CN108762306A - 一种无人机和无人机的传感系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机的传感系统，所述无人机包括飞控子系统，所述传感系统包括：第一传感器子系统，用于采集所述无人机的第一飞行参数；第二传感器子系统，用于采集所述无人机的第二飞行参数；其中，所述飞控子系统与所述第一传感器子系统和所述第二传感器子系统连接，用于根据所述第一飞行参数和所述第二飞行参数中的至少一个控制所述无人机的飞行状态。上述的无人机的传感系统，能够在两套传感器子系统任意一套发生故障时，剩下的一套传感子系统仍能确保无人机正常飞行，进而有效的提升无人机的飞行安全，避免出现无人机坠机。

Description

一种无人机和无人机的传感系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机和无人机的传感系统。

背景技术

目前的无人机传感系统中，一般只设置一套传感器子系统来测定无人机的飞行状态，而一旦该传感器子系统出现故障时，就会影响到无人机的飞行安全，严重时甚至会造成无人机坠机。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题提供了一种无人机和无人机的传感系统，以有效的提升无人机的飞行安全，避免出现无人机坠机。

一种无人机的传感系统，所述无人机包括飞控子系统，所述传感系统包括：

第一传感器子系统，用于采集所述无人机的第一飞行参数；

第二传感器子系统，用于采集所述无人机的第二飞行参数；

其中，所述飞控子系统与所述第一传感器子系统和所述第二传感器子系统连接，用于根据所述第一飞行参数和所述第二飞行参数中的至少一个控制所述无人机的飞行状态。

上述的无人机的传感系统，通过设置两套传感器子系统进行飞行参数的采集，且任一传感子系统所采集的飞行参数均可单独用于飞控子系统来控制无人机的飞行状态，这样就能在上述两套传感器子系统任意一套发生故障时，剩下的一套传感子系统仍能确保无人机正常飞行，进而有效的提升无人机的飞行安全，避免出现无人机坠机。

在一个可选的实施例中，所述第一传感器子系统为主传感器子系统，所述第二传感器子系统为从传感器子系统；

其中，所述第一传感器子系统的测量精度高于所述第二传感器子系统的测量精度，所述第二传感器子系统的工作环境参数范围大于所述第一传感器子系统的工作环境参数范围。

在一个可选的实施例中，所述主传感子系统和所述从传感子系统均包括磁罗盘和气压计。

在一个可选的实施例中，所述传感系统还包括：

加权子系统，分别与所述飞控子系统、所述第一传感器子系统和所述第二传感器子系统连接，用于对所述第一飞行参数和所述第二飞行参数进行加权计算以得到加权飞行参数；

其中，所述飞控子系统根据所述加权飞行参数控制所述无人的飞行状态。

在一个可选的实施例中，所述加权子系统包括第一计算单元、第二计算单元和汇总单元；

所述汇总单元分别与所述第一计算单元、所述第二计算单元和所述飞控子系统连接，所述第一计算单元还与所述第一传感器子系统连接，所述第二计算单元还与所述第二传感器子系统连接；

其中，所述第一计算单元采用第一加权值对所述第一传感器子系统所采集的所述第一飞行参数进行计算，所述第二计算单元采用第二加权值对所述第二传感器子系统所采集的所述第二飞行参数进行计算，所述汇总单元对所述第一计算单元和所述第二计算单元的计算结果进行计算以得到所述加权飞行参数。

