CN108292136A - 利用或避免飞行器的空气阻力 - Google Patents

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Abstract

公开了用于避免或利用飞行器上的空气阻力的方法和装置。在实施例中，该方法和装置可以在控制器中实现并且用于提高飞行器的能量效率。在实施例中，确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数。然后确定飞行器的偏航设置，其为了能量效率而利用或避免飞行器上的空气阻力。偏航可以基于飞行器的形状上的方向性来参考偏航设置。在其他实施例中，确定与飞行器上的力相关联的阻力。然后，基于飞行器的期望操纵来确定在阻力中是否存在选定分量。然后，基于选定分量是否在阻力中来确定偏航设置。

Description

利用或避免飞行器的空气阻力
背景技术
近来使用中的无人驾驶飞行器(UAV)的数目已经迅速增加。在同一时期，这些UAV可能投入使用的不同类型的情况和应用的数目也已经增长。这至少部分是由于可以与UAV一起被利用的技术的复杂性和能力的提高。例如，UAV目前用于复杂的测绘和监视应用，并且也正在考虑UAV用于交付服务应用的用途。这些UAV应用中的一些UAV应用可能具有如下要求：UAV长时期保持在高空或密集行驶，而无需UAV可以在此期间被维修的频繁中断。这些类型的要求可能会对UAV的功率效率和UAV的发动机的功率源的效率提出大量要求。由UAV的速度生成的或由风力产生的UAV表面上的空气阻力可能会加剧对动力的需求，这反向作用于UAV在期望方向上的运动。空气阻力对UAV的影响也可能因UAV可能在其形状上具有方向性而变得复杂。例如，在一些UAV中，前面可能生成对气压的低阻力，而侧面可能生成对气压的高阻力。
发明内容
提供本“发明内容”是为了以简化的形式介绍将在以下“具体实施方式”中进一步描述的一些概念。本“发明内容”并非旨在专门标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并非旨在作为确定所要求保护的主题的范围中的辅助。
本文中公开了允许利用和/或避免飞行器(AV)上的空气阻力的方法和装置。本公开中的方法和装置的示例实施例基于作用于AV的大气力来提供用于AV的偏航设置。取决于AV上的力的净效应的方向和AV的期望操纵，实施例允许利用和/或避免力来提高AV的能量效率。例如，在一个实现中，当AV的形状在空气阻力方面具有方向性时，用于偏航设置的方法和装置可以用于设置AV的偏航以利用AV的形状。在该实现中，可以确定由大气力引起的AV上的净阻力，并且然后基于AV的形状来确定利用净阻力、或者避免或减少净阻力的偏航设置。偏航设置可以基于净阻力的方向和AV的期望操纵来确定，诸如减速或停止、或者加速或向前移动的操作。
该方法和装置可以在一种用于飞行器的控制器中实现。控制器可以确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数，基于至少一个参数来确定飞行器的偏航设置，并且基于所确定的偏航设置来发起飞行器的偏航的设置。在一个实现中，至少一个参数可以是净阻力，并且控制器可以确定飞行器药执行操纵，例如在保持恒定速度的同时在路径中移动，在加速的同时在路径中移动，在减速的同时在路径中移动，或者执行诸如停止的操纵。然后控制器可以在执行操纵的同时考虑飞行器上的净阻力的影响来确定飞行器的偏航设置。例如，当控制器确定净阻力时，如果飞行器在路径中正向前移动或加速并且净阻力包含作用于为加速或移动加强或增加能量的期望分量力，则控制器可以确定将飞行器的偏航设置为垂直于前进路径以利用净阻力的偏航设置。如果净阻力包含作用于对抗加速或移动的分量，则控制器可以确定将飞行器的偏航设置为平行于净阻力以避免净阻力的偏航设置。当飞行器移动并且相应地调节偏航时，控制器可以随着时间确定净阻力的更新。当飞行器加速到恒定速度时，净阻力可能由于飞行器速度的变化而改变，并且控制器可以相应地确定更新后的偏航设置。在另一示例中，当控制器确定净阻力时，如果飞行器正沿着特定路径减速或停止，并且净阻力包含作用于加强或增加能量以辅助减速或停止的期望分量，则控制器可以确定将飞行器的偏航设置为垂直于路径以利用净阻力的偏航设置。如果净阻力包含作用于对抗减速或停止的分量，则控制器可以确定将飞行器的偏航设置为平行于净阻力以避免净阻力的偏航设置。
在示例实施例中，通过确定飞行器与路径的偏差，确定飞行器的速度，以及基于偏差和飞行器速度来确定飞行器上的阻力，控制器可以将至少一个参数确定为净阻力。备选地，通过关闭飞行器上的全球定位卫星(GPS)锁定，通过使用GPS锁定确定飞行器的漂移，确定飞行器的速度，以及基于漂移和飞行器速度来确定飞行器上的阻力，控制器可以将至少一个参数确定为净阻力。作为另一示例备选方案，通过确定风的方向和大小，确定飞行器的速度，以及基于风的方向和大小以及飞行器的速度来确定飞行器上的阻力，控制器可以将至少一个参数确定为净阻力。
在示例实施例中，控制器可以被实现为飞行器上的控制器或者远离飞行器的控制器，例如在具有到飞行器的遥控器的接口的移动设备上。控制器可以从一个或多个传感器接收关于飞行器上的力的数据，并且确定与来自接收到的数据的力相关联的至少一个参数，例如净阻力。传感器可以位于飞行器上，或者位于远离飞行器的其中可以测量关于飞行器上的力的可靠数据的位置中。
附图说明
图1A示出了可以实现本发明的实施例的无人驾驶飞行器的前视图；
图1B是图1A的无人驾驶飞行器的右侧视图；
图1C是图1A的无人驾驶飞行器的右前侧视图；
图1D是图1A至1C的无人驾驶飞行器的顶视图，其示出了偏航的设置；
图2是示出根据本公开的实施例的用于利用或避免飞行器中的空气阻力的过程的图；
图3A是示出根据本公开的实施例的用于设置飞行器偏航的示例操作的流程图；
图3B至3D是示出根据本公开的实施例的用于确定空气阻力的操作的流程图；
图4A至图4B是示出根据图2的用于飞行器的空气阻力场景和示例偏航设置的图；以及
图5A至5B是示出根据图2的用于飞行器的空气阻力场景和示例偏航设置的图；
图6A是示出无风场景和示例偏航设置的图；
图6B是示出迎风场景和示例偏航设置的图；
图6C是示出背风场景和示例偏航设置的图；
