CN108205327A - 用于无人机的辅助操控方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于无人机的辅助操控方法和系统。根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法，包括：基于无人机的飞行姿态和飞行速度，预测无人机在预定时段内的航迹；以及将有关无人机在预定时段内的航迹的信息提供给无人机的操纵者。根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法和系统，能够向无人机的操纵者提供有关无人机在预定时段内的航迹的信息，因而能够帮助无人机的操纵者做出针对无人机的操控决策。

Description

用于无人机的辅助操控方法和系统
技术领域
本发明涉及无人机领域，更具体地涉及一种用于无人机的辅助操控方法和系统。
背景技术
无人机(Unmanned Aerial Vehicle，简称UAV)是基于位于地面的无线遥控系统或者无人机搭载的自动控制系统来完成飞行过程的不载人飞机，具有体积小、成本低、重量轻、方便操控、飞行灵活等很多优点，并且能适应许多载人飞机不能适应的恶劣环境，因此被广泛地应用在军事、民用、和科学研究等相关领域。
无人机系统主要包括飞行控制系统、云台+相机系统、以及图像传输系统三个部分，其中：飞行控制系统用于控制无人机完成包括起飞、空中飞行、和返场回收在内的整个飞行过程；云台+相机系统用于在无人机飞行过程中实现针对指定场景的不同角度的图像采集；图像传输系统用于将云台+相机系统在无人机飞行过程中采集的图像传输到地面，供相关人员查看。
一般，无人机的操纵者利用双眼直接观察无人机的飞行姿态和飞行环境，并通过无线遥控器(即，位于地面的无线遥控系统)来控制无人机完成各种飞行动作。近几年，随着无线通信技术的发展和电子设备的小型化，第一人称视角(First Person View，简称FPV)逐渐成为一种流行的无人机操控方式，其中无人机的操纵者可以像真正的飞机驾驶者那样，看着“眼前”的图像，即图像传输系统传输到地面的图像，通过无线遥控器来控制无人机完成各种飞行动作，甚至在无人机起飞和/或降落的过程中都不用看无人机一眼，这给无人机的操纵者带来了非常真实的飞机驾驶体验。
目前，在使用FPV无人机操控方式时，不像人眼可以通过双目立体视觉来定位无人机，搭载在无人机上的单个摄像头捕捉到的图像是没有深度信息的，因此无人机的操纵者无法感知图像中的某个物体距离无人机到底有多远，这给无人机的操纵者操控无人机带来了困难。
发明内容
本发明提供了一种用于无人机的辅助操控方法和系统，以帮助无人机的操纵者在第一人称视角操控模式下对无人机进行操控。
根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法，包括：基于无人机的飞行姿态和飞行速度，预测无人机在预定时段内的航迹；以及将有关无人机在预定时段内的航迹的信息提供给无人机的操纵者。
在一优选实施例中，在无人机的操纵者对无人机进行操控时，进一步基于无人机的舵量和来自无人机的操纵者用于操控无人机的无线遥控器的操控信息，预测无人机在预定时段内的航迹。
在一优选实施例中，有关无人机的飞行姿态的信息是由搭载在无人机上的航姿传感器提供的。
在一优选实施例中，有关无人机的飞行速度的信息是由搭载在无人机上的空速传感器提供的。
在一优选实施例中，进一步基于无人机的三维位置，预测无人机在预定时段内的航迹。
在一优选实施例中，有关无人机的三维位置的信息是由搭载在无人机上的GPS差分定位系统提供的，该GPS差分定位系统包括GPS天线和GPS接收机。
根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控系统，包括：航迹预测单元，被配置为基于无人机的飞行姿态和飞行速度，预测无人机在预定时段内的航迹；以及信息提供单元，被配置为将有关无人机在预定时段内的航迹的信息提供给无人机的操纵者。
在一优选实施例中，在无人机的操纵者对无人机进行操控时，航迹预测单元进一步基于无人机的舵量和来自无人机的操纵者用于操控无人机的无线遥控器的操控信息，预测无人机在预定时段内的航迹。
在一优选实施例中，有关无人机的飞行姿态的信息是由搭载在无人机上的航姿传感器提供的。
在一优选实施例中，有关无人机的飞行速度的信息是由搭载在无人机上的空速传感器提供的。
在一优选实施例中，航迹预测单元进一步基于无人机的三维位置，预测无人机在预定时段内的航迹。
在一优选实施例中，有关无人机的三维位置的信息是由搭载在无人机上的GPS差分定位系统提供的，该GPS差分定位系统包括GPS天线和GPS接收机。
根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法和系统，能够向无人机的操纵者提供有关无人机在预定时段内的航迹的信息。无人机的操纵者可以基于有关无人机在预定时段内的航迹的信息，获知无人机在预定时段内是否将与其周围的一个或多个其他物体发生碰撞，从而做出针对无人机的操控决策。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是示出根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法的示例性流程图；
图2是示出根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控系统的示例性框图；以及
