CN108733069B - 一种多旋翼飞行器的飞行控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多旋翼飞行器的飞行控制方法及系统，所述方法包括步骤：S1、当多旋翼飞行器飞出第一控制台控制范围边界时，根据所述第一控制台的最后指令执行飞行任务；S2、当多旋翼飞行器飞入第二控制台的控制范围时，通过第二控制台接管多旋翼飞行器，在第二控制台控制范围内根据所述第二控制台的指令执行飞行任务。与现有技术相比，本发明通过飞行器和地面控制端的信息通信，实现了不同控制端无差别控制及不同控制端无缝的控制切换，满足了飞行器异地起降的要求，而且增加了飞行器的飞行航程，提高了飞行器在测绘、巡线等应用中的使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器控制技术，具体涉及的是一种多旋翼飞行器的飞行控制方法及系统。
背景技术
目前，多旋翼飞行器被广泛应用于测绘、巡线等领域，具有广阔的市场需求。在实际应用中，由于多旋翼飞行器的地面端控制台通常是固定不变的，飞行器在飞抵指定位置完成任务之后，需要在地面端控制台的控制下返回，这样就会浪费飞行器一半的电池储能，如果电池储能不够，就无法支撑飞行器返回，这就决定了多旋翼飞行器的起飞点和降落点必须是距离较近的两个地理位置。如果起飞点和降落点距离过远，不但可能会因飞行器电池储能不够而无法正常返回，而且控制链路信号也可能会失效，导致多旋翼飞行器因控制失效而无法正常返回或者返回过程中飞行器降落危险系数增加。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种多旋翼飞行器的飞行控制方法，以提高多旋翼飞行器的电池储能利用率及实现飞行器远距离飞行的有效控制。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种多旋翼飞行器的飞行控制方法，包括多旋翼飞行器、第一控制台和第二控制台，其中所述飞行控制方法包括步骤：
S1、当多旋翼飞行器飞出第一控制台控制范围边界时，根据所述第一控制台的最后指令执行飞行任务；
S2、当多旋翼飞行器飞入第二控制台的控制范围时，通过第二控制台接管多旋翼飞行器，在第二控制台控制范围内根据所述第二控制台的指令执行飞行任务。
进一步地，步骤S1之前，包括：
建立多旋翼飞行器与第一控制台之间的通讯连接，多旋翼飞行器根据第一控制台的控制指令在第一控制台控制范围内执行飞行任务。
进一步地，通过特定心跳包信息建立多旋翼飞行器与第一控制台之间的通讯连接，所述特定心跳包信息包括设备身份信息、控制状态信息、连接状态信息以及控制指令信息；且在所述特定心跳包信息中的设备身份信息匹配通过之后，多旋翼飞行器受控于第一控制台，通过第一控制台发送的控制指令信息对多旋翼飞行器进行控制，而多旋翼飞行器对应反馈的特定心跳包信息中包括当前受控于第一控制台的控制状态和连接状态信息。
进一步地，步骤S2包括：
当多旋翼飞行器飞入第二控制台的控制范围时，第二控制台广播特定心跳包信息，多旋翼飞行器获取所述特定心跳包信息，并与其自身的控制指令信息进行比较，如果信息一致，则多旋翼飞行器切换为受第二控制台控制状态；如果信息不一致，则反馈给第二控制台，如第二控制台需要取得多旋翼飞行器控制权，则将自身控制指令切换为与多旋翼飞行器广播的控制指令信息一致，并再次发送自身心跳包给多旋翼飞行器，使多旋翼飞行器切换为受第二控制台控制状态。
进一步地，包括一位于第一控制台控制范围内的第三控制台，当多旋翼飞行器根据第一控制台的控制指令在第一控制台控制范围内执行飞行任务的同时，接收到来自第三控制台的特定心跳包信息，如果多旋翼飞行器的控制状态信息为受控于第一控制台，则结束；如果第三控制台需要强制取得多旋翼飞行器的控制权，则向多旋翼飞行器发送第三控制台的设备身份信息和强制取得控制权认证信息，且在得到多旋翼飞行器的认证通过后，多旋翼飞行器自动切换为受第三控制台控制状态，并执行来自第三控制台的新的控制指令。