图6D是示出侧风场景和示例偏航设置的图；
图6E是示出背侧风场景和示例偏航设置的图；
图7是根据本公开的实施例的控制器的简化框图；以及
图8是根据本公开的实施例的在设备应用中实现的控制器的框图；
具体实施方式
现在将通过使用示例实施例来描述系统、方法和装置。示例实施例在本公开中为了说明的目的而被呈现，并且不旨在约束或限制本公开或本文中呈现的权利要求的范围。
本文中描述的技术和技巧提供允许利用和/或避免对飞行器(AV)的空气阻力的系统、方法和装置的实施例。这些实施例通过对利用或避免空气阻力的方法的使用来提供优点，使得对AV的功率源的能量需求被降低。例如，可以通过利用大气力(诸如净空气阻力)来降低电动AV的电池的功耗，大气力以辅助或加强用于期望的操纵的移动的方式来作用于AV。备选地，可以通过避免大气力(诸如净空气阻力)来降低电动AV的电池的功耗，大气力以减弱或对抗期望的操纵的移动的方式来作用于AV。实施例还可以在使用任何其他类型的用于推进的功率源(例如，可燃燃料或太阳能源)的AV中实现。而且，在某些情况下，可以利用或避免空气阻力来提供更快的加速或更快的减速或停止，以用于增强AV性能。实施例可以在其中被实现的AV包括可以在其上为了能量效率而利用或避免空气阻力的任何类型的飞行器，包括无人驾驶飞行器(UAV)、无人机或其他车辆。
其中实施例提供技术优点的示例实现可以是在其形状上具有方向性的无人驾驶飞行器(UAV)中。例如，取决于作用于UAV的大气力的方向，旋翼式UAV可以被设计成具有空气阻力可以在其上变化的物理形状。，UAV可以具有这样的形状：其中UAV本体的部分由于本体的空气动力学成形而通常被认为是本体的前面和侧面。典型地，与呈现给垂直于侧部的力的侧部相比，将被认为是前面的部分对于垂直于前部的力显示出更小的空气阻力。对于这种类型的UAV，空气阻力通常被认为是由于UAV的设计形状而最小化的，并且不考虑空气阻力随特定情况而变化的影响。在这些实现中对实施例的使用允许根据给定情况利用或避免空气阻力，以便通过控制UAV的偏航来最小化UAV的功率源的能量消耗。在其他实现中，可以通过将具有定向表面的物体附接到UAV来修改在形状上没有方向性的UAV的形状。根据实施例，修改后的形状的方向性然后可以被用于利用或避免空气阻力。此外，如果UAV载有货物，诸如集装箱，则可以利用货物形状上的方向性来利用或避免空气阻力对UAV的操纵的影响。
通过对UAV的功率源的降低的能量消耗需求来提供技术优点。降低的能量消耗可以提供更长的飞行时间，在此期间UAV可以保持在高处。更长的飞行时间可以提供UAV在诸如大区域的测绘、远距离交付和监视的应用中的更高效的使用。另外，通过利用或避免空气阻力而提供的更快的加速和更快的减速或停止在其中期望增强的性能的应用中提供技术优点。技术优点还通过配置为了附加的效率而动态地确定和设置UAV的偏航的实现来提供。例如，偏航的确定和设置可以在某些预定时间点被执行，例如基于触发偏航调节的定时器。偏航的确定和设置还可以基于某个事件发生来被执行，例如当UAV开始新的操纵(诸如开始加速或减速、或者开始保持恒定速度)时。偏航确定和设置也可以在某些时间段或操纵期间被更频繁地执行。例如，在加速或减速期间，可以增加偏航确定和设置的频率，以考虑到UAV的速度上的变化可能导致净阻力快速变化的事实。
本公开的实施例还可以与用于高效的UAV操作的其他技术组合。例如，当UAV正在监视，使用点选择或区域选择模式绘制或测绘具有针对时间或能量效率而绘制或计划的飞行计划的地面区域时，可以利用偏航确定和设置过程。在这种情况下，偏航确定和设置过程可以被配置为在UAV停止并且调转或降低其速度时确定和调节在绘制的飞行计划的每个路途点处的UAV的偏航。
现在参考图1A和1B，其中分别是本发明的实施例可以在其中被实现的无人驾驶飞行器(UAV)100的前视图和右侧视图。可以认为UAV 100具有前部102、后部108、右侧部104a和左侧部104B。相机或其他仪器110可以被附接到前部102。旋转发动机106A至106D可以被电力地供电以提供功率来推动UAW 100在空中飞行时进行期望的操纵。图1A和1B示出了UAV100具有与其形状相关联的方向性。与侧部104A或104B将对直接或几乎直接作用于侧部104A或104B的大气力或空气压力而生成的空气阻力相比，前部102将对直接或几乎直接作用于前部102的大气力或空气压力生成较小的空气阻力。类似地，与侧部104A或104B将对直接或几乎直接作用于侧部104A或104B的大气力或空气压力而生成的空气阻力相比，后部108也将对直接或几乎直接作用于后部108的大气力或空气压力生成较小的空气阻力。
图1C示出了图1A和1B的UAV 100的右前侧视图。图1C示出了来自不同角度的UAV100的形状上的方向性，其示出了与侧部104A或104B对作用于UAV 100的侧面的空气压力或大气力而生成的阻力相比，具有其较小表面积的前部102将如何对作用于UAV 100的前部的空气压力或大气力生成较小的阻力。图1C还示出了作为仪表附件116的用于测量UAV 100上的大气力的设备的示例实现。仪表附件116可以被附接到UAV 100的顶部用于测量由风和UAV 100的运动引起的大气力。仪表116包括由前段118和背翼114组成的部分，以及轴112。轴112可以用于将仪表116附接到UAV 100中的适当的测量仪器。然后可以使用前段118和翼114来测量充当UAV 100上的净阻力的大气力的方向。在其他实现中，还可以利用任何其他类型的设备来测量风信息，诸如在UAV 100的环境中作用的风的方向或大小，并且根据风信息和UAV 100的速度来确定净阻力。例如，可以通过关闭GPS锁定并且测量UAV 100的漂移以获取风信息来利用全球定位系统(GPS)设备。备选地，在UAV 100移动的同时可以测量UAV100与其飞行路径的偏差，或者可以使用风速计来确定风信息。净阻力然后可以根据风信息和UAV 100的速度来被确定。
