CN110785723B - 一种飞行轨迹复演方法、装置、服务器及存储介质 - Google Patents

一种飞行轨迹复演方法、装置、服务器及存储介质 Download PDF

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Abstract

一种飞行轨迹复演方法、装置、服务器及存储介质，该方法包括：获取飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据，并根据该飞行状态数据生成原始飞行路径(S301)；根据该原始飞行路径，确定原始飞行路径中各位置的安全速度(S302)；根据各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制飞行器沿复演轨迹飞行(S303)。可在生成复演轨迹的同时，实现飞行器在复演过程中的匀速飞行。

Description

一种飞行轨迹复演方法、装置、服务器及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及计算机技术领域，尤其涉及一种飞行轨迹复演方法、装置、服务器及存储介质。
背景技术
轨迹复演在无人驾驶领域有很大用处。在轨迹复演阶段，飞行器可采用记录具有时间意义的航点，即记录位置，速度，加速度以及时间，然后通过优化方法生成复演轨迹，并进行轨迹跟随，即可以实现一次演练后多次重复飞行。这样的方式得到的轨迹复演效果较好，但是由于记录的航点包含了时间意义，使得当原始轨迹中包含了停顿航点时（大多原始轨迹都包括停顿航点），飞行器在复演过程中很难做到匀速行驶，造成轨迹复演中不必要的停顿，影响轨迹复演效果。
可见，采用当前的轨迹复演方法，无法实现匀速的复演轨迹。
发明内容
本发明实施例提供了一种飞行轨迹复演方法、装置、服务器及存储介质，实现了飞行器在复演过程中的匀速飞行。
本发明实施例的第一方面是提供的一种飞行轨迹复演方法，包括：
获取飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径，其中，所述飞行状态数据包括所述飞行器的位置、速度、加速度中的至少一者；
根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度；
根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹飞行。
本发明实施例的第二方面是提供的一种飞行轨迹复演装置，包括：包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序代码；
所述处理器，调用所述程序代码，当程序代码被执行时，用于执行以下操作：
获取飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径，其中，所述飞行状态数据包括所述飞行器的位置、速度、加速度中的至少一者；
根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度；
根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹飞行。
本发明实施例的第三方面是提供的一种可移动平台，包括：
机身；
动力系统，安装在所述机身，用于为所述可移动平台提供动力；
以及如第二方面中所述的飞行轨迹复演装置。
本发明实施例的第四方面是提供的一种控制设备，包括：
设备主体；
通信装置，安装在所述设备主体，用于与第三方面所述的可移动平台通信；
以及与第二方面所述的飞行轨迹复演装置通信。
在本发明实施例中，飞行器可根据多个时刻采集的飞行状态数据生成原始飞行路径，从而可根据该原始飞行路径中各位置的安全速度生成复演轨迹，从而可控制飞行器沿复演轨迹飞行，由于所述各位置的安全速度包括最大安全速度和最小安全速度，因此可基于安全速度的不同，生成不同的复演轨迹，也可基于安全速度与预设速度的关系生成不同的复演轨迹，使得生成的复演轨迹更切合实际需求，并保证了在进行轨迹复演过程中基于安全速度进行匀速行驶。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种飞行器采集多个飞行状态数据的示意图；
图2a是本发明实施例提供的一种安全速度的示意图；
图2b是本发明另一实施例提供的一种安全速度的示意图；
图2c是本发明实施例提供的一种安全速度和预设速度之间的关系示意图；
图3是本发明实施例提供的一种飞行轨迹复演方法的示意流程图；
图4是本发明另一实施例提供的一种安全速度和预设速度之间的关系示意图；
图5是本发明另一实施例提供的一种飞行轨迹复演方法的示意流程图；
图6是本发明又一实施例提供的一种飞行轨迹复演方法的示意流程图；
图7a是本发明实施例提供的一种飞行状态数据的示意图；
图7b是本发明另一实施例提供的一种飞行状态数据的示意图；
图8a是本发明实施例提供的一种飞行器在状态转移过程中位置的变化示意图；
图8b是本发明实施例提供的一种飞行器在状态转移过程中速度的变化示意图；
图8c是本发明实施例提供的一种飞行器在状态转移过程中加速度的变化示意图；
图8d是本发明实施例提供的一种飞行器在状态转移过程中姿态角速度的变化示意图；
图9是本发明实施例提供的一种可移动平台的飞行轨迹复演装置；
图10是本发明另一实施例提供的一种可移动平台的飞行轨迹复演装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动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。
