CN107985556A - 无人机悬停系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机技术领域，提供一种无人机悬停系统及方法，所述无人机悬停系统包括目标信标和无人机，无人机上安装有机载识别模块，且机载识别模块和无人机的飞控装置电连接，目标信标上装载有红外发射装置用于发射红外线，机载识别模块拍摄红外线得到包含红外光点的图像，并识别红外光点的位置信息，飞控装置根据位置信息调整无人机的飞行位置，以使无人机悬停在所述目标信标的上空。与现有技术相比，本发明实施例排除了GPS较弱或者不稳定时定位不精确的影响，同时在昏暗无光的环境下也可以进行无人机的悬停。

Description

无人机悬停系统及方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机悬停系统及方法。
背景技术
飞行器，特别是能够通过遥控飞行的无人机，能够在人为操控下达到许多人们无法达到的位置，实现对特殊区域、特殊角度的拍摄、检测等任务。
目前，针对无人机的悬停控制，通常是通过超声波传感器或者气压计来测量无人机的飞行高度、通过GPS模块确定无人机水平位置的坐标，据此控制无人机悬停在特定位置。另外，GPS模块也可以提供高度信息，但对于主流的无人机来说，更倾向于使用气压计。但是，这种悬停控制方法在当GPS信号较弱或者不稳定的状态下，精确度会降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机悬停系统及方法，用以改善上述问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种无人机悬停系统，所述无人机悬停系统包括目标信标和无人机；所述无人机上安装有机载识别模块，且所述机载识别模块和所述无人机的飞控装置电连接；所述目标信标上装载有红外发射装置，所述红外发射装置用于发射红外线；所述机载识别模块用于拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点的位置信息；所述飞控装置用于根据所述位置信息调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空。
进一步地，所述机载识别模块包括高速摄像机，所述高速摄像机用于拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点在图像中的位置信息。
进一步地，所述机载识别模块还包括滤光片，所述滤光片设置于所述高速摄像机的镜头前方，用于滤除其他的光信号，以使所述高速摄像机拍摄到所述红外线。
进一步地，所述红外发射装置包括红外发射管。
第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机悬停方法，应用于上述的无人机悬停系统，所述无人机悬停系统包括目标信标和无人机；所述无人机上安装有机载识别模块，且所述机载识别模块和所述无人机的飞控装置电连接；所述目标信标上装载有红外发射装置，所述红外发射装置用于发射红外线；所述机载识别模块用于拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点的位置信息；所述飞控装置用于根据所述位置信息调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空。所述方法包括：所述红外发射装置发射红外线；所述机载识别模块拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点在图像中的位置信息；所述飞控装置根据所述红外光点在图像中的位置信息调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空。
进一步地，所述机载识别模块拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点在图像中的位置信息的步骤，包括：滤光片滤除其他的光信号，以使所述高速摄像机拍摄到所述红外线；高速摄像机拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点在图像中的位置信息。
进一步地，所述飞控装置根据所述位置信息调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空的步骤，包括：所述飞控装置根据所述位置信息，利用PID算法调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空。
相对现有技术，本发明实施例提供的一种无人机悬停系统及方法，所述无人机悬停系统包括目标信标和无人机，无人机上安装有机载识别模块，且机载识别模块和无人机的飞控装置电连接，目标信标上装载有红外发射装置用于发射红外线，机载识别模块拍摄红外线得到包含红外光点的图像，并识别红外光点的位置信息，飞控装置根据位置信息调整无人机的飞行位置，以使无人机悬停在所述目标信标的上空。与现有技术相比，本发明实施例排除了GPS较弱或者不稳定时定位不精确的影响，同时在昏暗无光的环境下也可以进行无人机的悬停。
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实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的无人机悬停系统的结构示意图。
图2示出了本发明实施例所提供的无人机悬停系统的结构框图。
图3示出了本发明实施例所提供的无人机悬停系统的工作流程图。