现在参考图1D，其中是图1A至1C的UAV 100在若干示例位置中的俯视图，其示出了根据本公开的实施例的偏航的设置。在图1D中，线120表示UAV 100从左到右的飞行路径。在由附图标记100a示出的位置中，UAV 100被示出为在如下位置中，其中UAV 100的轴线122从前部102延伸通过后部108沿着路径120在运动方向的前缘处与前部102对准。位置100a的偏航角可以是0度。在由附图标记100c示出的位置中，UAV 100被示出为在如下位置中，其中UAV100的轴线122与路径120成特定角度使得前部102处于运动方向上的前缘处但是指向一定角度。对于位置100b，曲线124所示的偏航角可以在0度和90度之间。在由附图标记100b示出的位置中，UAV 100被示出为在如下位置中，其中UAV 100的轴线122垂直于路径120使得其中前部102和后部108各自大致在运动方向的前缘上。对于垂直位置100b，曲线124所示的偏航角可以是大约90度。
图1D所示的示例位置可以在本公开的各种实施例中与在可以通过改变UAV 100的偏航角而设置的其他偏航角的任何其他位置一起被利用。根据与UAV 100上的力相关联的数据来确定适当的偏航设置的控制器可以被实现为飞行器上的控制器或者远离飞行器的控制器。控制器可以从一个或多个传感器接收关于飞行器上的力的数据并且确定与来自接收到的数据的力相关联的至少一个参数，例如净阻力。传感器可以位于飞行器上，或者位于远离飞行器的其中可以测量关于飞行器上的力的可靠数据的位置中。控制器然后可以发起适当的控制信号，使得UAV 100被定位为具有利用或避免净阻力的效果的偏航设置。控制信号可以通过设置旋转发动机106A至106D的相对速度以将UAV 100定向在期望的位置来定位偏航。
现在参考图2，其中是示出用于利用或避免例如可以在UAV 100中被实现的飞行器中的空气阻力的整体过程的实现的图200。该过程可以在202处开始，或者备选地可以在206处开始。如果过程在202处开始，则通过使用净阻力方向传感器来获取作用于UAV 100的大气力的净阻力。净阻力方向传感器可以例如被实现为图1C所示的仪表116。如果过程在206处开始，则首先获取对风信息的估计。风信息可以包括风的方向和大小，并且可以如在操作220处所示的通过关闭GPS锁定并且测量UAV 100的漂移以获取风的方向和大小信息来被测量。备选地，操作222可以用于在UAV 100移动以获取风的方向和大小的同时检查UAV 100与其飞行路径的偏差，或者操作224可以通过使用风速计来被执行以确定风的方向和大小。在218处，可以获取UAV 100的速度，并且在204处，可以根据风信息和速度来确定UAV 100上的净阻力。从202或206处的两个入口，然后在210处净阻力方向208被输入到偏航控制过程。
在210处，偏航控制过程使用净阻力数据来确定UAV 100的偏航设置。在图2的实施例中，如果UAV 100要向前移动或正在向前移动，则过程移动到212并且确定和设置偏航，使得阻力和风对UAV 100的向前运动的影响被最小化。如果UAV要停止或减速，则过程移动到214，并且确定和设置偏航，使得用于使UAV 100停止或减速的阻力和风被利用来辅助UAV100停止或减速。在216处，当UAV 100操作时，偏航的设置然后作用于使电池功耗最小化。
现在参考图3A，其中是示出根据本公开的实施例的用于设置飞行器偏航的示例操作的流程图。图3A的实施例可以使用例如在UAV 100中的控制器或远离UAV 100(例如在具有到飞行器的遥控器的接口的移动设备上)的控制器来实现。控制器可以包括一个或多个处理器或处理单元以及存储器，该存储器包括具有用于执行偏航控制过程操作的指令的代码。控制器可以从一个或多个传感器接收关于飞行器上的力的数据(诸如风的方向和大小)以及其他数据(诸如UAV 100的速度)。控制器可以确定与来自接收到的数据的力相关联的至少一个参数，例如净阻力。传感器可以位于飞行器上，或者位于远离飞行器的其中可以测量关于飞行器上的力的可靠数据的位置中。传感器可以包括可以直接或间接测量飞行器上的力的任何设备或装置，诸如风速计、基于GPS的测量设备或其他测量设备。在一个实现中，控制器可以被实现为UAV 100的自动驾驶系统的一部分。根据实施例，基于根据接收到的数据做出的确定，控制器还可以发起向UAV 100发送引起UAV 100改变其偏航的指令。
再次参考图3A，过程在302处开始，其中UAV上的净阻力被确定。净阻力可以在30处例如通过图3B至3D所示的示例过程之一来被确定。参考图3B至3D，在图3B中，在318处，确定UAV 100与其飞行路径的偏差。例如，偏差可以使用GPS数据来被确定。然后可以根据偏差来估计风的方向和大小。在320处，确定UAV速度，并且在322处，根据速度和风信息确定净阻力。图3C示出了用于确定净阻力的备选示例实现。在324处，关闭飞行器上的GPS锁定并且确定在GPS锁定关闭情况下的飞行器的漂移。例如，可以通过使用GPS数据来确定漂移。然后可以根据漂移信息来估计风的方向和大小。在326处，确定飞行器的速度，并且在328处，根据速度和风信息确定净阻力。图3D示出了用于确定净阻力的另一备选示例实现。图3D的操作类似于图1A至1B，不同之处在于，风的方向和大小在330处使用风速计被测量，风速计可以位于UAV 100上或被定位为远离UAV 100。作为用于确定净阻力的又一备选方案，可以使用方向传感器。净阻力方向传感器可以例如被实现为图1C所示的仪表116。
基于在302处确定的净阻力，该过程将基于净阻力来确定飞行器的偏航设置，并且基于偏航设置来发起对飞行器的偏航的设置。再次参考图3A，在304，确定UAV 100是否要通过向前移动或停止来操纵。向前移动可以包括以恒定速度向前移动，或者从静止或从第一速度向第二速度加速。停止可以包括停止移动或从第一速度向静止或向第二速度减速。在304处的确定中使用的信息可以由UAV 100中的自动驾驶系统或者从控制UAV 100的其他系统(诸如正向UAV 100发送控制信号的远程控制系统)生成。如果确定UAV 100要向前操纵，则过程移动到306。如果确定UAV 100要停止或减速，则过程移动到312。
在306处，如果在304处确定UAV 100要向前操纵，则在选定分量是期望分量的情况下确定选定分量是否被包含在净阻力中。如果期望分量被包含在净阻力中，则过程移动到308。在308处，将偏航设置为垂直于UAV 100的前进路径。如果期望分量未被包含在净阻力中，则该过程移动到310。在310处，将偏航设置为平行于UAV 100上的净阻力。
