储模块：用于存储数据收发模块接收到的数据信息，同时还存储地图信息、位置信息和飞行信息；
所述地面站控制平台包括：
遥控器：由飞手操作，用于远程控制无人机的飞行返航；
地面数据收发模块：用于接收无人机发送的数据，并对无人机发送一些操作指令；
地面站指挥装置：为无人机交互界面，可通过地面站指挥装置得到当前的飞行状态，无人机本体可以将当前的返航状态传输到地面站指挥装置上，
所述无人机与地面站控制平台无线连接。
优选的，所述位置估算装置中包括：
陀螺仪：用于检测无人机的飞行状态，提供准确的飞行方位、水平位置、速度快慢和倾斜角度；
加速计：测量重力以及夹角的变化从而得出加速度的变化，记录无人机的飞行速度变化；
磁罗盘：根据指南针的原理，根据地磁场的变化从而判断出无人机的方向变化。
优选的，所述存储模块还对位置估算模块估算的路线进行存储。
优选的，所述地面站控制平台上设有显示装置用于显示无人机在地图上飞行的起点和终点位置，以及飞行时的轨迹。
优选的，所述无人机本体内设有无线接收模块用于遥控器的连接控制。
优选的，所述无人机本体内部设有用于验证连接的遥控器的验证模块。
本发明的优点在于：该方法解决当无人机飞出视野范围外时且无人机在飞行过程中GPS故障或GPS卫星信号较差的情况下提供一种返航的方法，可通过此返航方法进行模糊返航，当无人机返航到飞手的视野范围内时可由飞手通过遥控器接管降落，或者飞到GPS信号正常的地方可进行传统的GPS返航。
附图说明
图1为本发明实施例1中无人机的结构框图。
图2为本发明实施例2中无人机的结构框图。
图3为本发明中地面站控制平台的结构框图。
图4为本发明中无人机的操作流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1、图3和图4所示，一种无人机无GPS返航方法，包括无人机本体和地面站控制平台，所述无人机本体中包括：
飞控系统：用于控制无人机完成起飞、降落、空中飞行、执行任务和返航的整个飞行过程的核心系统；
GPS定位模块：用于对无人机的位置进行定位，同时结合GIS地图对起飞点、降落点以及目的地进行图上定位，便于完成指定的任务以及返航；
位置估算装置：用于记录无人机从起飞后的飞行姿态的变化，从而判断无人机的飞行轨迹，当GPS故障或GPS卫星信号较差位置估算装置开始进行位置估算，通过对路线进行逆向飞行实现自主返航；
数据收发模块：用于将无人机中的数据发送至地面站控制平台，同时接收地面站控制平台发送过来的数据，并将数据传送给飞控系统执行相应的操作；
存储模块：用于存储数据收发模块接收到的数据信息，同时还存储地图信息、位置信息和飞行信息；
所述地面站控制平台包括：
遥控器：由飞手操作，用于远程控制无人机的飞行返航；
地面数据收发模块：用于接收无人机发送的数据，并对无人机发送一些操作指令；
地面站指挥装置：为无人机交互界面，可通过地面站指挥装置得到当前的飞行状态，无人机本体可以将当前的返航状态传输到地面站指挥装置上，
所述无人机与地面站控制平台无线连接。
值得注意的是，所述位置估算装置中包括：
陀螺仪：用于检测无人机的飞行状态，提供准确的飞行方位、水平位置、速度快慢和倾斜角度，陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器，根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制；
加速计：测量重力以及夹角的变化从而得出加速度的变化，记录无人机的飞行速度变化，无人机所采用的加速计是三轴加速计，分为X轴、Y轴和Z轴，这三个轴所构成的立体空间足以侦测到无人机上的各种动作，在实际应用时通常是以这三个轴(或任意两个轴)所构成的角度来计算无人机倾斜的角度，从而计算出重力加速度的值，通过感知特定方向的惯性力总量，加速计可以测量出加速度和重力，无人机的三轴加速计意味着它能够检测到三维空间中的运动或重力引力；