在一个可选的实施例中，所述加权子系统采用加权公式计算得到所述加权飞行参数；

所述加权公式为N＝A*A1+B*B1，且A+B＝1，0≤A≤1，0≤B≤1；

其中，N为所述加权飞行参数，A1为所述第一飞行参数，B1为所述第二飞行参数，A为所述第一加权值，B为所述第二加权值。

在一个可选的实施例中，所述加权子系统还包括：

加权调整单元，分别与所述第一传感器子系统、所述第二传感器子系统、所述第一计算单元和所述第二计算单元连接；

其中，所述加权调整单元用于根据所述第一飞行参数调整所述第一计算单元的所述第一加权值、根据所述第二飞行参数调整所述第二计算单元的所述第二加权值。

在一个可选的实施例中，上述的传感系统还包括：

飞控检测子系统，与所述加权调整单元连接，用于采集所述无人机的飞行状态参数；

其中，所述加权调整单元根据所述第一飞行参数、所述第二飞行参数和所述飞行状态参数对所述第一加权值和所述第二加权值进行调节。

在一个可选的实施例中，上述的传感系统还包括：

飞行环境检测子系统，与所述加权调整单元连接，用于实时采集所述无人机所处环境的环境参数；

其中，所述加权调整单元根据所述第一飞行参数、所述第二飞行参数、所述飞行状态参数和所述环境参数对所述第一加权值和所述第二加权值进行调节。

一种无人机，可包括：

无人机本体；

飞控子系统；以及

如上述任意一项所述的传感系统；

其中，所述飞控子系统根据所述传感系统所获取的飞行参数控制所述无人机本体的飞行状态。

附图说明

图1是一个实施例中无人机的传感系统的结构示意图；

图2是另一个实施例中无人机的传感系统的结构示意图；

图3是一个实施例中加权子系统的结构示意图；

图4是一个实施例中进行加权计算的流程示意图。

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。

图1是一个实施例中无人机的传感系统的结构示意图。如图1所示，在一个可选的实施例中，一种无人机的传感系统12，可用于感测无人机的飞行参数，且上述的无人机可包括飞控子系统11；上述的传感系统12可包括第一传感器子系统121和第二传感器子系统122，且上述的飞控子系统11可与第一传感器子系统121和第二传感器子系统122相连。第一传感器子系统121可用于采集无人机的第一飞行参数，而第二传感器子系统122则可用于采集无人机的第二飞行参数，且飞控子系统11可实时接收上述第一传感器子系统121所采集的第一飞行参数及第二传感器子系统122所采集的第二飞行参数，即飞控子系统11可根据第一飞行参数和/或第二飞行参数来控制无人机的飞行状态，如飞控子系统11可根据第一飞行参数来控制无人机的飞行状态，或者飞控子系统11可根据第二飞行参数来控制无人机的飞行状态，亦或飞控子系统11可同时根据第一飞行参数和第二飞行参数来控制无人机的飞行状态，即该飞控子系统11可单独根据第一飞行参数或第二飞行参数控制无人机的飞行状态，使得无人机处于正常飞行状态。

上述的实施例中的无人机的传感系统中，由于设置有两套传感器子系统进行飞行参数的采集，且任一传感子系统所采集的飞行参数均可单独用于飞控子系统进行无人机的飞行状态的控制，这样就使得在任一传感子系统发生故障时，剩余的传感器子系统仍然能够进行正常飞行参数的采集，进而确保无人机仍然能够保持正常的飞行状态，从而能够有效的提升无人机的飞行安全。

在另一个可选的实施例中，上述的第一飞行参数所包括的具体参数可与第二飞行参数所包括的具体参数相同，也可相互不同，即只要其能够确保任一飞行参数均能单独用于飞控子系统控制无人机正常飞行即可。

在其中一个可选的实施例中，上述的无人机的传感系统中可包括但不限于两套传感器子系统，即该传感系统可包括诸如三套传感器子系统、四套传感器子系统等多套传感器子系统，且每套传感器子系统所采集的飞行参数均可单独的用于飞控子系统控制无人机正常飞行，以进一步的提升无人机的飞行安全。

在另一个可选的实施例中，如图1所示，当控子系统11同时根据第一飞行参数和第二飞行参数来控制无人机的飞行状态时，还可通过相应的加权计算或其他运算处理，以对所采集的飞行参数进行分析、判断、处理等操作，以对所采集的飞行参数进行优化处理后，利用优化处理所得的数据参数来控制无人机的飞行状态，以进一步的优化无人机的飞行状态，提升飞行安全。

在一个可选的实施例中，如图1所示，上述的第一传感器子系统121可为主传感器子系统，而第二传感器子系统122则可为从传感器子系统；例如，可设置第一传感器子系统121的测量精度高于第二传感器子系统122的测量精度，而第二传感器子系统122的工作环境参数范围大于第一传感器子系统121的工作环境参数范围。这样就能确保两套传感器子系统122在相同的环境条件下不会同时出现故障，例如在正常环境中采用主传感器子系统所采集的飞行参数进行飞控，以确保无人机能够进行平稳、高精度的飞行，而在相对恶劣环境中则只要能够确保无人机能够飞行即可，无需对于飞行的状态及精度进行过高的要求，进而可采用从传感器子系统所采集的飞行参数来确保无人机能够安全的飞行。

在一个可选的实施例中，上述的传感器子系统均可包括磁罗盘和气压计，例如主传感子系统中包括主磁罗盘和主气压计，而从传感子系统中包括从磁罗盘和从气压计，且上述的主磁罗盘的测量精度高于从磁罗盘的测量精度，而从磁罗盘的工作环境参数范围大于主磁罗盘的工作环境参数范围，以在主磁罗盘无法正常工作时该从磁罗盘还能正常工作；同样的，上述的主气压计的测量精度高于从气压计的测量精度，而从气压计的工作环境参数范围大于主气压计的工作环境参数范围，以在主气压计无法正常工作时该从气压计还能正常工作。