图3是示出能够实现根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法和系统的计算设备的示例性硬件架构的结构图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
本发明提供了一种用于无人机的辅助操控方法和系统，以帮助无人机的操纵者操控无人机。下面，结合附图详细描述根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法和系统。
图1是示出根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法的示例性流程图。如图1所示，根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法100包括：S102，基于无人机的飞行姿态和飞行速度，预测无人机在预定时段内的航迹；以及S104，将有关无人机在预定时段内的航迹的信息提供给无人机的操纵者。
这里，无人机的飞行姿态和飞行速度可以是无人机在当前时刻的飞行姿态和飞行速度，也可以是无人机在当前时刻之前的一段时间内的飞行姿态和飞行速度；无人机在预定时段内的航迹是指无人机在当前时刻之后的预定时段内的航迹。
在一些实施例中，在无人机的操纵者对无人机进行操控时，可以进一步基于无人机的舵量和来自无人机的操纵者用于操控无人机的无线遥控器的操控信息，来预测无人机在预定时段内的航迹。这里，无人机的舵量是用于操控无人机的无线遥控器的操控信号能够实现的操控程度的度量。例如，在针对俯仰通道设定100％舵量的情况下，当无人机的操纵者向前满推杆时，无线遥控器发射的操控信号能够实现100％的操控程度；在针对左右通道设定80％舵量的情况下，当无人机的操纵者向左满推杆时，无线遥控器发射的操控信号能够实现80％的操控程度，即相当于无人机的操纵者实际只推杆到了80％的位置。在无人机的舵量被设置得较低时，无人机的操控灵敏度较低，因此适合新手进行练习。很多无人机都会设置有舵量切换开关，无人机的操纵者可以预先设定好期望的舵量，以更平稳地操控无人机。
在一些实施例中，为了更为准确地提供有关无人机在预定时段内的航迹的信息，可以进一步基于无人机的三维位置预测无人机在预定时段内的航迹。在这种情况下，可以向无人机的操纵者提供无人机在预订时段内相对于其当前时刻的三维位置的航迹，即无人机在预定时段内的更为准确的航迹。
无人机上通常搭载有各种各样的传感器，用于感测无人机的飞行姿态、飞行速度、飞行高度、三维位置等。例如，无人机上可以搭载航姿传感器来感测无人机的飞行姿态，搭载空速传感器来感测无人机的飞行速度，搭载高度传感器感测无人机的飞行高度，搭载GPS差分定位系统来感测无人机的三维位置等。
因此，在一些实施例中，有关无人机的飞行姿态的信息可以是从搭载在无人机上的航姿传感器获取的，即是由搭载在无人机上的航姿传感器提供的；有关无人机的飞行速度的信息可以是从搭载在无人机上的空速传感器获取的，即是由搭载在无人机上的空速传感器提供的；有关无人机的三维位置的信息可以是从搭载在无人机上的GPS差分定位系统获取的，即是由搭载在无人机上的GPS差分定位系统提供的。
在一些实施例中，航姿传感器可以由能够感测无人机的飞行姿态角的垂直陀螺仪实现；空速传感器可以由静压传感器、动压(或总压)传感器、以及总温传感器的组合实现；GPS差分定位系统可以包括GPS接收机和GPS天线，提供有关无人机的三维位置以及相关时间数据的信息。
在一些实施例中，可以通过音频信号和/或视频信号将有关无人机在预定时段内的航迹的信息提供给无人机的操纵者。例如，可以向无人机的操纵者播放有关无人机在预定时段内的航迹的语音提示信息；和/或可以向无人机的操纵者显示有关无人机在预定时段内的航迹的动画提示信息等。
上面结合图1详细描述了根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法，下面将结合图2详细描述能够实现图1所示的辅助操控方法的根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控系统。
图2是示出根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控系统的示例性框图。如图2所示，根据本发明实施例的辅助操控系统200包括航迹预测单元202和信息提供单元204，其中：航迹预测单元202被配置为基于无人机的飞行姿态和飞行速度，预测无人机在预定时段内的航迹；信息提供单元204被配置为将有关无人机在预定时段内的航迹的信息提供给无人机的操纵者。
在一些实施例中，在无人机的操纵者对无人机进行操控时，航迹预测单元可以进一步基于无人机的舵量和来自无人机的操纵者用于操控无人机的无线遥控器的操控信息，预测无人机在预定时段内的航迹；在不仅需要提供有关无人机在预定时段内的航迹的信息还需要提供有关无人机在预定时段内的航迹与其当前时刻的三维位置的相对关系的信息时，航迹预测单元可以进一步基于无人机的三维位置，预测无人机在预定时段内的航迹。
在一些实施例中，航迹预测单元可以通过有线和/或无线通信，从无人机系统中的图像传输系统的接收机获取有关无人机的飞行姿态、飞行速度、以及三维位置的信息；或者航迹预测单元可以通过无线通信，从无人机系统中的图像传输系统的发射机获取有关无人机的飞行姿态、飞行速度、以及三维位置的信息。这里，无人机系统中的图像传输系统的发射机通过有线和/或无线通信从搭载在无人机上的航姿传感器、空速传感器、以及GPS差分定位系统获取上述信息，并将上述信息传输给接收机和/或航迹预测单元。