磁罗盘：根据指南针的原理，根据地磁场的变化从而判断出无人机的方向变化，磁罗盘是利用地磁场固有的指向性测量空间姿态角度的，它可以测量载体三维姿态数据:水平航向、俯仰、横滚，数字磁罗盘具有体积小、航向精度高、倾斜范围宽、频响高、低功耗的优点，很适合用于既对航向精度有较高要求同时又对功耗、体积有限制的场合。
在本实施例中，所述存储模块还对位置估算模块估算的路线进行存储，防止数据丢失导致无法返航，当无人机要进行新的一轮起飞时，存储模块自动将上一次的飞行记录删除，防止数据之间互相串联，也为存储模块腾出足够的存储空间。
在本实施例中，所述地面站控制平台上设有显示装置用于显示无人机在地图上飞行的起点和终点位置，以及飞行时的轨迹，方便工作人员对无人机的飞行姿态，飞行起始点做判断。
在本实施例中，所述无人机本体内设有无线接收模块用于遥控器的连接控制，当无人机靠近起点时飞手接管无人机的飞行操控，将无人机遥控至起点。
此外，所述无人机本体内部设有用于验证连接的遥控器的验证模块，当遥控装置连接无人机时需要输入验证的密码，防止不法分子利用遥控器连接上无人机将盗走。
实施例2
如图2、图3和图4所示，一种无人机无GPS返航方法，包括无人机本体和地面站控制平台，所述无人机本体中包括：
飞控系统：用于控制无人机完成起飞、降落、空中飞行、执行任务和返航的整个飞行过程的核心系统；
GPS定位模块：用于对无人机的位置进行定位，同时结合GIS地图对起飞点、降落点以及目的地进行图上定位，便于完成指定的任务以及返航；
位置估算装置：用于记录无人机从起飞后的飞行姿态的变化，从而判断无人机的飞行轨迹，当GPS故障或GPS卫星信号较差位置估算装置开始进行位置估算，通过对路线进行逆向飞行实现自主返航；
数据收发模块：用于将无人机中的数据发送至地面站控制平台，同时接收地面站控制平台发送过来的数据，并将数据传送给飞控系统执行相应的操作；
存储模块：用于存储数据收发模块接收到的数据信息，同时还存储地图信息、位置信息和飞行信息；
所述地面站控制平台包括：
遥控器：由飞手操作，用于远程控制无人机的飞行返航；
地面数据收发模块：用于接收无人机发送的数据，并对无人机发送一些操作指令；
地面站指挥装置：为无人机交互界面，可通过地面站指挥装置得到当前的飞行状态，无人机本体可以将当前的返航状态传输到地面站指挥装置上，
所述无人机与地面站控制平台无线连接。
值得注意的是，所述位置估算装置中包括：
陀螺仪：用于检测无人机的飞行状态，提供准确的飞行方位、水平位置、速度快慢和倾斜角度，陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器，根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制；
加速计：测量重力以及夹角的变化从而得出加速度的变化，记录无人机的飞行速度变化，无人机所采用的加速计是三轴加速计，分为X轴、Y轴和Z轴，这三个轴所构成的立体空间足以侦测到无人机上的各种动作，在实际应用时通常是以这三个轴(或任意两个轴)所构成的角度来计算无人机倾斜的角度，从而计算出重力加速度的值，通过感知特定方向的惯性力总量，加速计可以测量出加速度和重力，无人机的三轴加速计意味着它能够检测到三维空间中的运动或重力引力；
磁罗盘：根据指南针的原理，根据地磁场的变化从而判断出无人机的方向变化，磁罗盘是利用地磁场固有的指向性测量空间姿态角度的，它可以测量载体三维姿态数据:水平航向、俯仰、横滚，数字磁罗盘具有体积小、航向精度高、倾斜范围宽、频响高、低功耗的优点，很适合用于既对航向精度有较高要求同时又对功耗、体积有限制的场合。