图标：100-无人机悬停系统；110-目标信标；111-红外发射装置；120-无人机；121-机载识别模块；1211-滤光片；1213-高速摄像机；123-飞控装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请结合参照图1和图2，无人机悬停系统100包括目标信标110和无人机120，目标信标110的上空为无人机120将要悬停的位置，目标信标110用于发射红外线，以使无人机120根据红外线悬停在目标信标110的上空。
在本发明实施例中，目标信标110上装载有红外发射装置111，红外发射装置111用于发射红外线，作为一种实施方式，该红外发射装置111可以以一定的发光角度竖直向上发射红外线，该红外线的法向轴线与无人机120将要悬停的位置的中心点在同一竖直线上，也就是说，无人机120将要悬停的位置所在的水平面上，正对着无人机120将要悬停的位置的中心点的红外线强度最大。在本发明实施例中，红外发射装置111可以是红外发射管，例如，常见的红外发光二极管。红外发射装置111的发光角度可以根据实际需要进行选择。
在本发明实施例中，目标信标110放置于目标区域上，目标区域可以是无人机120需要悬停于其上方的任何目标物体，例如，汽车、房屋、人等。
在本发明实施例中，无人机120包括机载识别模块121和飞控装置123，且机载识别模块121和飞控装置123电连接。无人机120可以是，但不限于固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等等。
在本发明实施例中，机载识别模块121安装在无人机120的云台上，机载识别模块121用于拍摄红外发射装置111发射的红外线，得到包含红外光点的图像，并识别该红外光点的位置信息。机载识别模块121包括滤光片1211和高速摄像机1213，滤光片1211设置在高速摄像机1213的镜头前方，高速摄像机1213与飞控装置123电连接。
在本发明实施例中，滤光片1211用于滤除其他的光信号，以使高速摄像机1213拍摄到红外发射装置111发射的红外线。
在本发明实施例中，高速摄像机1213用于拍摄红外发射装置111发射的红外线得到包含红外光点的图像，并识别该红外光点在图像中的位置信息。高速摄像机1213识别出红外光点在图像中的位置信息之后，将该位置信息发送至飞控装置123，以使飞控装置123根据该位置信息调整无人机120的飞行位置，并在确定目标信标110的位置之后，控制无人机120悬停在目标信标110的上空，优选为控制无人机120悬停在目标信标110的正上方。
作为一种实施方式，要使无人机120悬停在目标信标110的正上方，就要使得红外光点处于包含红外光点的图像中的中心位置，也就是说，如果高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置偏右，则飞控装置123调整无人机120向左飞行；如果高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置偏左，则飞控装置123调整无人机120向右飞行；如果高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置偏前，则飞控装置123调整无人机120向后飞行；如果高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置偏后，则飞控装置123调整无人机120向前飞行，就这样高速摄像机1213持续拍摄红外发射装置111发射的红外线，以得到包含红外光点的图像中红外光点的位置信息，并将该位置信息实时发送至飞控装置123。飞控装置123根据该位置信息不断调整无人机120的飞行位置，以使高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置信息在该图像的中心，此时表示无人机120在目标信标110的正上方。
在本发明实施例中，飞控装置123用于根据高速摄像机1213确定的红外光点的位置信息调整无人机120的飞行位置，以使无人机120悬停在目标信标110的上空。作为一种实施方式，飞控装置123可以根据高速摄像机1213确定的红外光点的位置信息，利用PID算法调整无人机120的飞行位置，以使无人机120悬停在目标信标110的上空。
请参照图3，图3示出了本发明实施例所提供的无人机悬停系统100的工作流程图，无人机悬停系统100的工作流程包括：
步骤S1，红外发射装置111发射红外线。
在本发明实施例中，目标信标110上装载有红外发射装置111，红外发射装置111用于发射红外线，作为一种实施方式，该红外发射装置111可以以一定的发光角度竖直向上发射红外线，该红外线的法向轴线与无人机120将要悬停的位置的中心点在同一竖直线上，也就是说，无人机120将要悬停的位置所在的水平面上，正对着无人机120将要悬停的位置的中心点的红外线强度最大。在本发明实施例中，红外发射装置111可以是红外发射管，例如，常见的红外发光二极管。红外发射装置111的发光角度可以根据实际需要进行选择。
步骤S2，机载识别模块121拍摄红外线得到包含红外光点的图像，并识别红外光点在图像中的位置信息。