在一些实施例中，信息提供单元可以通过音频信号和/或视频信号将有关无人机在预定时段内的航迹的信息提供给无人机的操纵者。例如，信息提供单元可以将有关无人机在预定时段内的航迹的信息发送给无人机的操纵者使用的智能电话，通过该智能电话向无人机的操纵者播放有关无人机在预定时段内的航迹的语音提示信息和/或显示有关无人机在预定时段内的航迹的动画提示信息等。
有关根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控系统的其他细节与结合图1描述的根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法类似，在此不再赘述。
根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法和系统，能够向无人机的操纵者提供有关无人机在预定时段内的航迹的信息。无人机的操纵者可以基于有关无人机在预定时段内的航迹的信息，获知无人机在预定时段内是否将与其周围的一个或多个其他物体发生碰撞，从而做出针对无人机的操控决策。
结合图1至图2描述的用于无人机的辅助操控方法和系统可以由结合在位于地面的无线控制系统中的计算设备、或者与位于地面的无线通信系统相互独立的计算设备实现。图3是示出能够实现根据本发明实施例的用于无人机的辅助操控方法和系统的计算设备的示例性硬件架构的结构图。如图3所示，计算设备300包括输入设备301、输入接口302、中央处理器303、存储器304、输出接口305、以及输出设备306。其中，输入接口302、中央处理器303、存储器304、以及输出接口305通过总线310相互连接，输入设备301和输出设备306分别通过输入接口302和输出接口305与总线310连接，进而与计算设备300的其他组件连接。
具体地，输入设备301接收来自外部，例如，位于地面的无线控制系统或接收机的输入信息，并通过输入接口302将输入信息传送到中央处理器303；中央处理器303基于存储器304中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器304中，然后通过输出接口305将输出信息传送到输出设备306；输出设备306将输出信息输出到计算设备300的外部供用户使用。也就是说，图2所示的用于无人机的辅助操控系统200也可以被实现为包括：存储有计算机可执行指令的存储器；以及处理器，该处理器在执行计算机可执行指令时可以实现结合图1描述的用于无人机的辅助操控方法。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (12)

1.一种用于无人机的辅助操控方法，其特征在于，包括：
基于无人机的飞行姿态和飞行速度，预测所述无人机在预定时段内的航迹；以及
将有关所述无人机在预定时段内的航迹的信息提供给所述无人机的操纵者。
2.根据权利要求1所述的用于无人机的辅助操控方法，其特征在于，在所述无人机的操纵者对所述无人机进行操控时，进一步基于所述无人机的舵量和来自所述无人机的操纵者用于操控所述无人机的无线遥控器的操控信息，预测所述无人机在预定时段内的航迹。
3.根据权利要求1所述的用于无人机的辅助操控方法，其特征在于，有关所述无人机的飞行姿态的信息是由搭载在所述无人机上的航姿传感器提供的。
4.根据权利要求1所述的用于无人机的辅助操控方法，其特征在于，有关所述无人机的飞行速度的信息是由搭载在所述无人机上的空速传感器提供的。
5.根据权利要求1或2所述的用于无人机的辅助操控方法，其特征在于，进一步基于所述无人机的三维位置，预测所述无人机在预定时段内的航迹。
6.根据权利要求5所述的用于无人机的辅助操控方法，其特征在于，有关所述无人机的三维位置的信息是由搭载在所述无人机上的GPS差分定位系统提供的，所述GPS差分定位系统包括GPS天线和GPS接收机。
7.一种用于无人机的辅助操控系统，其特征在于，包括：
航迹预测单元，被配置为基于无人机的飞行姿态和飞行速度，预测所述无人机在预定时段内的航迹；以及
信息提供单元，被配置为将有关所述无人机在预定时段内的航迹的信息提供给所述无人机的操纵者。
8.根据权利要求7所述的用于无人机的辅助操控系统，其特征在于，在所述无人机的操纵者对所述无人机进行操控时，所述航迹预测单元进一步基于所述无人机的舵量和来自所述无人机的操纵者用于操控所述无人机的无线遥控器的操控信息，预测所述无人机在预定时段内的航迹。
9.根据权利要求7所述的用于无人机的辅助操控系统，其特征在于，有关所述无人机的飞行姿态的信息是由搭载在所述无人机上的航姿传感器提供的。
10.根据权利要求7所述的用于无人机的辅助操控系统，其特征在于，有关所述无人机的飞行速度的信息是由搭载在所述无人机上的空速传感器提供的。
11.根据权利要求7或8所述的用于无人机的辅助操控系统，其特征在于，所述航迹预测单元进一步基于所述无人机的三维位置，预测所述无人机在预定时段内的航迹。
12.根据权利要求11所述的用于无人机的辅助操控系统，其特征在于，有关所述无人机的三维位置的信息是由搭载在所述无人机上的GPS差分定位系统提供的，所述GPS差分定位系统包括GPS天线和GPS接收机。
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