在312处，如果在304处确定UAV 100要停止或减速，则在选定分量是期望分量的情况下确定选定分量是否被包含在净阻力中。如果净阻力中包含选定分量，则过程移动到314。在314处，将偏航设置为垂直于UAV 100的前进路径。如果净阻力中没有包含期望分量，则过程移动到316。在316处，将偏航设置为平行于UAV 100上的净阻力。
图4A是示出当UAV 100要通过向前移动而操纵时用于诸如UAV 100的飞行器的示例空气阻力场景和示例偏航设置的图。图4A示出了UAV 100沿着线400在从左到右的路径中移动。作用于UAV 100的大气力由箭头线402至410表示。由风410和前进速度(与UAV速度相反)402引起的力在UAV 100上产生净阻力406。净阻力406包括分量404和分量408。因为UAV100正沿着路径400向前移动，所以分量404是在相反方向上的力并且作用为抵抗向前移动。分量404不是期望分量。而且，因为UAV 100正沿着路径400向前移动，所以分量408是在与向前移动垂直的方向上的力并且引起UAV 100偏离沿着路径400的向前移动。因此，分量408也不是期望分量。
在图4A的场景中，图3A至3D的过程将确定净阻力406，确定UAV 100要沿着路径400向前移动，并且基于净阻力和期望的向前移动操纵来确定在净阻力中的分量404或408中不存在期望分量。因为净阻力406中不存在期望分量，所以该过程然后将UAV 100的偏航设置为平行于净阻力406，如由UVA 100的位置所示，其偏航被设置为使得从前部102行进到后部108的其轴线平行于净阻力406。这作用为避免或减少对向前移动的阻力。
图4B是示出当UAV 100要通过向前移动而操纵时用于诸如UAV 100的飞行器的另一示例空气阻力场景和示例偏航设置的图。图4B示出了UAV 100沿着线422在从左到右的路径中移动。作用于UAV100的大气力由箭头线412至420表示。由风420和前进速度阻力(与UAV速度相反)414引起的力在UAV 100上产生净阻力418。净阻力418包括分量412和分量416。因为UAV 100正沿着路径400向前移动，所以分量412是在相同方向上的力并且作用为辅助向前移动。分量412是期望分量。而且，因为UAV 100正沿着路径422向前移动，所以分量416是与向前移动垂直的方向上的力并且引起UAV 100偏离沿着路径422的向前移动。因此，分量416不是期望分量。
在图4B的场景中，图3A至3D的过程将确定净阻力418，确定UAV 100要沿着路径422向前移动，并且基于净阻力和期望的向前移动操纵来确定在净阻力中的分量412或416中存在期望分量。因为净阻力418中存在期望分量，所以该过程然后将UAV 100的偏航设置为垂直于沿着线422的向前移动的路径，如由UVA 100的位置所示的，其偏航被设置为使得从前部102行进到后部108的其轴线垂直于线422。这作用为辅助或加强向前移动。
图5A是示出当UAV 100要通过停止或减速而操纵时用于诸如UAV 100的飞行器的示例空气阻力场景和示例偏航设置的图。图5A示出了UAV 100从沿着线500沿着从左到右的路径的移动中停止或减速。作用于UAV 100的大气力由箭头线502至510表示。由风510和前进速度(与UAV速度相反)502引起的力在UAV 100上产生净阻力506。净阻力506包括分量504和分量508。因为UAV 100正在从沿着路径500的移动中停止或减速，所以分量504是在与该移动相反的方向上的力，并且作用为帮助和加强停止或减速。在这种场景中，分量504是期望分量。然而，因为UAV 100正沿着路径500向前移动，因此分量508是在与向前移动方向垂直的方向上的并且停止或减速的力。分量508引起UAV 100偏离路径500。因此，分量508不是期望分量。
在图5A的场景中，图3A至3D的过程将确定净阻力506，确定UAV 100从沿着路径500的移动中停止或减速，并且基于净阻力和期望的停止或减速操纵来确定在净阻力中的分量504或508中存在分量期望。因为在净阻力506中存在期望分量，所述该过程然后将UAV 100的偏航设置为垂直于路径500，其偏航被设置为使得从前部102行进到后部108的其轴线垂直于沿着路径500的移动。这辅助或加强停止或减速。
图5B是示出当UAV 100要通过停止或减速而操纵时用于诸如UAV 100的飞行器的另一示例空气阻力场景和示例偏航设置的图。图5b示出了UAV 100从沿着线512在从左到右的路径中的移动中停止或减速。作用于UAV 100的大气力由箭头线514至522表示。由风520和前进速度(与UAV速度相反)514引起的力在UAV 100上产生净阻力518。净阻力518包括分量522和分量516。因为UAV 100正在从沿着路径512的移动中停止或减速，所以分量522是移动方向上的力并且作用为违背停止或减速。在这种情况下，分量522不是期望分量。另外，因为UAV 100正沿着路径512向前移动，所以分量516是与向前移动方向和停止或减速的方向垂直的方向上的力。分量516引起UAV 100偏离路径512。因此，分量516不是期望分量。
在图5B的场景下，图3A至3D的过程将确定净阻力518，确定UAV 100要从沿着路径512的移动中停止或减速，并且基于净阻力和期望的停止或减速操纵来确定在净阻力中的分量516或522中不存在期望分量。因为净阻力518中不存在期望分量，所以该过程然后将UAV 100的偏航设置为平行于净阻力518，如由UVA 100的位置所示，其偏航被设置为使得从前部102行进到后部108的其轴线平行于净阻力518。这作用为避免或减少将负面影响对停止或减速的操纵的阻力。
图6A是示出无风场景和示例偏航设置的图。在图6A中，UAV 100被示出为随着其沿着由线602所示的路径从左向右移动而处于位置序列616A至616J中。在由括号614所示的路径的一部分中，UAV 100操纵以向前移动。因为没有风，所以UAV 100的速度分别在位置616A至616J中的每个位置处引起由箭头604A至604J所示的净阻力，该阻力在平行于路径602的方向上作用为抵抗向前移动。在括号614内，在由括号606所示的路径的一部分中，UAV 100正在加速，并且在由括号608所示的路径的一部分中，UAV 100保持恒定的速度。在由括号612所示的路径的一部分中，UAV 100操纵以停止。在括号612内，在由括号610所示的路径的一部分中，UAV 100减速以停止。
