CN110989652A - 一种利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，该方法包括：通过传感器激光雷达采集激光雷达数据；通过雷达内部计算机利用所述激光雷达数据激光进行建模；计算机分析模型数据，计算远端区域和近端区域距离和高度；对激光雷达数据远端区进行第一次判断，预存位置和相对高程数据，近端区内对上一位置远端区数据第二次判断；根据上述判断确认无人机所需要的执行动作，传输指令令无人机做出相应动作，使飞行高度相对于地表始终保持在固定高度值。通过本发明方法能够实时利用激光雷达采集的数据单次实时建模进行等高度的仿地飞行。
Description
技术领域
本发明涉及无人机飞行的控制，具体地指一种利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，属于无人机控制技术领域。
背景技术
飞行器(例如无人机，多旋翼)在航向确定的情况下，沿着指定航线方向在低空和超低空飞行，为了在连续高低起伏或高程差大的地形飞行作业时能够获取高精度高效率并合格成果，需要使飞行高度相对于地表或地面最高处始终保持一个固定高度值。
目前市场现有的仿地飞行不是真正意义上仿地飞行，而是多次完成飞行，根据同一航线根据每次单点雷达高度数据和作业成果分析，多次修改多次飞行制作新参数完成的仿地飞行，或飞的很高很高而脱离实际需求，导致成果达不到作业要求，又或是高低参差不齐，导致飞行器(无人机，多旋翼)距离距目标物太近发生危险或撞击目标物坠毁。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，该方法能够实时利用激光雷达采集的数据单次实时建模进行等高度(固定值)的仿地飞行。
实现本发明目的采用的技术方案是一种利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，该方法包括：
通过传感器激光雷达采集激光雷达数据；
通过雷达内部计算机利用所述激光雷达数据激光进行建模；
计算机分析模型数据，计算远端区域和近端区域距离和高度；对激光雷达数据远端区进行第一次判断，预存位置和相对高程数据，近端区内对上一位置远端区数据第二次判断；
根据上述判断确认无人机所需要的执行动作，传输指令令无人机做出相应动作，使飞行高度相对于地表始终保持在固定高度值。
本发明采用了激光雷达采集航线路径模型，实时分析并处理数据，采用采集航向方向远端数据处理分析，近端根据处理后的信息发指令给飞行控制系统，让无人机沿着航线方向，并相对无人机距离正下方地表或地面最低处始终保持一个固定高度值执行匀速巡航、减速、加速、爬升、下降、悬停。
本发明方法采用一次飞行，获得成果，避免重复作业，大大提高了效率，同时作业精度满足作业要求。解决实时利用激光雷达采集的数据单次实时建模进行等高度(固定值)的仿地飞行问题，能够使无人机沿着指定航线方向飞行，飞行高度相对于地表或地面最高处始终保持一个固定高度值。
附图说明
图1为本发明利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法的流程示意图。
图2为本发明利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法对无人机飞行判断的示意图。
图3为本发明通过激光雷达内部计算机进行建模的模型示意图。
图4为本发明利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法进行第二次判断的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和2所示，本发明利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法包括：
S1、通过安装在无人机机身下方的传感器激光雷达采集的激光雷达数据；
传感器激光雷达采集的激光雷达数据为无人机航向前方全部数据，包括距离无人机所在位置最远的地面点、无人机所在位置与该最远的地面点的直线距离、以及无人机所在位置与该最远的地面点范围内一系列带经纬高程信息的空间点信息。
S2、通过雷达内部计算机利用S1所获得的激光雷达数据激光进行建模；
建模过程如图3所示，包括：激光雷达采用TOF原理计算出无人机所在位置与距离无人机所在位置最远地面点an范围内的地面点dn处的直线距离为DAdn，根据激光雷达自身到地面点an和dn的激光线相对于重力方向的夹角分别为αAan和αAdn，求得无人机所在位置A与地面点an和dn的水平距离分别为LAan和LAdn，进而根据勾股定理求得无人机所在位置相对于an点上方的垂直距离为HAan，无人机所在位置相对于dn点上方的垂直距离为HAdn，仿地飞行的距离参数为无人机所在位置对地距离HA。
S3、计算机分析模型数据，计算远端区域和近端区域距离和高度；对激光雷达数据远端区进行第一次判断，预存位置和相对高程数据，近端区内对上一位置远端区数据第二次判断；
其中，第一次判断过程如下：
通过计算无人机当前所在位置A点对地距离HA和距离远端an，dn处垂直距离HAan，HAdn，如dn处HAdn等于HA，则当无人机飞到此dn处的高度保持不变，即无人机不发生爬升和下降动作，通过已经计算好dn位置的经度纬度及高程信息，发送给无人机飞控系统控制系统，暂存信息流数据为data(A-dn)；如an处HAan小于HA，则无人机飞到此处时，无人机当前高度应为HA-HAan+HA，既2HA-HAan，在无人机飞到an点前，通过激光雷达系统已经计算好an位置的经度纬度及高程信息，发送给无人机飞控系统控制系统，暂存信息流数据为data(A-an)，告知无人机飞控系统控制系统需要控制无人机进行爬升动作；如an处HAan大于HA，则无人机飞到此处时，无人机当前高度应为HA-HAan+HA，既2HA-HAan，在无人机飞到an点前，通过激光雷达系统已经计算好an位置的经度纬度及高程信息，发送给无人机飞控系统控制系统，暂存信息流数据为data(A-an)，告知无人机飞控系统控制系统需要控制无人机进行下降动作。