轨迹复演在无人机中有很大的应用需求，例如，在用户控制无人机穿越树林或者迷宫后，该无人机可按照轨迹复演实现沿原路径返回，从而实现对时光倒流视频或者图像的拍摄；或者，轨迹复演也可应用在电力、管路巡检中，以沿着原路径进行复查。上述的轨迹复演应用场景中通常的做法是，飞手先手动沿着预想的路径飞行一遍，无人机记录下飞行过程中的航点信息，包括时间以及位置、速度、加速度等信息，然后无人机根据记录的航点信息自动复演原始的飞行路径。这种做法通常导致无人机会记录下飞手的一些停顿操作，例如观察环境、确认方位时使得无人机停顿，从而在复演轨迹时复演这种停顿；但实际上这种停顿在复演中是可以不必要的。当前实现轨迹复演的方法有如下两种：
1、飞行器在飞行时，记录不带时间意义的航点（轨迹点），即只记录在飞行过程中的飞行位置p，再用纯几何方法（如贝塞尔曲线）生成轨迹路径，从而可基于几何方法进行路径跟随。采用上述的路径跟随（轨迹复演）方法，可较容易实现匀速飞行，但是由于生成的路径对原始轨迹的复原度不高，路径跟随方法比较复杂，需要通过很多测试对路径上每一个轨迹点的可行性进行判断，可见，采用这种根据记录的不带时间意义的航点，并通过集合方法实现路径跟随的方法存在跟随精度不高的问题。
2、飞行器可记录飞行过程中具有时间意义的航点，如记录位置p、速度v、加速度a、时间t，然后通过优化方法生成复演轨迹，例如运动原语（motion primitive）轨迹生成方法。采用这种方法可得到效果较好的复演轨迹，且轨迹跟随控制简单，跟随精度较高，但是由于轨迹信息包含了原始轨迹的时间意义，如果飞行器在原始轨迹过程中有停顿的操作（在实际应用中，停顿操作是普遍存在的），那么在复演轨迹中就很难做到匀速飞行，在原始轨迹停顿的地方还是会停顿，这样，飞行器在复演轨迹过程中拍摄的视频或者图像效果不好。
可见，采用第一种轨迹复演方法存在对原始轨迹的复演效果不好、且采用的路径跟随方法比较复杂，路径跟随精度较低的问题，第二种轨迹复演方法由于复演轨迹中包含了原始飞行路径的时间意义，使得飞行器在轨迹复演过程中难以保持匀速飞行。
基于此，本申请提出了一种在轨迹复演中保持飞行器匀速飞行的飞行轨迹复演方法，该方法可提高飞行器在轨迹复演时的复演效果，采用本方法进行轨迹复演时，飞行器可在飞行时采集多个飞行时刻的飞行状态数据，如图1所示，所述飞行器可采集如图1所示的圆点所标识的位置对应的飞行时刻的飞行状态数据，并基于该飞行状态数据记录的所述飞行器的位置、速度以及加速度中的一项或多项生成原始飞行路径，从而可基于该原始飞行路径确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度，从而可根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，以使得飞行器可根据该复演轨迹生成的控制指令控制所述飞行器沿复演轨迹飞行，使得飞行器在复演时保持匀速行驶。可以理解的是，图1中的圆点仅作示意性说明，飞行器采集位置的频率可以根据飞行控制系统或传感器的采样率进行设置。
在一个实施例中，在根据各位置的安全速度生成复演轨迹时，可先从所述各位置的安全速度中确定出最小安全速度，并根据所述最小安全速度生成复演轨迹，进一步可根据以所述最小安全速度生成的复演轨迹生成控制指令，以控制所述飞行器在轨迹复演时按照所述最小安全速度飞行。
如果所述各位置的安全速度如图2a所示，图示中的各位置的安全速度中的最小安全速度为s0点对应的安全速度v0，则可根据所述s0点对应的安全速度v0生成复演轨迹，并控制飞行器以安全速度v0进行轨迹复演。
再一个实施例中，在根据各位置的安全速度生成复演轨迹时，也可先从所述各位置的安全速度中确定出最大安全速度，并根据所述最大安全速度生成复演轨迹，并根据以所述最大安全速度生成的复演轨迹生成控制指令，以控制所述飞行器在轨迹复演时按照所述最大安全速度飞行。
如果所述各位置的安全速度如图2b所示，图示中的各位置的安全速度中的最大安全速度为s1点对应的安全速度v1，则可根据所述s1点对应的安全速度v1生成复演轨迹，并控制飞行器以最大安全速度v1进行轨迹复演。
再一个实施例中，在根据各位置的安全速度生成复演轨迹时，还可根据所述各位置的安全速度和预设速度之间的关系，生成复演轨迹，具体的，可将所述安全速度与所述预设速度进行对比，从而将所述安全速度中大于或等于预设速度的轨迹段确定为第二轨迹段，所述安全速度小于所述预设速度的确定为第一轨迹段，在一个实施例中，所述预设速度可以为用户设置的速度，所述安全速度为所述飞行器保持安全飞行的最大速度；由于所述第一轨迹段中各位置的安全速度小于所述预设速度，所述第一轨迹段也即所述复演轨迹中的不可调整段；由于所述第二轨迹段中各位置的安全速度大于所述预设速度，所述第二轨迹段也即为所述复演轨迹中的可调整段。
在根据所述各位置的安全速度和预设速度之间的关系生成复演轨迹后，可根据所述安全速度与所述预设速度之间的关系，得到所述复演轨迹中的多个轨迹段，从而可基于不同轨迹段分别生成不同的控制指令，以控制所述飞行器在不同轨迹段按照不同的速度进行轨迹复演。
在根据所述安全速度与所述预设速度之间的关系生成包括多个轨迹段的复演轨迹时，如果所述安全速度与所述预设速度之间的关系如图2c所示，在图2c中用黑色曲线表示各轨迹点的安全速度，用灰色曲线表示预设速度，如图所示，预设速度大于所述各位置的安全速度中的最小安全速度，且小于所述各位置的安全速度中的最大安全速度，则根据图示关系生成的复演轨迹包括的第一轨迹段有s1-s2段以及s3-s4段，包括的第二轨迹段有0-s1段、s2-s3段以及s4-s5段，基于所述第一轨迹段可生成第一控制指令，以控制飞行器在第一轨迹段中的飞行，并基于所述第二轨迹段生成第二控制指令，以控制飞行器在第二轨迹段中的飞行。
请参见图3，是本发明实施例提出的一种飞行轨迹复演方法的示意流程图，如图3所示，该方法可包括：
S301，获取飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径。