进一步地，包括一位于第二控制台控制范围内的第四控制台，当多旋翼飞行器根据第二控制台的控制指令在第二控制台控制范围内执行飞行任务的同时，接收到来自第三控制台的特定心跳包信息，如果多旋翼飞行器的控制状态信息为受控于第二控制台，则结束；如果第四控制台需要强制取得多旋翼飞行器的控制权，则向多旋翼飞行器发送第四控制台的设备身份信息和强制取得控制权认证信息，且在得到多旋翼飞行器的认证通过后，多旋翼飞行器自动切换为受第四控制台控制状态，并执行来自第四控制台的新的控制指令。
另外，本发明还提供了一种多旋翼飞行器的飞行控制系统，包括：
一多旋翼飞行器，用于根据接收到的信息指令，执行飞行任务以及切换自身受控状态；
一第一控制台，用于控制所述多旋翼飞行器在第一控制台控制范围内执行飞行任务，以及在所述多旋翼飞行器超出第一控制台控制范围的边界点时，根据所述第一控制台的最后指令执行飞行任务；
一第二控制台，用于在所述多旋翼飞行器进入所述第二控制台控制范围内时，通过第二控制台接管多旋翼飞行器，在第二控制台控制范围内根据所述第二控制台的指令执行飞行任务。
进一步地，还包括一位于所述第一控制台控制范围内的第三控制台，所述第三控制台用于在多旋翼飞行器确认其发出的强制取得控制权信息后，取得多旋翼飞行器的控制权。
进一步地，还包括一位于所述第二控制台控制范围内的第四控制台，所述第四控制台用于在多旋翼飞行器确认其发出的强制取得控制权信息后，取得多旋翼飞行器的控制权。
进一步地，所述多旋翼飞行器、第一控制台、第二控制台、第三控制台和第四控制台均会广播特定心跳包信息，所述特定心跳包信息包括设备身份信息、控制状态信息、连接状态信息以及控制指令信息。
本发明提供的多旋翼飞行器的飞行控制方法，在多旋翼飞行器飞出当前制台控制范围边界进入另一控制台控制范围内时，能够根据当前控制台的最后指令执行飞行任务，且在确认另一控制台心跳信息一致之后，自动切换为受该控制台受控状态。与现有技术相比，本发明通过飞行器和地面控制端的信息通信，实现了不同控制端无差别控制及不同控制端无缝的控制切换，满足了飞行器异地起降的要求，而且增加了飞行器的飞行航程，提高了飞行器在测绘、巡线等应用中的使用效率。
附图说明
图1为本发明多旋翼飞行器的飞行控制系统示意图；
图2为本发明多旋翼飞行器的飞行控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对目前多旋翼飞行器起飞点和降落点距离过远，存在飞行器电池储能不够以及控制链路信号失效，而导致多旋翼飞行器无法正常返回的问题，本发明提供了一种多旋翼飞行器的飞行控制方法及系统。
如图1所示，图1为本发明多旋翼飞行器的飞行控制系统示意图。本发明提供了一种多旋翼飞行器的飞行控制系统，该系统包括多旋翼飞行器、A控制台(第一控制台)、B控制台(第二控制台)、C控制台(第三控制台)和D控制台(第四控制台)，而每个对应的控制台对应一个不同的地理坐标点。
本发明以多旋翼飞行器从A点飞往B点，途径C、D两点为例进行说明，其中A点有A控制台，B点有B控制台，C点有C控制台，D点有D控制台。而且C点为A控制台有效控制范围的终点；D点为B控制台有效控制范围的终点。
本系统中为了保证多旋翼飞行器与对应不同控制台之间能够对应匹配，对飞行器与控制台之间的信息交互进行设定，其中设定了飞行器和地面端控制台之间进行通信通过广播特定心跳包信息实现，其中特定心跳包信息中包含有17个参数，分别是信息发送端设备身份(target_system)，控制状态(control_terminal)、连接状态(connect_status)以及14个地面端控制台的控制指令(control_chan0-control_chan13)。而多旋翼飞行器与不同的控制台之间的特定心跳包信息关系见下表所示：