近端区内对上一位置远端区数据第二次判断包括：
当需要飞行至下一个位置时，用当前位置的近端计算出信息流数据与上一个位置的远端计算出的信息流数据作比较分析，数据吻合，则执行相应动作，若不吻合，通过当前位置近端计算出的信息流数据做出判断，△H小于仿形固定值HA，则无人机执行巡航并执行爬升动作，△H大于仿形固定值HA，则无人机执行巡航并执行下降动作，△H为无人机航向正前方任意地面点以水平面为法面的法线方向垂直距离当前无人机位置的距离，(△H包括上述的HAan，HBan，HAdn，HBdn)，具体判断过程如下：
如图4所示，当无人机飞行至B点时，激光雷达采集航向前方全部数据，获得最远端地面点bn的直线距离为DBbn，同理，采用TOF原理计算出范围an处的直线距离为DBan，根据激光雷达自身的激光线相对重力方向的夹角βBbn，βBan和βBdn，根据勾股定理可求得水平距离LBbn，LBan和LBdn，根据勾股定理求得飞机在B点位置相对于bn点的垂直距离为HBbn，同理B点位置相对于an点的垂直距离为HBan，B点位置相对于dn点的垂直距离为HBdn，仿地飞行的距离参数为恒定值HA，通过比较计算B点对地距离HA和距离远端bn，an，dn处垂直距离HBbn，HBan和HBdn，发现近端区dn处距离HBdn等于HA，则当无人机飞到此dn处的高度应当保持不变，和无人机在A处远端区域计算的HAdn一致，即数据流信息data(B-dn)和data(A-dn)吻合，此时可判定当无人机飞至dn处时，其经度纬度及高程信息不发生变化，无人机飞控系统控制系统无需控制无人机执行爬升或下降动作；发现an处HBan小于HA，则无人机飞到此处时，无人机当前高度应为HA-HBan+HA，既2HA-HBan，在无人机飞到an点处时，通过激光雷达系统已经计算好an位置的经度纬度及高程信息，发送给无人机飞控系统控制系统，暂存信息流数据为data(B-an)，告知无人机飞控系统控制系统需要控制无人机进行爬升。
S4、根据上述判断确认无人机所需要的执行动作，传输指令令无人机做出相应动作，使飞行高度相对于地表始终保持在固定高度值。
Claims (5)
1.一种利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，其特征在于，包括：
通过传感器激光雷达采集激光雷达数据；
通过雷达内部计算机利用所述激光雷达数据激光进行建模；
计算机分析模型数据，计算远端区域和近端区域距离和高度；对激光雷达数据远端区进行第一次判断，预存位置和相对高程数据，近端区内对上一位置远端区数据第二次判断；
根据上述判断确认无人机所需要的执行动作，传输指令令无人机做出相应动作，使飞行高度相对于地表始终保持在固定高度值。
2.根据权利要求1所述利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，其特征在于：传感器激光雷达采集的激光雷达数据为无人机航向前方全部数据，包括距离无人机所在位置最远的地面点an、无人机所在位置与所述地面点an的直线距离DAan、以及无人机所在位置与所述地面点an范围内的经度纬度及高程信息。
3.根据权利要求2所述利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，其特征在于：所述建模过程包括计算出无人机所在位置与所述地面点an范围内的地面点dn处的直线距离为DAdn，根据激光雷达自身到地面点an和dn的激光线相对于重力方向的夹角分别为αAan和αAdn，求得无人机所在位置A与地面点an和dn的水平距离分别为LAan和LAdn，进而求得无人机所在位置相对于an点上方的垂直距离为HAan，无人机所在位置相对于dn点上方的垂直距离为HAdn，仿地飞行的距离参数为无人机所在位置对地距离HA。
4.根据权利要求3所述利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，其特征在于所述对激光雷达数据远端区进行第一次判断包括：
通过计算无人机当前所在位置A点对地距离HA和距离远端an，dn处垂直距离HAan，HAdn，如dn处HAdn等于HA，则当无人机飞到此dn处的高度保持不变，即无人机不发生爬升和下降动作，通过已经计算好dn位置的经度纬度及高程信息，发送给无人机飞控系统控制系统，暂存信息流数据为data(A-dn)；如an处HAan小于HA，则无人机飞到此处时，无人机当前高度应为HA-HAan+HA，既2HA-HAan，在无人机飞到an点前，通过激光雷达系统已经计算好an位置的经度纬度及高程信息，发送给无人机飞控系统控制系统，暂存信息流数据为data(A-an)，告知无人机飞控系统控制系统需要控制无人机进行爬升动作；如an处HAan大于HA，则无人机飞到此处时，无人机当前高度应为HA-HAan+HA，既2HA-HAan，在无人机飞到an点前，通过激光雷达系统已经计算好an位置的经度纬度及高程信息，发送给无人机飞控系统控制系统，暂存信息流数据为data(A-an)，告知无人机飞控系统控制系统需要控制无人机进行下降动作。
5.根据权利要求3所述利用激光雷达进行无人机仿地飞行的方法，其特征在于所述近端区内对上一位置远端区数据第二次判断包括：
当需要飞行至下一个位置时，用当前位置的近端计算出信息流数据与上一个位置的远端计算出的信息流数据作比较分析，数据吻合，则执行相应动作，若不吻合，通过当前位置近端计算出的信息流数据做出判断，△H小于仿形固定值HA，则无人机执行巡航并执行爬升动作，△H大于仿形固定值HA，则无人机执行巡航并执行下降动作，△H为无人机航向正前方任意地面点以水平面为法面的法线方向垂直距离当前无人机位置的距离。
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