所述飞行器的飞行状态数据可由安装在所述飞行器的传感器获得，所述传感器包括：惯性测量单元、GNSS传感器，多轴加速度计以及多轴陀螺仪中的一种或多种，所述飞行器可根据上述传感器检测的传感数据确定所述飞行器在多个飞行时刻的飞行状态数据。在一个实施例中，所述飞行状态数据包括所述飞行器的位置、速度、加速度中的至少一者。所述飞行状态数据还可以包括时间。
在一个实施例中，所述飞行状态数据包括飞行器在多个飞行时刻采集到的时间、位置、速度和加速度信息。在所述飞行器采集到多个飞行时刻的多个飞行状态数据后，可根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径，在另一实施方式中，也可将所述飞行状态数据发送到与所述飞行器建立通信连接的控制设备（如遥控器等外接设备）中，由所述控制设备根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径，进一步地，基于所述飞行器与所述控制设备之间的通信连接，所述飞行器可从所述控制设备中获取到根据所述飞行状态数据生成的原始飞行路径。
在本实施例中，主要详细叙述由所述飞行器根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径的实施方式，以及由所述飞行器执行步骤S102和步骤S103的实施方式，对由控制设备根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径的实施方式，以及由所述控制设备执行步骤S102和步骤S103的实施方式请参见后续实施例的相关描述，在本实施例中不做具体阐述。
在一个实施例中，飞行器可按照预设的时间间隔采集多个飞行时刻的飞行状态数据，也可以在检测到飞行状态数据发生改变时采集改变前后对应时刻的飞行状态数据，还可以按照预设的间隔位置数采集多个时刻的飞行状态数据。
所述飞行器在根据飞行状态数据生成原始飞行路径时，可基于该飞行状态数据包括的所述飞行器在不同时间所处的位置生成该飞行器的飞行轨迹曲线，进一步地，可根据该飞行器在不同时间对应的不同加速度和不同速度，以及生成的飞行轨迹曲线，生成原始飞行路径，所述原始飞行路径记录有飞行器在不同飞行时刻所处的位置，以及各个位置对应的速度和加速度等数据。
S302，根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度。
在一个实施例中，所述安全速度是指保证所述飞行器安全经过各位置的最大速度，所述飞行器可根据在原始飞行路径中不同位置的飞行状态数据确定各位置对应的不同安全速度，如，飞行器在处于较高位置的轨迹点时对应的安全速度和该飞行器处于较低位置的轨迹点的安全速度不相同；又如处于同一高度的飞行器在不同加速度下和/或不同速度下对应的安全速度也可能不相同。
再一个实施例中，所述飞行器还可根据该飞行器的自身性能确定所述各位置的安全速度，该飞行器的自身性能包括：所述飞行器动力系统的性能，所述飞行器外壳材料的性能以及所述飞行器的组装工艺等等。
在一个实施例中，所述原始飞行路径中各位置的安全速度用于生成复演轨迹，并执行步骤S303。
S303，根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹飞行。
在一个实施例中，在根据所述各位置的安全速度生成复演轨迹时，可确定所述各位置的安全速度中的最小值，并基于最小安全速度生成复演轨迹，在进行轨迹复演时，以所述最小安全速度进行复演；或者，也可根据所述各位置的安全速度中的最大值，即基于最大安全速度生成复演轨迹，从而在进行轨迹复演时，以所述最大安全速度进行复演；又或者，所述飞行器还可根据所述安全速度与预设速度之间的关系生成复演轨迹，并基于所述安全速度和所述预设速度之间的关系进行轨迹复演。
在所述飞行器根据安全速度和预设速度之间的关系生成复演轨迹时，如果所述预设速度大于所述最小安全速度且小于所述最大安全速度，如图2c所示，可确定所述复演轨迹的分段，并基于所述分段对处于不同段的复演轨迹生成不同的控制指令，使得处于不同段的复演轨迹参照不同的飞行数据进行飞行；或者，如果所述预设速度小于所述最小安全速度如图4所示，灰色线表示的预设速度小于用黑色线表示的各位置的安全速度的最小值v0，则可在进行轨迹复演时，将复演轨迹中各位置对应的安全速度调整为预设速度，并按照该预设速度进行匀速飞行。
在本发明实施例中，飞行器可根据多个时刻采集的飞行状态数据生成原始飞行路径，从而可根据该原始飞行路径中各位置的安全速度生成复演轨迹，从而可控制飞行器沿复演轨迹飞行，由于所述各位置的安全速度包括最大安全速度和最小安全速度，因此可基于安全速度的不同，生成不同的复演轨迹，也可基于安全速度与预设速度的关系生成不同的复演轨迹，使得生成的复演轨迹更切合实际需求，并保证了在进行轨迹复演过程中基于安全速度进行匀速行驶。
为了减轻飞行器的数据处理压力，所述飞行器可外接一控制设备，所述控制设备和所述飞行器通过内置的通信装置建立通信连接，从而使得所述控制设备可通过所述通信连接接收所述飞行器采集的多个时刻的飞行状态数据，从而使所述控制设备可对所述飞行状态数据进行处理，生成控制所述飞行器的控制指令，并将所述控制指令发送到所述飞行器，以控制所述飞行器按照所述控制指令的指示进行复演飞行。
具体地，如图5所示，是本发明实施例提出的一种飞行轨迹复演方法，该方法包括：
S501，飞行器获取所述飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据；
S502，控制设备接收所述飞行器发送的所述飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径；
S503，所述控制设备根据原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度；