由上表可以看出，多旋翼飞行器在不同的控制台控制或者失联状态下，对应的控制指令分别不同。
其中当飞行器处于初始状态时，广播的心跳包信息中，设备身份是特定值，控制状态、14个地面端控制台的控制指令为初始值，代表飞行器处于“接收控制状态”。
当飞行器接收到地面端控制台A(简称A控制台)广播的心跳包信息后，控制状态变为“受A控制台控制”，14个控制指令变为A控制台传送的控制指令A1-A14，此时A控制台控制可以控制无人机的起飞、悬停、飞行、降落等。
当飞行器处于“受A控制台控制”状态下，又收到了另一个地面端控制台B(简称B控制台)发来的心跳包信息，则会继续保持“受A控制台控制”状态，对B控制台的信息不做响应。
当飞行器在“受A控制台控制”状态下，飞行一段距离，超过了A控制台的控制范围，飞行器会保持A控制台给予的最后控制指令，控制状态转换为“失联控制”状态。
当A控制台控制指令完成，飞行器控制状态处于“失联控制”，飞行器执行失联返航操作，飞行器返回A控制台控制范围内的地理位置。当飞行器执行A控制台控制指令过程中，且处于“失联控制”状态，此时接收到B控制台的心跳包信息，飞行器判断B控制台的心跳包信息中，14个控制指令与当前保留的控制指令A1-A14是否相同，如指令相同时，飞行器的控制状态切换为“受B控制台控制”状态；指令不同时，继续广播当前心跳包信息。B控制台接收到飞行器的心跳包，将自己的心跳包中的14个控制指令B1-B14切换成与飞行器的14个指令A1-A14一致，B控制器再次发送心跳包后，即可以让飞行器切换成“受B控制台控制”状态。
当飞行器在“受A控制台控制”状态下，飞行到B控制台控制范围内，B控制台想要主动接管飞行器，则向飞行器发送“强制取得控制权”信息，此信息包含信息发送端设备身份(target_system)和控制指令(control_cmd)两个参数。飞行器接收到“强制取得控制权”的信息后，则根据信息中的设备身份参数，切换成“受B控制台控制”状态。
请参阅图2所示，图2为本发明多旋翼飞行器的飞行控制流程图。本发明多旋翼飞行器的飞行控制方法，包括有多旋翼飞行器、第一控制台(A控制台)、第二控制台(B控制台)、第三控制台(C控制台)和第四控制台(D控制台)，该方法具体步骤为：
首先建立多旋翼飞行器与第一控制台之间的通讯连接，多旋翼飞行器根据第一控制台的控制指令在第一控制台控制范围内执行飞行任务。
其中，多旋翼飞行器与第一控制台之间的通讯连接，通过特定心跳包信息匹配为依据，特定心跳包信息包括设备身份信息、控制状态信息、连接状态信息以及控制指令信息；
在特定心跳包信息中的设备身份信息匹配通过之后，多旋翼飞行器受控于第一控制台，通过第一控制台发送的控制指令信息对多旋翼飞行器进行控制，而多旋翼飞行器对应反馈的特定心跳包信息中包括当前受控于第一控制台的控制状态和连接状态信息。
S1、当多旋翼飞行器飞出第一控制台控制范围边界时，根据所述第一控制台的最后指令执行飞行任务；
当多旋翼飞行器根据第一控制台的控制指令在第一控制台控制范围内执行飞行任务的同时，接收到来自第三控制台的特定心跳包信息，如果多旋翼飞行器的控制状态信息为受控于第一控制台，则结束；如果第三控制台需要强制取得多旋翼飞行器的控制权，则向多旋翼飞行器发送第三控制台的设备身份信息和强制取得控制权认证信息，且在得到多旋翼飞行器的认证通过后，多旋翼飞行器自动切换为受第三控制台控制状态，并执行来自第三控制台的新的控制指令。
S2、当多旋翼飞行器飞入第二控制台的控制范围时，通过第二控制台接管多旋翼飞行器，在第二控制台控制范围内根据所述第二控制台的指令执行飞行任务。