在图6A的场景中，当UAV 100沿着路径602移动时，图3A至3D的过程将确定净阻力，确定UAV 100是否要通过向前移动、停止或减速来操纵，基于净阻力和期望操纵来确定净阻力中是否存在期望分量，并且发起偏航的设置以利用或避免净阻力。例如，当UAV正在加速并且在位置616A至616C中移动时，该过程随着UAV 100移动分别将UAV 100的偏航设置为平行于净阻力604A至604C，以避免和最小化阻力对向前移动的影响。这通过将UAV 100设置在如下位置中来实现，其中从前部102行进穿过后部108的UAV 100的轴沿着路径602被对准使得前部102在运动方向上的前缘处。当UAV 100保持恒定速度并且移动通过位置616D至616G时，该过程将偏航保持在相同设置中，因为UAV 100仍然在向前方向移动并且净阻力604D至604G不改变。当UAV 100开始减速并且移动通过位置616G至616J时，该过程分别将UAV 100的偏航设置为垂直于净阻力604H至604J，以利用阻力抵抗向前移动的影响。这通过将从前部102行进穿过后部108的UAV 100的轴线设置在运动方向上垂直于路径602的位置中来实现。
图6B是示出迎风场景和示例偏航设置的图。在图6B中，UAV 100被示出为随着其沿着由线622所示的路径从左向右移动而处于位置序列626A至626J中。在由括号627所示的路径的一部分中，UAV 100正在加速，并且在由括号628所示的路径的一部分中，UAV 100保持恒定的速度。在由括号629所示的路径的一部分中，UAV 100减速以停止。当UAV 100沿着路径622移动时，在每个位置626A至626J处存在分别由箭头621A至621J中的每个箭头所示的迎风。当UAV 100沿着路径622移动时，在每个位置626B至626I处还存在分别由箭头624B至624I中的每个箭头所示的由UAV 100的速度引起的阻力。当UAV 100沿着路径622移动时，由UAV 100的速度引起的迎风和阻力一起作用以分别在每个位置626B至626I处产生由箭头625B至625I中的每个箭头所示的净阻力。
在图6B的场景中，当UAV 100沿着路径622移动时，图3A至3D的过程将确定净阻力，确定UAV 100是否要通过向前移动、停止或减速来操纵，基于净阻力和期望操纵来确定净阻力中是否存在期望分量，并且发起偏航的设置以利用或避免净阻力。例如，当UAV正在加速并且在位置626A至626C中移动时，该过程随着UAV 100移动分别将UAV 100的偏航设置为平行于净阻力625B至625C，以避免和最小化阻力对向前移动的影响。当UAV 100保持恒定速度并且移动通过位置626D至626H时，该过程将偏航保持在相同设置中，因为UAV 100仍然正在向前方向上移动并且净阻力625D至625G不改变。当UAV 100开始减速并且移动通过位置626H至626J时，该过程分别将UAV 100的偏航设置为垂直于净阻力625H至625I，以利用阻力抵抗向前移动的影响。
图6C是示出背风场景和示例偏航设置的图。在图6C中，UAV 100被示出为随着其沿着由线632所示的路径从左向右移动而处于位置序列636A至636J中。在由括号637所示的路径的一部分中，UAV 100正在加速，并且在由括号638所示的路径的一部分中，UAV 100保持恒定的速度。在由括号639所示的路径的一部分中，UAV 100减速以停止。当UAV 100沿着路径632移动时，在每个位置636A至636J处存在分别由箭头631A至631J中的每个箭头所示的背风。当UAV 100沿着路径632移动时，在每个位置636B至636I处还存在分别由箭头634B至634I中的每个箭头所示的由UAV 100的速度引起的阻力。当UAV 100沿着路径632移动时，由UAV 100的速度引起的背风和阻力一起作用以分别在每个位置636A至636J处产生由箭头635A至635J中的每个箭头所示的净阻力。
在图6C的场景中，当UAV 100沿着路径632移动时，图3A至3D的过程将确定净阻力，确定UAV 100是否要通过向前移动、停止或减速来操纵，基于净阻力和期望操纵来确定净阻力中是否存在期望分量，并且发起偏航的设置以利用或避免净阻力。例如，当UAV正在加速并且在位置636A至636C中移动时，该过程随着UAV 100移动分别将UAV 100的偏航设置为垂直于净阻力635B至635C，以利用阻力对向前移动的影响。在位置636A至636C，净阻力作用为辅助或加强UAV 100的向前移动。在图6C的场景中，当UAV 100沿着由括号637所示的路径632的一部分加速时，如箭头634B至634C所示的由UAV的速度引起的拖拽变得更大，直到由背风和UAV 100的速度产生的净阻力变为在位置636D处如箭头635D所示的相反方向上的净阻力。因此，在位置636D处，当UAV 100开始保持恒定速度并且移动通过位置636D至636G时，该过程将偏航设置为平行于路径632以分别在位置636D至636G处避免或最小化净阻力635D至635G。当UAV 100在位置636H处开始减速时，因为由UAV 100的速度和背风引起的净阻力仍然正在反向作用于UAV 100的向前移动，如箭头635H所示，该过程将偏航设置为垂直于净阻力635H，以利用阻力抵抗向前移动以用于减速的影响。当UAV 100沿着由括号639所示的路径632的一部分减速时，由UAV 100的速度引起的阻力(由箭头634H至634I所示)变得更小，直到由背风和UAV 100的速度产生的净阻力变为在位置636I处如箭头635I所示的方向上的净阻力。在位置636I处，该过程然后将偏航设置为平行于路径632，以分别在位置636I至636J处避免或最小化净阻力635I至635J。