S504，所述控制设备根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令；
S505，所述控制设备将所述控制指令发送到所述飞行器；
S506，所述飞行器接收所述控制指令，并根据所述控制指令，控制所述飞行器沿复演轨迹飞行。
在步骤S501-步骤S505中，控制设备在执行步骤S502-步骤S505时的具体实施方式可参见后续实施例中由飞行器执行：“飞行器控制设备接收所述飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径；所述控制设备根据原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度；所述控制设备根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令；所述控制设备将所述控制指令发送到所述飞行器”的步骤时的具体实施方式。
在本发明实施例中，飞行器在采集多个飞行时刻的飞行状态数据后，可将该飞行状态数据发送到与所述飞行器建立通信连接的控制设备中，并由所述控制设备根据上述飞行状态数据生成原始飞行路径，并进一步地根据所述原始飞行路径确定各位置中的安全速度后，在所述控制设备中生成复演轨迹，并将根据上述复演轨迹生成的控制指令发送到飞行器，以使得所述飞行器根据所述控制指令复演所述复演轨迹，实现了对飞行器的数据处理压力的减轻。
根据所述原始飞行路径中各位置的安全速度与预设速度之间的关系，可生成不同的复演轨迹，根据所述复演轨迹的不同可生成对应的控制指令，从而使得飞行器可控制所述飞行器沿复演轨迹进行匀速飞行。
具体的，请参见图6，是本发明另一实施例提出的一种飞行轨迹复演方法的示意流程图，如图6所示，该方法可包括：
S601，获取飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径。
在一个实施例中，步骤S601的具体实施方式可参见上述步骤S301，在此不再赘述。
S602，根据所述原始飞行路径和所述飞行器的飞行条件，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度。
所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度，在一个实施例中，可通过对姿态角速度的调整实现对飞行器的加速度的调整，从而实现对所述飞行器的速度的调整。
根据运动学以及动力学的约束关系可知，当将姿态角速度调整为最大时，飞行器的加速度也达到最大值；当所述加速度不断增加到最大值后，可使飞行器的速度加速到最大值，因此，可基于原始飞行路径中各位置对应的最大速度、最大加速度和/或最大姿态角速度，确定出该原始飞行路径中各位置的最大安全速度。
当姿态角速度和加速度的增大方向与飞行器的飞行方向一致时，随着姿态角速度的增大，加速度将增大，所述姿态角速度可增加到最大的正向最大姿态角速度，且所述加速度可增大为最大的正向最大加速度，在所述姿态角速度和所述加速度的增加过程中，可保持飞行器速度的持续增加。如图7a所示，若飞行器在复演轨迹时的飞行方向如图示的黑色箭头所示，当姿态角速度和加速度的增大方向与所述黑色箭头所指示的方向一致，在所述姿态角速度和所述加速度值增大到最大值时，取得所述正向最大姿态角速度和所述正向最大角速度，并保证飞行器的飞行速度在飞行方向持续加速。
在另一实施例中，飞行器在飞行过程中，通过调整姿态角速度使得姿态角速度不断减小（即反向不断增大），直至减小为反向的最大姿态角速度，加速度也会随着对姿态角速度的调整而不断减小为反向最大加速度，从而实现将所述飞行器的速度调整为反向最大速度，则可基于原始飞行路径和所述飞行器的反向最大速度，反向最大加速度和/或反向最大姿态角速度，确定出该原始飞行路径中各位置的最小安全速度。
当姿态角速度和加速度的增大方向与飞行器的飞行方向相反时，随着姿态角速度的增大，加速度将增大，所述姿态角速度可增加到最大的正向最大姿态角速度，且所述加速度可增大为最大的正向最大加速度，在所述姿态角速度和所述加速度的增加过程中，可保持飞行器速度的持续下降。如图7b所示，当姿态角速度和加速度的增大方向与所述黑色箭头所指示的方向不一致，在所述姿态角速度和所述加速度值增大到最大值时，取得所述反向最大姿态角速度和所述反向最大角速度，并保证飞行器的飞行速度在飞行方向持续下降。
S603，根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹飞行。
在一个实施例中，所述飞行器可根据各位置的最小安全速度，生成复演轨迹，其中，具体可先从所述各位置的安全速度中确定出最小安全速度，并以所述最小安全速度生成复演轨迹，从而可基于所述最小安全速度生成控制指令，并以所述控制指令控制所述飞行器以所述最小安全速度复演所述复演轨迹，从而可保证所述飞行器在进行复演时保持匀速飞行。
再一个实施例中，所述飞行器在根据各位置的安全速度，生成复演轨迹时，还可根据各位置的安全速度和所述飞行器的飞行条件（其中，所述飞行条件至少包括最大速度、最大加速度或最大姿态角速度），确定所述复演轨迹中各位置的速度，也就是说，所述飞行器还可根据各位置的最大安全速度，生成复演轨迹，并基于所述最大安全速度复演所述复演轨迹。
在确定所述飞行器在复演轨迹中各位置的速度时，可先确定所述复演轨迹中的加速段和/或减速段，并在所述加速度和/或所述减速段均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