图2是另一个实施例中无人机的传感系统的结构示意图。如图2所示，在一个可选的实施例中，上述的无人机的传感系统12还可包括加权子系统123，且该加权子系统123分别与上述的飞控子系统11、第一传感器子系统121和第二传感器子系统122连接，即第一传感器子系统121所采集的第一飞行参数发送至加权子系统123、第二传感器子系统122所采集的第二飞行参数也发送至加权子系统123，而该加权子系统123分别对所接收的上述的第一飞行参数和第二飞行参数进行预设的加权计算后，得到并输出加权飞行参数至飞控子系统11中，该飞控子系统11利用所接收的加权飞行参数来控制无人机的飞行状态。其中，上述的第一传感器子系统121中的传感器与第二传感器子系统122中的传感器可采用不同工作原理的传感器，以使得第一传感器子系统121中的传感器与第二传感器子系统122中的传感器之间具有不同的测量精度，能够适宜不同的工作环境，同时还能基于外部工作环境和测量精度自适应调整不同飞行参数的加权值，以提升经加权计算后所获取的加权飞行参数的准确度，并在判断出所采集的任一飞行参数出现异常时，可降低该异常飞行参数的加权值，甚至可直接将该异常飞行参数的加权值置为0，进而使得最终获取的加权飞行参数与实际环境相符，以有效确保飞控子系统能够精准的控制无人机的飞行状态。

图3是一个实施例中加权子系统的结构示意图。如图2～3所示，在一个可选的实施例中，上述的加权子系统123可包括第一计算单元1231、第二计算单元1232和汇总单元1233，该汇总单元1244可分别与上述的第一计算单元1231、第二计算单元1232和飞控子系统11连接，而第一计算单元1231还可与第一传感器子系统121连接，第二计算单元1232还可与第二传感器子系统122连接；其中，上述的第一计算单元1231可采用第一加权值A对第一传感器子系统121所采集的第一飞行参数A1进行加权计算，而第二计算单元1232则可采用第二加权值B对第二传感器子系统122所采集的第二飞行参数B1进行计算，汇总单元1233则可对上述第一计算单元1231和第二计算单元1232的加权计算结果进行计算后以得到加权飞行参数N。

例如，参见图2～3所示，上述的加权子系统123可采用加权公式：N＝A*A1+B*B1来计算获取上述的加权飞行参数；其中，在上述的加权公式中，A+B＝1，0≤A≤1，0≤B≤1，且N表示加权飞行参数、A1表示第一飞行参数、B1表示第二飞行参数、A表示第一加权值及B表示第二加权值。即第一计算单元1231可采用第一加权值A对第一传感器子系统121所采集的第一飞行参数A1进行加权乘积，而第二计算单元1232则可采用第二加权值B对第二传感器子系统122所采集的第二飞行参数B1进行加权乘积，同时汇总单元1233则可对上述第一计算单元1231及第二计算单元1232进行加权乘积计算出的结构进行求和，进而得到加权飞行参数。

在一个可选的实施例中，在上述无人机的传感系统中，第一加权值A和第二加权值B可为根据传感器子系统的感测精度及适用范围等进行预先设定，并在进行飞控子系统11控制无人机的飞行状态时，该第一加权值A和第二加权值B均可根据对所采集获取得到的第一飞行参数A1和第二飞行参数B1的分析、判断结果进行适应性调制，以使得最终获取的加权飞行参数N更加贴近实际情况。

例如，参见图2～3所示，上述的上述无人机的传感系统12还可包括加权调整单元1234，该加权调整单元1234可分别与上述的第一传感器子系统121、第二传感器子系统122、第一计算单元1231及第二计算单元1232等部件连接；即该加权调整单元1234可基于第一飞行参数A1的分析、判断来调整第一加权值A的值，基于第二飞行参数B1的分析、判断来调整第二加权值B的值，使得汇总单元1233所汇总得到的加权飞行参数N更加贴合实际情况。

在一个可选的实施例中，参见图2～3所示，上述的上述无人机的传感系统12还可包括飞控检测子系统13和飞行环境监测子系统14，该飞控检测子系统13和飞行环境监测子系统14分别与上述的加权调整单元1234连接，且该飞控子系统13可用于采集无人机的飞行状态参数，飞行环境监测子系统14可用于实时采集无人机所处环境的环境参数；即加权调整单元1234可在基于上述第一飞行参数、第二飞行参数的分析判断基础上，结合飞行状态参数及环境参数来进行第一加权值和第二加权值的调整，这样不仅能够使得对飞行参数的分析判断更加准确，同时也能确保汇总所获得的加权飞行参数进一步的贴合实际情况。