图6D是示出侧风场景和示例偏航设置的图。在图6D中，UAV 100被示出为随着其沿着由线642所示的路径从左向右移动而处于位置序列646A至646J中。在由括号647所示的路径的一部分中，UAV 100正在加速，并且在由括号648所示的路径的一部分中，UAV 100保持恒定的速度。在由括号649所示的路径的一部分中，UAV 100减速以停止。当UAV 100沿着路径642移动时，在每个位置646A至646J处分别存在由箭头641A至641J中的每个箭头所示的侧风。当UAV 100沿着路径642移动时，在每个位置646B至646I处还分别存在由箭头644B至644I中的每个箭头所示的由UAV 100的速度引起的阻力。当UAV 100沿着路径642移动时，由UAV 100的速度引起的侧风和阻力一起作用以分别在每个位置646B至646I处产生由箭头645B至645I中的每个所示的净阻力。
在图6D的场景中，当UAV 100沿着路径642移动时，图3A至3D的过程将确定净阻力，确定UAV 100是否要通过向前移动、停止或减速来操纵，基于净阻力和期望操纵来确定净阻力中是否存在期望分量，并且发起偏航的设置以利用或避免净阻力。例如，当UAV 100在位置646A处并且刚开始移动时，净阻力由侧风641A组成。在位置646A处，该过程将偏航设置为平行于风641A以避免由风641A引起的阻力。当UAV开始加速并且移动通过位置646B至646C时，由UAV 100的速度引起的阻力增加并且与侧风641B至641C相比对净阻力的影响变大，并且净阻力方向如箭头645B和645C所示的改变。当UAV 100移动通过位置646B和646C时，该过程分别将UAV 100的偏航设置为平行于净阻力645B至645C，以避免作用为引起UAV 100偏离向前移动的阻力的效果。在位置646D处，当UAV 10开始保持恒定的速度并且移动通过位置636D至636G时，该过程分别将偏航设置为平行于净阻力645D至645G，以避免或最小化净阻力。当UAV 100开始在位置646H处减速时，因为由UAV 100的速度和背风引起的净阻力仍然如箭头645H所示那样作用，所以存在能够被利用的净阻力645H的期望分量。然后，该过程将偏航设置为垂直于向前移动的路径642用于减速，以利用净阻力用于减速。当UAV 100沿着由括号649所示的路径642的一部分减速时，由箭头644H至644I所示的由UAV 100的速度引起的阻力变得更小，直到净阻力仅由位置646J处的侧风641J产生并且UAV 100已经停止。
图6E是示出背侧风场景和示例偏航设置的图。在图6E中，UAV 100被示出为随着其沿着由线652所示的路径从左向右移动而处于位置序列656A至656J中。在由括号657所示的路径的一部分中，UAV 100正在加速，并且在由括号658所示的路径的一部分中，UAV 100保持恒定的速度。在由括号659所示的路径的一部分中，UAV 100减速以停止。当UAV 100沿着路径652移动时，在每个位置656A至656J处存在分别由箭头651A至651J中的每个箭头所示的背侧风。当UAV 100沿着路径652移动时，在每个位置656B至656I处还分别存在由箭头654B至654I中的每个箭头所示的由UAV 100的速度引起的阻力。当UAV 100沿着路径652移动时，由UAV 100的速度引起的背侧风和阻力一起作用以分别在每个位置656B至656I处产生由箭头655B至655I中的每个箭头所示的净阻力。
在图6E的场景中，当UAV 100沿着路径652移动时，图3A至3D的过程将确定净阻力，确定UAV 100是否要通过向前移动、停止或减速来操纵，基于净阻力和期望操纵来确定净阻力中是否存在期望分量，并且发起偏航的设置以利用或避免净阻力。例如，当UAV 100位于位置656A处并且刚开始移动时，净阻力由背侧风651A组成。在位置656A处，在由背侧风651A引起的净阻力中存在期望分量，其作用为辅助或加强移动。在位置651A处，该过程将偏航设置为垂直于前进路径652以利用净阻力。当UAV开始加速并且移动通过位置656B时，由UAV100的速度和背侧风651B引起的阻力654B产生如箭头655B所示的净阻力。因为净阻力仍然包含期望分量，所以该过程保持偏航垂直于前进路径652。当UAV正在加速并且移动通过位置656C时，由UAV 100的速度引起的阻力654C增加并且与背侧风651C相比对净阻力的影响变得更大，并且净阻力变化以沿着如箭头655C所示的方向作用。在位置651C处，净阻力中不存在期望分量。当UAV 100移动通过位置656C时，该过程将UAV 100的偏航设置为平行于净阻力655C，以避免作用为引起UAV 100偏离向前移动的阻力的效果。在位置646D处，当UAV10开始保持恒定的速度并且移动通过位置656D至656G时，该过程分别将偏航设置为平行于净阻力655D至655G，以避免或最小化净阻力。当UAV 100开始在位置656H处减速时，因为由UAV 100的速度和背风引起的净阻力仍然如箭头655H所示那样作用，所以存在能够被利用的净阻力655H的期望分量。当开始减速以利用净阻力时，该过程然后将UAV 100的偏航设置为垂直于向前移动的路径652。当UAV 100沿着由括号659所示的路径652的一部分减速时，由箭头654H至654I所示的由UAV 100的速度引起的阻力变得更小，直到位置656I处的净阻力作用为抵抗减速并且不包含期望分量。该过程然后将UAV 100的偏航设置为平行于位置656I处的净阻力655I以避免净阻力的影响。当UAV 100减速并且减慢以停止时，由UAV 100的速度引起的阻力变得更小，直到位置656J处的净阻力仅由背侧风651J引起。就像UAV 100停止在位置656J处一样，偏航被设置为平行于净阻力或背侧风651J。
尽管场景已经示出了当要避免净阻力时将UAV 100的前部102面向净阻力放置的示例偏航设置，但是将UAV的后部108面对净阻力放置以避免阻力也是可能的。例如，该实现可以被使用，例如如果期望使前置相机110面向某个方向，该方向更容易保持后部108移动到净阻力中(例如，向后面向UAV 100)。