在本实施例中，所述存储模块还对位置估算模块估算的路线进行存储，防止数据丢失导致无法返航，当无人机要进行新的一轮起飞时，存储模块自动将上一次的飞行记录删除，防止数据之间互相串联，也为存储模块腾出足够的存储空间。
在本实施例中，所述地面站控制平台上设有显示装置用于显示无人机在地图上飞行的起点和终点位置，以及飞行时的轨迹，方便工作人员对无人机的飞行姿态，飞行起始点做判断。
在本实施例中，所述无人机本体内设有无线接收模块用于遥控器的连接控制，当无人机靠近起点时飞手接管无人机的飞行操控，将无人机遥控至起点。
基于上述，该无人机返航方法，所述存储模块还对位置估算模块估算的路线进行存储，防止数据丢失导致无法返航，当无人机要进行新的一轮起飞时，存储模块自动将上一次的飞行记录删除，防止数据之间互相串联，也为存储模块腾出足够的存储空间，所述地面站控制平台上设有显示装置用于显示无人机在地图上飞行的起点和终点位置，以及飞行时的轨迹，方便工作人员对无人机的飞行姿态，飞行起始点做判断，所述无人机本体内设有无线接收模块用于遥控器的连接控制，当无人机靠近起点时飞手接管无人机的飞行操控，将无人机遥控至起点，所述无人机本体内部设有用于验证连接的遥控器的验证模块，当遥控装置连接无人机时需要输入验证的密码，防止不法分子利用遥控器连接上无人机将盗走。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种无人机无GPS返航方法，包括无人机本体和地面站控制平台，其特征在于，所述无人机本体中包括：
飞控系统：用于控制无人机完成起飞、降落、空中飞行、执行任务和返航的整个飞行过程的核心系统；
GPS定位模块：用于对无人机的位置进行定位，同时结合GIS地图对起飞点、降落点以及目的地进行图上定位，便于完成指定的任务以及返航；
位置估算装置：用于记录无人机从起飞后的飞行姿态的变化，从而判断无人机的飞行轨迹，当GPS故障或GPS卫星信号较差位置估算装置开始进行位置估算，通过对路线进行逆向飞行实现自主返航；
数据收发模块：用于将无人机中的数据发送至地面站控制平台，同时接收地面站控制平台发送过来的数据，并将数据传送给飞控系统执行相应的操作；
存储模块：用于存储数据收发模块接收到的数据信息，同时还存储地图信息、位置信息和飞行信息；
所述地面站控制平台包括：
遥控器：由飞手操作，用于远程控制无人机的飞行返航；
地面数据收发模块：用于接收无人机发送的数据，并对无人机发送一些操作指令；
地面站指挥装置：为无人机交互界面，可通过地面站指挥装置得到当前的飞行状态，无人机本体可以将当前的返航状态传输到地面站指挥装置上，
所述无人机与地面站控制平台无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人机无GPS返航方法，其特征在于：所述位置估算装置中包括：
陀螺仪：用于检测无人机的飞行状态，提供准确的飞行方位、水平位置、速度快慢和倾斜角度；
加速计：测量重力以及夹角的变化从而得出加速度的变化，记录无人机的飞行速度变化；
磁罗盘：根据指南针的原理，根据地磁场的变化从而判断出无人机的方向变化。
3.根据权利要求1所述的一种无人机无GPS返航方法，其特征在于：所述存储模块还对位置估算模块估算的路线进行存储。
4.根据权利要求1所述的一种无人机无GPS返航方法，其特征在于：所述地面站控制平台上设有显示装置用于显示无人机在地图上飞行的起点和终点位置，以及飞行时的轨迹。
5.根据权利要求1所述的一种无人机无GPS返航方法，其特征在于：所述无人机本体内设有无线接收模块用于遥控器的连接控制。
6.根据权利要求1所述的一种无人机无GPS返航方法，其特征在于：所述无人机本体内部设有用于验证连接的遥控器的验证模块。
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