在本发明实施例中，要使无人机120悬停在目标信标110的正上方，就要使得红外光点处于包含红外光点的图像中的中心位置，也就是说，如果高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置偏右，则飞控装置123调整无人机120向左飞行；如果高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置偏左，则飞控装置123调整无人机120向右飞行；如果高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置偏前，则飞控装置123调整无人机120向后飞行；如果高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置偏后，则飞控装置123调整无人机120向前飞行，就这样高速摄像机1213持续拍摄红外发射装置111发射的红外线，以得到包含红外光点的图像中红外光点的位置信息，并将该位置信息实时发送至飞控装置123。飞控装置123根据该位置信息不断调整无人机120的飞行位置，以使高速摄像机1213拍摄的包含红外光点的图像中红外光点的位置信息在该图像的中心，此时表示无人机120在目标信标110的正上方。
步骤S3，飞控装置123根据红外光点在图像中的位置信息调整无人机120的飞行位置，以使无人机120悬停在目标信标110的上空。
在本发明实施例中，飞控装置123可以根据高速摄像机1213确定的红外光点的位置信息，利用PID算法调整无人机120的飞行位置，以使无人机120悬停在目标信标110的上空。
本发明实施例所提供的无人机悬停系统100的工作原理是：首先，目标信标110上装载的红外发射装置111发射红外线；其次，机载识别模块121拍摄红外发射装置111发射的红外线，得到包含红外光点的图像，并识别该红外光点的位置信息，换句话说，滤光片1211滤除其他的光信号，以使高速摄像机1213拍摄到红外发射装置111发射的红外线，高速摄像机1213拍摄红外发射装置111发射的红外线得到包含红外光点的图像，并识别该红外光点在图像中的位置信息；最后，高速摄像机1213识别出红外光点在图像中的位置信息之后，将该位置信息发送至飞控装置123，以使飞控装置123根据该位置信息调整无人机120的飞行位置，并在确定目标信标110的位置之后，控制无人机120悬停在目标信标110的上空。
综上所述，本发明提供的一种无人机悬停系统及方法，所述无人机悬停系统包括目标信标和无人机，无人机上安装有机载识别模块，且机载识别模块和无人机的飞控装置电连接；目标信标上装载有红外发射装置，红外发射装置用于发射红外线；机载识别模块用于拍摄红外线得到包含红外光点的图像，并识别红外光点的位置信息；飞控装置用于根据位置信息调整无人机的飞行位置，以使无人机悬停在目标信标的上空。所述方法包括：红外发射装置发射红外线；机载识别模块拍摄红外线得到包含红外光点的图像，并识别红外光点在图像中的位置信息；飞控装置根据红外光点在图像中的位置信息调整无人机的飞行位置，以使无人机悬停在目标信标的上空。与现有技术相比，本发明实施例排除了GPS较弱或者不稳定时定位不精确的影响，同时在昏暗无光的环境下也可以进行无人机的悬停。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (7)

1.一种无人机悬停系统，其特征在于，所述无人机悬停系统包括目标信标和无人机；
所述无人机上安装有机载识别模块，且所述机载识别模块和所述无人机的飞控装置电连接；
所述目标信标上装载有红外发射装置，所述红外发射装置用于发射红外线；
所述机载识别模块用于拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点的位置信息；
所述飞控装置用于根据所述位置信息调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空。
2.如权利要求1所述的无人机悬停系统，其特征在于，所述机载识别模块包括高速摄像机，所述高速摄像机用于拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点在图像中的位置信息。
3.如权利要求2所述的无人机悬停系统，其特征在于，所述机载识别模块还包括滤光片，所述滤光片设置于所述高速摄像机的镜头前方，用于滤除其他的光信号，以使所述高速摄像机拍摄到所述红外线。
4.如权利要求1所述的无人机悬停系统，其特征在于，所述红外发射装置包括红外发射管。
5.一种无人机悬停方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的无人机悬停系统，所述方法包括：
所述红外发射装置发射红外线；
所述机载识别模块拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点在图像中的位置信息；
所述飞控装置根据所述红外光点在图像中的位置信息调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空。
6.如权利要求5所述的无人机悬停方法，其特征在于，所述机载识别模块拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点在图像中的位置信息的步骤，包括：
滤光片滤除其他的光信号，以使高速摄像机拍摄到所述红外线；
所述高速摄像机拍摄所述红外线得到包含红外光点的图像，并识别所述红外光点在图像中的位置信息。
7.如权利要求6所述的无人机悬停方法，其特征在于，所述飞控装置根据所述位置信息调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空的步骤，包括：
所述飞控装置根据所述位置信息，利用PID算法调整所述无人机的飞行位置，以使所述无人机悬停在所述目标信标的上空。
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