现在参考图7，其中是根据本公开的实施例的控制器的简化框图。控制器700表示其中可以实现本公开的实施例的控制器或设备的可能实现。在一个实现中，控制器700位于UAV内，UAV诸如图1A至1D的UAV 100。控制器700还包括存储器/存储装置704，其被示为包括用于偏航控制程序708的计算机程序代码或指令。存储器704还可以包括用于UAV操作系统(OS)的控制程序和其他应用控制程序706的代码或指令。控制单元702可以接收数据，诸如输入710处的速度数据以及输入712处的风向数据、风力大小数据和UAV路径数据。当被执行时，偏航控制程序706引起控制单元702控制控制器700以使用所接收的数据来实现本文中公开的过程，例如图3A至3D的过程。控制器702确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数，例如净阻力，基于该至少一个参数来确定飞行器的偏航设置，并且基于偏航设置来发起飞行器的偏航的设置，例如通过向UAV的飞行控制系统发送适当的控制信号。
存储器704可以被实现为设备700中的任何类型的计算机可读存储介质，包括非易失性和易失性存储器。存储器704还可以包括在控制器700的操作中使用的数据，诸如视频数据、相机数据和传感器数据以及其他文件。控制或处理单元702可以包括一个或多个处理器、或其他控制电路或处理器和控制器电路的任何组合。控制单元700可以通过执行存储器704中的指令或代码来提供对控制器700和UAV的总体控制，以提供必要的功能。
本文中公开的示例实施例可以在存储在存储器上的处理器可执行代码或指令的一般上下文中被描述，该存储器可以包括一个或多个计算机可读存储介质(例如，有形的非暂态计算机可读存储介质，诸如存储器704)。应当容易理解，术语“计算机可读存储介质”或“非暂态计算机可读介质”包括用于存储数据、代码和程序指令的介质，诸如存储器704，并且不包括用于存储暂时传播或调制的数据通信信号的介质的部分。
现在参考图8，本文中是根据本公开的实施例的在设备应用中实现的控制系统800的框图。控制系统可以与任何UAV一起使用，例如与无人机一起使用。图8示出了包括控制器806的智能电话804。控制器806可以在处理单元中或者作为一个或多个处理器被实现，包括具有用于实现图形用户界面810、日志记录器808、覆盖路径生成器816、无人机管理器812和偏航控制器814的计算机可执行指令的存储器。控制器806可以通过发送和接收来自遥控器820的信号的无人机接口818与无人机通信。遥控器820可以发送和接收来自无人机(UAV802)的信号以控制飞行中的无人机。偏航控制器814确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数，例如净阻力，基于该至少一个参数来确定飞行器的偏航设置，并且通过向遥控器820发送适当的控制信号基于偏航设置来发起飞行器的偏航的设置，遥控器820向无人机802发送适当的控制信号。从遥控器820向无人机802发送的信号可以包括来自偏航控制器814的信号，其基于处理例如从(物联网)IOT边缘822接收到的信号来发起无人机的偏航的设置。类似于位于UAV 100上的控制器，控制器806可以从UAV 100上的传感器远程接收风和速度数据，或者在离开UAV 100的可以获取可靠的风和/或速度数据的适当位置处使用传感器。
已经公开了包括用于飞行器的控制器的实施例，控制器包括处理单元和包括代码的存储器。当被执行时，代码控制处理单元以确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数，基于该至少一个参数来确定飞行器的偏航设置，并且基于偏航设置来发起飞行器的偏航的设置。至少一个参数可以包括阻力，并且该代码可以进一步可执行以控制处理单元通过引起处理单元执行以下操作来确定偏航设置：确定飞行器要在路径中移动，并且在考虑到在路径中移动的同时阻力对飞行器的影响的情况下确定飞行器的偏航设置。该代码可以进一步可执行以控制处理单元通过以下操作来确定偏航设置：确定飞行器要减速，并且在考虑到在减速的同时阻力对飞行器的影响的情况下确定飞行器的偏航设置。该代码可以进一步可执行以控制处理单元通过执行以下操作来确定所述飞行器的偏航设置：确定在阻力中是否存在选定分量，并且基于阻力和选定分量是否在阻力中的确定来确定偏航设置。该代码可以进一步可执行以控制处理单元通过以下操作来确定所述飞行器的偏航设置：确定飞行器的期望操纵，基于阻力和期望操纵来确定在阻力中是否存在选定分量，以及基于选定分量是否在阻力中的确定来确定偏航设置。该代码还可以进一步可执行以控制处理单元以通过以下方式来基于阻力和选定分量是否在阻力中的确定来确定偏航设置：在选定分量不在阻力中的情况下确定平行于阻力的偏航设置。该代码可以进一步可执行以控制处理单元以通过以下方式来基于阻力和选定分量是否在阻力中的确定来确定偏航设置：在选定分量在阻力中的情况下确定垂直于飞行器的前进路径的偏航设置。
在控制器的实施例中，该代码可以可执行以控制处理单元通过以下方式来确定至少一个参数：确定飞行器与路径的偏差，确定飞行器的速度，以及基于偏差和速度来确定飞行器上的阻力。该代码可以进一步可执行以控制处理单元通过以下方式来确定至少一个参数：关闭全球定位卫星(GPS)锁定并且确定飞行器的漂移，确定飞行器的速度，以及根据漂移和速度来确定飞行器上的阻力。该代码可以进一步可执行以控制处理单元以通过以下方式来确定至少一个参数：确定风的方向和大小，确定飞行器的速度，以及基于风的方向和大小以及速度来确定飞行器上的阻力。
已经公开了包括飞行器的其他实施例，该飞行器包括处理单元和包括代码的存储器，该代码在被执行时控制处理单元以确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数，基于该至少一个参数来确定飞行器的偏航设置，并且基于偏航设置来发起飞行器的偏航的设置。该代码还可以被执行以控制飞行器中的处理单元以通过引起处理单元执行以下操作来确定至少一个参数：接收在飞行器的外部环境中测量的数据，并且基于该数据来确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数。至少一个参数可以包括阻力，并且该代码可以进一步可执行的以控制飞行器中的处理单元以通过引起处理单元执行以下操作来确定偏航设置：确定飞行器要在路径中移动，并且确定飞行器的偏航设置以在路径中移动的同时减少阻力对飞行器的影响。该代码可以进一步可执行以控制飞行器中的处理单元以通过引起处理单元执行以下操作来确定偏航设置：确定飞行器要在路径中移动，并且确定飞行器的偏航设置以在路径中移动的同时利用阻力对飞行器的影响。该代码可以进一步可执行以控制飞行器中的处理单元以通过引起处理单元执行以下操作来确定偏航设置：确定飞行器要减速并，并且确定飞行器的偏航设置以在减速的同时利用阻力对飞行器的影响。该代码可以进一步可执行以控制飞行器中的处理单元以通过引起处理单元执行以下操作来确定偏航设置：确定飞行器要减速，并且确定飞行器的偏航设置以在减速的同时减少阻力对飞行器的影响。