再一个实施例中，所述飞行器在根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹时，还可先根据所述各位置的安全速度和预设速度，生成第一轨迹段和第二轨迹段，所述第一轨迹段中各位置速度为所述预设速度。其中，在根据所述各位置的安全速度和预设速度，生成第一轨迹段和第二轨迹段时，具体包括：将所述各位置的安全速度与所述预设速度进行对比，获得对比结果；根据所述对比结果中安全速度大于或等于所述预设速度的位置，生成第二轨迹段（即上述的可调整段）；并根据上述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段（即上述的不可调整段），在一个实施例中，所述预设速度可以为用户设置的速度。
在一个实施例中，在生成第一轨迹段时，可在所述第一轨迹段的加速段和减速段中均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度；在另一实施例中，还可将所述第一轨迹段中各位置对应的原始飞行路径的飞行状态数据，确定为所述第一轨迹段的飞行状态数据。
由于生成复演轨迹时参考的安全速度不同，因此，根据不同的所述各位置的安全速度生成的复演轨迹不相同，而且，根据所述不同复演轨迹生成的控制指令也不相同，也就是说，飞行器可根据所述各位置的安全速度生成不同的复演轨迹，并可根据所述复演轨迹生成对应到的控制指令，以控制所述飞行器沿生成的复演轨迹飞行。
在本发明实施例中，飞行器可根据获取的在多个飞行时刻的飞行状态数据生成原始飞行路径，从而可确定所述飞行路径和所述飞行器的飞行条件，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度，从而可根据所述安全速度包括的最大安全速度、最小安全速度和/或所述安全速度和预设速度之间的关系，生成复演轨迹，并基于所述复演轨迹生成控制指令，从而可控制飞行器沿复演轨迹飞行，实现了在生成复演轨迹的同时，也保证了飞行器在复演过程中保持匀速行驶。
下面，对飞行器根据所述各位置的安全速度和预设速度的关系，生成包括第一轨迹段和第二轨迹段的复演轨迹的具体实施方式进行详细说明。
由于第二轨迹段（即可调整段）中由于各位置的安全速度大于或等于所述预设速度，因此可对所述第二轨迹段中各位置的飞行速度（所述飞行速度小于或等于所述各位置的最大安全速度）进行调整，在理想状态下，可将所述各位置的飞行速度调整为所述预设速度，在调整过程中，所述飞行器的飞行状态数据（包括：位置p、速度v和加速度a）如果从初始飞行状态数据
Figure SMS_1
调整为目标飞行状态数据/>
Figure SMS_2
，其状态转移过程可以为：
（1）、飞行器以最大的姿态角速度
Figure SMS_3
使加速度达到该飞行器允许的最大加速度/>
Figure SMS_4
；
（2）、将姿态角速度jerk置0，使得飞行器保持最大加速度
Figure SMS_5
，从而使速度达到足够快；
（3）、以最小姿态角速度
Figure SMS_6
，使加速度a减小到0，此时的速度达到最大运行速度/>
Figure SMS_7
；
（4）、将姿态角速度jerk置0，并保持最大速度，使飞行路程足够远；
（5）、以最小姿态角速度jerk使加速度减小到最小允许加速度
Figure SMS_8
；
（6）、将姿态角速度jerk置0，保持最小加速度，使速度达到足够慢；
（7）、以最大姿态角速度
Figure SMS_9
使加速度达到终止状态/>
Figure SMS_10
，此时速度和位置也分别同时达到终止状态对应的速度和位置，即/>
Figure SMS_11
和/>
Figure SMS_12
。
根据上述飞行器的飞行状态数据的转移过程，可建立以下约束方程：
（1）
Figure SMS_13
；
（2）
Figure SMS_14
；
（3）
Figure SMS_15
；
（4）
Figure SMS_16
。
可见，由上述方程组可知，共包括28个方程以及31个未知变量
Figure SMS_17
，在求解上述4个方程组时，需要已知三个未知变量才能使得求解出的值为唯一的轨迹。由于本发明实施例需要调整速度和加速度，在一个实施例中，可固定用户设置速度，最大加速度以及最小加速度，即：/>
Figure SMS_18
，/>
Figure SMS_19
以及/>
Figure SMS_20
。
在固定三个未知变量后，可通过Matlab对上述四组方程组进行计算，得到上述七个状态转移过程中每个过程对应的速度、加速度以及里程，按照上述的七个状态转移过程，可确定每个过程的时间点为：
Figure SMS_21
;
Figure SMS_22
Figure SMS_23
;
Figure SMS_24
Figure SMS_25
;
Figure SMS_26
Figure SMS_27
。
在确定每个过程的时间点后，可进一步地确定出上述七个状态转移过程的速度v、加速度a和里程s的变化情况，具体的：
1、当
Figure SMS_28
时 ：/>
Figure SMS_29
Figure SMS_30
;
Figure SMS_31
;
2、当
Figure SMS_32
时：/>
Figure SMS_33
Figure SMS_34
;
Figure SMS_35
;
3、当
Figure SMS_36
时：/>
Figure SMS_37
;
Figure SMS_39
;
4、当
Figure SMS_40
时：/>
Figure SMS_41
Figure SMS_42
;
Figure SMS_43
;
5、当
Figure SMS_44
时：/>
Figure SMS_45
Figure SMS_46
;
Figure SMS_47
;
6、当
Figure SMS_48
时：/>
Figure SMS_49
Figure SMS_50
;
Figure SMS_51
;
7、当
Figure SMS_52
时：/>
Figure SMS_53
Figure SMS_54
;
Figure SMS_55
;