例如，在一个传感系统中，第一传感器子系统121为主传感器子系统，而第二传感器子系统122为从传感器子系统，并在加权调整单元中预先存储有第一加权值A为0.7、第二加权值B为0.3；在无人机飞行的过程中，当飞控检测子系统13所检测的飞行状态参数异常，并判断出是无人机抖动过大，且此时飞行环境检测子系统14所采集的环境参数(如温度、湿度、风速、磁场强度等)均在正常的范围内，即可初步判断出可能是第二加权值B的值设定过大，即可将第一加权值A调整为0.8、将第二加权值B调整为0.2；然后再进行上述飞行状态参数采集及判断，若出现好转但飞行状态仍不稳定，可再次调高第一加权值A并对应调低第二加权值B，甚至可将第一加权值A调整为1而将第二加权值B调整为0，即此时可只采用第一传感器子系统121进行飞行状态的控制。

另外，在检测判断出任一传感器子系统所采集的飞行参数中，出现参数异常(如不在设定阈值范围内)时，可直接将与该传感器子系统所对应的加权值调整为0，并对应调高其他传感器子系统所对应的加权值；而若判断出所有的传感器子系统均出现异常时，可所采集的飞行参数中正常的参数进行结合，或者将两个异常的参数进行求平均数等操作，来获取一个相对比较准确的飞行参数。例如，当第一飞行参数和第二飞行参数均异常时，在发出故障报警的同时，可基于诸如环境参数等判断出第一飞行参数中的气压值异常但飞行方向正常，而第二飞行参数中的飞行方向异常但气压值正常，则可将第一飞行参数中的飞行方向与第二飞行参数中的气压值进行结合，进而获取一个相对比较准确的飞行参数来用于飞控子系统进行无人机的控制，而进行紧急降落，以避免无人机坠落。其中，在判断出飞行参数出现异常时，可通过提升传感器子系统的检测频率及功率等措施，以加强检测信号的发送及收集，并能在飞行参数恢复正常时，及时恢复无人机的飞行状态。

下面结合附图，对传感系统加权飞行参数的获取进行详细说明：

图4是一个实施例中进行加权计算的流程示意图。如图4所示，在一个可选的实施例中，传感系统进行加权计算的方法可包括：

步骤S1，可先根据需求及器件的性能等，先进行默认权值的设定，如可设定主传感子系统(即主传感器)所对应的第一加权值(即主传感器权值)A设定为0.7、设定从传感子系统(即从传感器)所对应的第二加权值(即从传感器权值)B设定为0.7。

步骤S2，在读取上述默认的主传感器权值A和从传感器权值B。

步骤S3，判断主传感子系统所采集的第一飞行参数A1是否异常(即判断主传感器数据是否正常)；若第一飞行参数A1出现异常，则继续步骤S4，否则继续步骤S7。

步骤S4，将主传感器权值A设定为0，而将从传感器权值B设定为1，并报告主传感器出现故障。

步骤S5，判断从传感子系统所采集的第二飞行参数B1是否异常(即判断从传感器数据是否正常)；若第二飞行参数B1出现异常，则继续步骤S6，否则继续步骤S9。

步骤S6，报告主传感器和从传感器均出现故障，并继续进行步骤S2。

步骤S7，判断从传感子系统所采集的第二飞行参数B1是否异常(即判断从传感器数据是否正常)；若第二飞行参数B1出现异常，则继续步骤S6，否则继续步骤S8。

步骤S8，将主传感器权值A设定为1，而将从传感器权值B设定为0，并报告从传感器出现故障。

步骤S9，将上述对应的第一飞行参数A1和第二飞行参数B1存储至存储单元中，该存储单元为能够存储10次数据的先入先出的缓冲区。

步骤S10，判断上述的存储单元是否应存满；若是则继续步骤S11，否则，继续步骤S2。

步骤S11，计算第一飞行参数A1和第二飞行参数B1的标准差；如将将步骤S10中的存满的数据进行求取标准差，进而分别获取主传感器权值标准差αA和从传感器权值标准差αB。

步骤S12，判断αA是否大于αB；若αA大于αB，则继续步骤14，否则继续步骤S13。

步骤S13，对主传感器权值标准差αA和从传感器权值标准差αB进行正向修正；例如，基于具体情况设定修正值为0.02，并可利用公式：A＝A+0.02，B＝B-0.02对存储单元中所有的参数进行修正。