当多旋翼飞行器飞入第二控制台的控制范围时，第二控制台广播特定心跳包信息，多旋翼飞行器获取所述特定心跳包信息，并与其自身的控制指令信息进行比较，如果信息一致，则多旋翼飞行器切换为受第二控制台控制状态；如果信息不一致，则反馈给第二控制台，如第二控制台需要取得多旋翼飞行器控制权，则将自身控制指令切换为与多旋翼飞行器广播的控制指令信息一致，并再次发送自身心跳包给多旋翼飞行器，使多旋翼飞行器切换为受第二控制台控制状态。
当多旋翼飞行器根据第二控制台的控制指令在第二控制台控制范围内执行飞行任务的同时，接收到来自第三控制台的特定心跳包信息，如果多旋翼飞行器的控制状态信息为受控于第二控制台，则结束；如果第四控制台需要强制取得多旋翼飞行器的控制权，则向多旋翼飞行器发送第四控制台的设备身份信息和强制取得控制权认证信息，且在得到多旋翼飞行器的认证通过后，多旋翼飞行器自动切换为受第四控制台控制状态，并执行来自第四控制台的新的控制指令。
针对多旋翼飞行器不同的工作情况，本系统可能存在以下几种方式：
一、多旋翼飞行器在A控制台区域内飞行，本系统中多旋翼飞行器飞行器在A地上电后，与A控制台进行心跳包交互，进入到受A控制台控制的状态。通过A控制台控制飞行器飞行。
二、多旋翼飞行器在A控制台区域内飞行，当飞行器飞出A控制区域进入到C、D两点之间时，超出了A控制台的控制范围，也不在B控制台的控制范围，此时飞行器是处于“失联控制”的状态，飞行器接收不到新的指令，将自动按照原飞行路径返回A点。
三、多旋翼飞行器在A控制台区域内飞行，接收到的指令是从A点飞往B点，在其离开A控制台区域(C点对应的边界区域)，处于C、D两点之间时，飞行器处于“失联控制”状态，而由于飞行器接收到的最后指令为飞向B点，因此飞行器将继续执行此指令。当飞行器飞过D点进入到B控制台的控制区域后，对应会接收到飞行器广播的心跳包信息，飞行器也接收到B控制台的心跳包信息。
四、多旋翼飞行器在A控制台区域内飞行，而同时C控制台处于A控制台的控制边界处，飞行器在A地上电后，与A控制台进行心跳包交互后，进入到“受A控制台控制”状态；通过A控制台控制飞行器飞向C点，飞行过程中，飞行器同样接收到C控制台的心跳包，由于检测到处于“受A控制台控制”状态，飞行器不做任何处理；如果C控制台想要取得飞行器的控制权，并控制飞行器执行新的指令，则C控制台需要发送“强制取得控制权”信息给飞行器，该信息包括有发送端设备身份(C控制台)，控制指令(取得控制权)。当飞行器接收到“强制取得控制权”信息后且对其包含的设备身份和控制指令信息确认之后，才会对应切换自身状态为“受C控制台控制”状态。
同样地，对于多旋翼飞行器从C飞向D的过程中，飞行器同样接收到D控制台的心跳包，由于检测到飞行器此时处于“受C控制台控制”状态，飞行器不做任何处理；如果D控制台想要取得飞行器的控制权，并控制飞行器执行新的指令，则D控制台也需要发送“强制取得控制权”信息给飞行器，该信息包括有发送端设备身份(D控制台)，控制指令(取得控制权)。当飞行器接收到“强制取得控制权”信息后且对其包含的设备身份和控制指令信息确认之后，才会对应切换自身状态为“受D控制台控制”状态。
需要说明的是，C控制台位于A控制台的控制范围内以及D控制台位于B控制台的控制范围边界内都可以采用上述方式实现对飞行器的强制控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多旋翼飞行器的飞行控制方法，其特征在于，包括多旋翼飞行器、第一控制台和第二控制台，其中所述飞行控制方法包括步骤：
通过特定心跳包信息建立多旋翼飞行器与第一控制台之间的通讯连接，所述特定心跳包信息包括设备身份信息、控制状态信息、连接状态信息以及控制指令信息；且在所述特定心跳包信息中的设备身份信息匹配通过之后，多旋翼飞行器受控于第一控制台，通过第一控制台发送的控制指令信息对多旋翼飞行器进行控制，多旋翼飞行器根据第一控制台的控制指令在第一控制台控制范围内执行飞行任务，多旋翼飞行器对应反馈的特定心跳包信息中包括当前受控于第一控制台的控制状态和连接状态信息；