在一个实施例中，飞行器在状态转移的七个阶段中，位置p变化情况可如图8a所示，速度v变化情况如图8b所示，加速度a变化情况如图8c所示，姿态角速度jerk变化情况如图8d所示，在图8a-8d中，状态转移涉及的7个阶段分别用图中的阿拉伯数字标出，如1表示当
Figure SMS_56
的阶段，2表示当/>
Figure SMS_57
的阶段等等。
本发明实施例提供一种可移动平台的飞行轨迹复演装置，图9是本发明实施例提供的可移动平台的飞行轨迹复演装置的结构图，如图9所示，可移动平台的飞行轨迹复演装置900包括存储器901和处理器902，其中，存储器902中存储有程序代码，处理器902调用存储器中的程序代码，当程序代码被执行时，处理器902执行如下操作：
获取飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径，其中，所述飞行状态数据包括所述飞行器的位置、速度、加速度中的至少一者；
根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度；
根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹飞行。
在一个实施例中，所述处理器902在根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度时，执行如下操作：
根据所述原始飞行路径和所述飞行器的飞行条件，确定所述安全速度；
其中，所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度。
在一个实施例中，所述处理器902在根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹时，执行如下操作：
从所述各位置的安全速度中确定最小安全速度；
以所述最小安全速度生成复演轨迹。
在一个实施例中，所述处理器902在以所述最小安全速度生成复演轨时，执行如下操作：
确定所述复演轨迹中的速度均为所述最小安全速度；
所述根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹飞行，包括：
生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹以最小安全速度匀速飞行。
在一个实施例中，所述处理器902在根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹时，执行如下操作：
根据所述各位置的安全速度和所述飞行器的飞行条件，确定所述复演轨迹中各位置的速度；
其中，所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度。
在一个实施例中，所述处理器902在确定所述复演轨迹各位置的速度时，执行如下操作：
所述复演轨迹中的加速段或减速段，均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
在一个实施例中，所述处理器902在根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹时，执行如下操作：
根据所述各位置的安全速度和预设速度，生成第一轨迹段和第二轨迹段；
其中，所述第一轨迹段中各位置的速度为所述预设速度。
在一个实施例中，所述处理器902在根据所述各位置的安全速度和预设速度，生成第一轨迹段和第二轨迹段时，执行如下操作：
将所述各位置的安全速度与所述预设速度进行对比，获得对比结果；
根据所述对比结果中安全速度大于或等于所述预设速度的位置，生成第二轨迹段；
根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段。
在一个实施例中，所述处理器902在根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段时，执行如下操作：
所述第一轨迹段中的加速段或减速段，均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
在一个实施例中，所述处理器902在根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段时，执行如下操作：
将所述第一轨迹段各位置对应的所述原始飞行路径的飞行状态数据，确定为所述第一轨迹段的飞行状态数据。
本实施例提供的可移动平台的飞行轨迹复演装置能够执行前述实施例提供的如图3和图6所示的飞行轨迹复演方法，其执行方式和有益效果类似，在这里不再赘述。
本发明另一实施例提供一种可移动平台的飞行轨迹复演装置，图10是本发明实施例提供的可移动平台的飞行轨迹复演装置的结构图，如图10所示，可移动平台的飞行轨迹复演装置100包括存储器101和处理器102，其中，存储器102中存储有程序代码，处理器102调用存储器中的程序代码，当程序代码被执行时，处理器102执行如下操作：
控制设备通过通信从如图9所示的可移动平台中获取所述飞行状态数据，其中，所述飞行状态数据由所述可移动平台通过安装在其上的传感器获得；
根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度；
根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹，并根据所述复演轨迹生成控制指令，
将生成的所述控制指令通过通信发送至所述可移动平台。
在一个实施例中，所述处理器102在根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度时，执行如下操作：
根据所述原始飞行路径和所述飞行器的飞行条件，确定所述安全速度；