步骤S14，对主传感器权值标准差αA和从传感器权值标准差αB进行反向修正；例如，基于具体情况设定修正值为0.02，并可利用公式：A＝A-0.02，B＝B+0.02对存储单元中所有的参数进行修正。

步骤S15，基于修正后的主传感器权值A及从传感器权值B，分别计算出主传感器权值的平均值EA和从传感器权值的平均值EB。

步骤S16，采用加权公式：N＝A*EA+B*EB，以最终获取加权飞行参数N，而飞控子系统利用该加权飞行参数N来精准地控制无人机的飞行状态；同时，在获取上述的加权飞行参数N之后，可在预设的间隔时间后，继续步骤S2，并依次循环，直至无人机停止飞行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无人机的传感系统，其特征在于，所述无人机包括飞控子系统，所述传感系统包括：

第一传感器子系统，用于采集所述无人机的第一飞行参数；

第二传感器子系统，用于采集所述无人机的第二飞行参数；

其中，所述飞控子系统与所述第一传感器子系统和所述第二传感器子系统连接，用于根据所述第一飞行参数和所述第二飞行参数中的至少一个控制所述无人机的飞行状态。

2.如权利要求1所述的传感系统，其特征在于，所述第一传感器子系统为主传感器子系统，所述第二传感器子系统为从传感器子系统；

其中，所述第一传感器子系统的测量精度高于所述第二传感器子系统的测量精度，所述第二传感器子系统的工作环境参数范围大于所述第一传感器子系统的工作环境参数范围。

3.如权利要求2所述的传感系统，其特征在于，所述主传感子系统和所述从传感子系统均包括磁罗盘和气压计。

4.如权利要求1所述的传感系统，其特征在于，所述传感系统还包括：

加权子系统，分别与所述飞控子系统、所述第一传感器子系统和所述第二传感器子系统连接，用于对所述第一飞行参数和所述第二飞行参数进行加权计算以得到加权飞行参数；

其中，所述飞控子系统根据所述加权飞行参数控制所述无人的飞行状态。

5.如权利要求4所述的传感系统，其特征在于，所述加权子系统包括第一计算单元、第二计算单元和汇总单元；

所述汇总单元分别与所述第一计算单元、所述第二计算单元和所述飞控子系统连接，所述第一计算单元还与所述第一传感器子系统连接，所述第二计算单元还与所述第二传感器子系统连接；

其中，所述第一计算单元采用第一加权值对所述第一传感器子系统所采集的所述第一飞行参数进行计算，所述第二计算单元采用第二加权值对所述第二传感器子系统所采集的所述第二飞行参数进行计算，所述汇总单元对所述第一计算单元和所述第二计算单元的计算结果进行计算以得到所述加权飞行参数。

6.如权利要求5所述的传感系统，其特征在于，所述加权子系统采用加权公式计算得到所述加权飞行参数；

所述加权公式为：N＝A*A1+B*B1，且A+B＝1，0≤A≤1，0≤B≤1；

其中，N为所述加权飞行参数，A1为所述第一飞行参数，B1为所述第二飞行参数，A为所述第一加权值，B为所述第二加权值。

7.如权利要求5所述的传感系统，其特征在于，所述加权子系统还包括：

加权调整单元，分别与所述第一传感器子系统、所述第二传感器子系统、所述第一计算单元和所述第二计算单元连接；

其中，所述加权调整单元用于根据所述第一飞行参数调整所述第一计算单元的所述第一加权值、根据所述第二飞行参数调整所述第二计算单元的所述第二加权值。

8.如权利要求7所述的传感系统，其特征在于，还包括：

飞控检测子系统，与所述加权调整单元连接，用于采集所述无人机的飞行状态参数；

其中，所述加权调整单元根据所述第一飞行参数、所述第二飞行参数和所述飞行状态参数对所述第一加权值和所述第二加权值进行调节。

9.如权利要求8所述的传感系统，其特征在于，还包括：

飞行环境检测子系统，与所述加权调整单元连接，用于实时采集所述无人机所处环境的环境参数；

其中，所述加权调整单元根据所述第一飞行参数、所述第二飞行参数、所述飞行状态参数和所述环境参数对所述第一加权值和所述第二加权值进行调节。

10.一种无人机，其特征在于，包括：

无人机本体；

飞控子系统；以及

如权利要求1-9中任意一项所述的传感系统；

其中，所述飞控子系统根据所述传感系统所获取的飞行参数控制所述无人机本体的飞行状态。