当多旋翼飞行器飞出第一控制台控制范围边界时，根据所述第一控制台的最后指令执行飞行任务；
当多旋翼飞行器飞入第二控制台的控制范围时，通过第二控制台接管多旋翼飞行器，在第二控制台控制范围内根据所述第二控制台的指令执行飞行任务。
2.如权利要求1所述的多旋翼飞行器的飞行控制方法，其特征在于，当多旋翼飞行器飞入第二控制台的控制范围时，通过第二控制台接管多旋翼飞行器，在第二控制台控制范围内根据所述第二控制台的指令执行飞行任务，包括：
当多旋翼飞行器飞入第二控制台的控制范围时，第二控制台广播特定心跳包信息，多旋翼飞行器获取所述第二控制台广播特定心跳包信息，并与其自身的控制指令信息进行比较，如果信息一致，则多旋翼飞行器切换为受第二控制台控制状态；如果信息不一致，则反馈给第二控制台，如第二控制台需要取得多旋翼飞行器控制权，则将自身控制指令切换为与多旋翼飞行器广播的控制指令信息一致，并再次发送自身心跳包给多旋翼飞行器，使多旋翼飞行器切换为受第二控制台控制状态。
3.如权利要求2所述的多旋翼飞行器的飞行控制方法，其特征在于，包括一位于第一控制台控制范围内的第三控制台，当多旋翼飞行器根据第一控制台的控制指令在第一控制台控制范围内执行飞行任务的同时，接收到来自第三控制台的特定心跳包信息，如果多旋翼飞行器的控制状态信息为受控于第一控制台，则结束；如果第三控制台需要强制取得多旋翼飞行器的控制权，则向多旋翼飞行器发送第三控制台的设备身份信息和强制取得控制权认证信息，且在得到多旋翼飞行器的认证通过后，多旋翼飞行器自动切换为受第三控制台控制状态，并执行来自第三控制台的新的控制指令。
4.如权利要求3所述的多旋翼飞行器的飞行控制方法，其特征在于，包括一位于第二控制台控制范围内的第四控制台，当多旋翼飞行器根据第二控制台的控制指令在第二控制台控制范围内执行飞行任务的同时，接收到来自第三控制台的特定心跳包信息，如果多旋翼飞行器的控制状态信息为受控于第二控制台，则结束；如果第四控制台需要强制取得多旋翼飞行器的控制权，则向多旋翼飞行器发送第四控制台的设备身份信息和强制取得控制权认证信息，且在得到多旋翼飞行器的认证通过后，多旋翼飞行器自动切换为受第四控制台控制状态，并执行来自第四控制台的新的控制指令。
5.一种多旋翼飞行器的飞行控制系统，其特征在于，包括：
一多旋翼飞行器，用于根据接收到的信息指令，执行飞行任务以及切换自身受控状态；
一第一控制台，用于控制所述多旋翼飞行器在第一控制台控制范围内执行飞行任务，以及在所述多旋翼飞行器超出第一控制台控制范围的边界点时，根据所述第一控制台的最后指令执行飞行任务；
一第二控制台，用于在所述多旋翼飞行器进入所述第二控制台控制范围内时，通过第二控制台接管多旋翼飞行器，在第二控制台控制范围内根据所述第二控制台的指令执行飞行任务。
6.如权利要求5所述的多旋翼飞行器的飞行控制系统，其特征在于，还包括一位于所述第一控制台控制范围内的第三控制台，所述第三控制台用于在多旋翼飞行器确认其发出的强制取得控制权信息后，取得多旋翼飞行器的控制权。
7.如权利要求6所述的多旋翼飞行器的飞行控制系统，其特征在于，还包括一位于所述第二控制台控制范围内的第四控制台，所述第四控制台用于在多旋翼飞行器确认其发出的强制取得控制权信息后，取得多旋翼飞行器的控制权。
8.如权利要求7所述的多旋翼飞行器的飞行控制系统，其特征在于，所述多旋翼飞行器、第一控制台、第二控制台、第三控制台和第四控制台均会广播特定心跳包信息，所述特定心跳包信息包括设备身份信息、控制状态信息、连接状态信息以及控制指令信息。
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