其中，所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度。
在一个实施例中，所述处理器102在根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹时，执行如下操作：
从所述各位置的安全速度中确定最小安全速度；
以所述最小安全速度生成复演轨迹。
在一个实施例中，所述处理器102在以所述最小安全速度生成复演轨时，执行如下操作：
确定所述复演轨迹中的速度均为所述最小安全速度；
所述根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹飞行，包括：
生成控制指令，用于控制所述飞行器沿复演轨迹以最小安全速度匀速飞行。
在一个实施例中，所述处理器102在根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹时，执行如下操作：
根据所述各位置的安全速度和所述飞行器的飞行条件，确定所述复演轨迹中各位置的速度；
其中，所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度。
在一个实施例中，所述处理器102在确定所述复演轨迹各位置的速度时，执行如下操作：
所述复演轨迹中的加速段或减速段，均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
在一个实施例中，所述处理器102在根据所述各位置的安全速度，生成复演轨迹时，执行如下操作：
根据所述各位置的安全速度和预设速度，生成第一轨迹段和第二轨迹段；
其中，所述第一轨迹段中各位置的速度为所述预设速度。
在一个实施例中，所述处理器102在根据所述各位置的安全速度和预设速度，生成第一轨迹段和第二轨迹段时，执行如下操作：
将所述各位置的安全速度与所述预设速度进行对比，获得对比结果；
根据所述对比结果中安全速度大于或等于所述预设速度的位置，生成第二轨迹段；
根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段。
在一个实施例中，所述处理器102在根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段时，执行如下操作：
所述第一轨迹段中的加速段或减速段，均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
在一个实施例中，所述处理器102在根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段时，执行如下操作：
将所述第一轨迹段各位置对应的所述原始飞行路径的飞行状态数据，确定为所述第一轨迹段的飞行状态数据。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (25)

1.一种飞行轨迹复演方法，其特征在于，所述方法包括：
获取飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径，其中，所述飞行状态数据包括所述飞行器的位置、速度、加速度中的至少一者；
根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度；
根据所述各位置的安全速度确定复演轨迹中各位置的速度，以生成所述复演轨迹；
根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿所述复演轨迹飞行；
其中，所述根据所述各位置的安全速度确定复演轨迹中各位置的速度，以生成所述复演轨迹，包括：
将所述各位置的安全速度与所述各位置的预设速度进行对比，获得对比结果；
根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成复演轨迹的第一轨迹段；
根据所述对比结果中安全速度大于或等于所述预设速度的位置，生成所述复演轨迹的第二轨迹段；
其中，所述第一轨迹段是不可调整段，所述第二轨迹段是可调整段，所述可调整段指示所述第二轨迹段中各位置的速度是可调整的并且小于或等于所述各位置的安全速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度，包括：
根据所述原始飞行路径和所述飞行器的飞行条件，确定所述安全速度；
其中，所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各位置的安全速度确定复演轨迹中各位置的速度，以生成所述复演轨迹，包括：
从所述各位置的安全速度中确定最小安全速度；
以所述最小安全速度生成所述复演轨迹。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以所述最小安全速度生成所述复演轨迹，包括：
确定所述复演轨迹中的速度均为所述最小安全速度；
所述根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿所述复演轨迹飞行，包括：
生成控制指令，用于控制所述飞行器沿所述复演轨迹以最小安全速度匀速飞行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各位置的安全速度确定复演轨迹中各位置的速度，以生成所述复演轨迹，包括：
根据所述各位置的安全速度和所述飞行器的飞行条件，确定所述复演轨迹中各位置的速度；
其中，所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定所述复演轨迹各位置的速度，包括：
所述复演轨迹中的加速段或减速段，均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段，包括：