本公开的实施例还包括一种计算机可读介质，该计算机可读介质包括在其上存储的指令，该指令当在处理器上被执行时执行以下步骤：确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数，基于该至少一个参数来确定飞行器的偏航设置，并且基于偏航设置来发起对飞行器的偏航的设置。至少一个参数可以包括阻力，并且该指令当在处理器上被执行时可以进一步执行以下步骤：确定飞行器要在路径中移动，并且在考虑到在路径中移动的同时阻力对飞行器的影响的情况下确定飞行器的偏航设置。指令当在处理器上被执行时可以进一步执行以下步骤：确定飞行器要减速，并且在考虑到在减速的同时阻力对飞行器的影响的情况下确定飞行器的偏航设置。该指令在被执行时可以进一步执行以下步骤：接收在飞行器的外部环境中测量的数据，并且基于该数据来确定与飞行器上的力相关联的至少一个参数。
尽管已经通过参考功能块和处理器或处理单元、控制器以及包括指令和代码的存储器，通过使用对实施例的各种组件和设备的描述的说明性示例描述了本文中公开的功能，但是实施例的功能和过程可以使用任何类型的处理器、电路或处理器和/或电路和代码的组合来实现和执行。这可以至少部分地包括一个或多个硬件逻辑组件。例如但不限于，能够使用的示例性类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等。在本公开中对术语处理器或处理单元的使用表示包括所有这样的实现。
尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，在所附权利要求中限定的主题不一定限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面描述的特定特征和动作被公开作为实现权利要求的示例实施例、实现和形式，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可以显著改变这些示例配置和布置。此外，尽管已经参考促进过程的特定元件和操作示出了示例实施例，但是这些元件和操作可以或者与实现实施例的预期功能的任何合适的设备、组件、架构或过程组合或由其替代。本领域技术人员可以确定很多其他改变、替代、变化、变更和修改，并且意图在于本公开涵盖落入所附权利要求的范围内的所有这样的改变、替换、变化、更改和修改。

Claims (10)

1.一种用于飞行器的控制器，包括：
处理单元和包括代码的存储器，所述代码在被执行时控制所述处理单元以：
确定与所述飞行器上的力相关联的至少一个参数；
基于所述至少一个参数来确定所述飞行器的偏航设置；以及
基于所述偏航设置来发起所述飞行器的偏航的设置。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中至少一个参数包括阻力，并且所述代码可执行以控制所述处理单元通过引起所述处理单元执行以下操作来确定偏航设置：
确定所述飞行器要在路径中移动；以及
在考虑到在所述路径中移动的同时所述阻力对所述飞行器的影响的情况下确定所述飞行器的偏航设置。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中至少一个参数包括阻力，并且所述代码可执行以控制所述处理单元以通过引起所述处理单元执行以下操作来确定偏航设置：
确定所述飞行器要减速；以及
在考虑到在减速的同时所述阻力对所述飞行器的影响的情况下确定所述飞行器的偏航设置。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述至少一个参数是阻力，并且所述代码可执行以控制所述处理单元以通过引起所述处理单元执行以下操作来确定所述飞行器的偏航设置：
确定在所述阻力中是否存在选定分量；以及
基于所述阻力和所述选定分量是否在所述阻力中的确定来确定偏航设置。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述代码可执行以控制所述处理单元以通过引起所述处理单元执行以下操作来确定所述飞行器的偏航设置：
确定所述飞行器的期望操纵；
基于所述阻力和所述期望操纵来确定在所述阻力中是否存在选定分量；以及
基于所述选定分量是否在所述阻力中的确定来确定偏航设置。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述代码可执行以控制所述处理单元以通过以下方式来基于所述阻力和所述选定分量是否在所述阻力中的确定来确定偏航设置：控制所述处理单元以在所述选定分量不在所述阻力中的情况下确定平行于所述阻力的偏航设置。
7.根据权利要求5所述的控制器，其中所述代码可执行以控制所述处理单元以通过以下方式来基于所述阻力和所述选定分量是否在所述阻力中的确定来确定偏航设置：控制所述处理单元以在所述选定分量在所述阻力中的情况下确定垂直于所述飞行器的前进路径的偏航设置。
8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述代码可执行以控制所述处理单元通过引起所述处理单元执行以下操作来确定所述至少一个参数：
确定所述飞行器与路径的偏差；
确定所述飞行器的速度；以及
基于所述偏差和所述速度来确定所述飞行器上的阻力。
9.根据权利要求1所述的控制器，其中所述代码可执行以控制所述处理单元通过引起所述处理单元执行以下操作来确定所述至少一个参数：
关闭全球定位卫星(GPS)锁定并且确定所述飞行器的漂移；
确定所述飞行器的速度；以及
基于所述漂移和所述速度来确定所述飞行器上的阻力。
10.根据权利要求1所述的控制器，其中所述代码可执行以控制所述处理单元通过引起所述处理单元执行以下操作来确定所述至少一个参数：
确定风的方向和大小；
确定所述飞行器的速度；以及
基于所述风的方向和大小以及所述速度来确定所述飞行器上的阻力。
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