所述第一轨迹段中的加速段或减速段，均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段，包括：
将所述第一轨迹段各位置对应的所述原始飞行路径的飞行状态数据，确定为所述第一轨迹段的飞行状态数据。
9.一种飞行轨迹复演装置，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序代码；
所述处理器，调用所述程序代码，当程序代码被执行时，用于执行以下操作：
获取飞行器在多个飞行时刻采集的飞行状态数据，并根据所述飞行状态数据生成原始飞行路径，其中，所述飞行状态数据包括所述飞行器的位置、速度、加速度中的至少一者；
根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度；
根据所述各位置的安全速度确定复演轨迹中各位置的速度，以生成所述复演轨迹；
根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿所述复演轨迹飞行；
其中，所述根据所述各位置的安全速度确定复演轨迹中各位置的速度，以生成所述复演轨迹，包括：
将所述各位置的安全速度与所述各位置的预设速度进行对比，获得对比结果；
根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成复演轨迹的第一轨迹段；
根据所述对比结果中安全速度大于或等于所述预设速度的位置，生成所述复演轨迹的第二轨迹段；
其中，所述第一轨迹段是不可调整段，所述第二轨迹段是可调整段，所述可调整段指示所述第二轨迹段中各位置的速度是可调整的并且小于或等于所述各位置的安全速度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述根据所述原始飞行路径，确定所述原始飞行路径中各位置的安全速度时，执行如下操作：
根据所述原始飞行路径和所述飞行器的飞行条件，确定所述安全速度；
其中，所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述根据所述各位置的安全速度确定复演轨迹中各位置的速度，以生成所述复演轨迹时，执行如下操作：
从所述各位置的安全速度中确定最小安全速度；
以所述最小安全速度生成所述复演轨迹。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述以所述最小安全速度生成复演轨时，执行如下操作：
确定所述复演轨迹中的速度均为所述最小安全速度；
所述根据所述复演轨迹生成控制指令，用于控制所述飞行器沿所述复演轨迹飞行，包括：
生成控制指令，用于控制所述飞行器沿所述复演轨迹以最小安全速度匀速飞行。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述根据所述各位置的安全速度确定复演轨迹中各位置的速度，以生成所述复演轨迹时，执行如下操作：
根据所述各位置的安全速度和所述飞行器的飞行条件，确定所述复演轨迹中各位置的速度；
其中，所述飞行条件至少包括所述飞行器的：最大速度、最大加速度或最大姿态角速度。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述确定所述复演轨迹各位置的速度时，执行如下操作：
所述复演轨迹中的加速段或减速段，均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段时，执行如下操作：
所述第一轨迹段中的加速段或减速段，均取所述飞行器的最大姿态角速度和最大加速度。
16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述根据所述对比结果中安全速度小于所述预设速度的位置，生成第一轨迹段时，执行如下操作：
将所述第一轨迹段各位置对应的所述原始飞行路径的飞行状态数据，确定为所述第一轨迹段的飞行状态数据。
17.一种可移动平台，其特征在于，包括：
机身；
动力系统，安装在所述机身，用于为所述可移动平台提供动力；
以及如权利要求9-16中任一项所述的飞行轨迹复演装置。
18.根据权利要求17所述的可移动平台，其特征在于，所述可移动平台还包括：
传感器，安装在所述机身，用于采集飞行状态数据；
其中，所述传感器至少包括如下一种：惯性测量单元、GNSS传感器、多轴加速度计或多轴陀螺仪。
19.根据权利要求17所述的可移动平台，其特征在于，所述可移动平台为无人飞行器。
20.一种控制设备，其特征在于，包括：
设备主体；
通信装置，安装在所述设备主体，用于与如权利要求17-19任一项所述的可移动平台通信；
以及如权利要求9-16中任一项所述的飞行轨迹复演装置通信。
21.根据权利要求20所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备通过通信从可移动平台获取所述飞行状态数据，其中，所述飞行状态数据由所述可移动平台通过安装在其上的传感器获得。
22.根据权利要求20所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备还将生成的所述控制指令通过通信发送至所述可移动平台。
23.根据权利要求20所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备为如下一种：地面站、遥控器或智能终端。
24.根据权利要求20所述的控制设备，其特征在于，所述可移动平台为无人飞行器。
25.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时，用于执行如权利要求1-8任一项所述的飞行轨迹复演方法。
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