CN111443729B - 无人机的可视导航系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人机导航技术领域，提供了无人机的可视导航系统，包括中央控制模块、无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块，所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块分别与所述中央控制模块连接，所述定位模块用于获取与无人机地面基站以及其他无人机的位置信息；所述姿态传感器用于获取本机的角速度和加速度信息；所述视觉传感器用于获取本机外部环境环境信息，根据外部环境信息与本机地理信息的基准数据进行对比，获取本机的位置信息。本发明的无人机的可视导航系统，在本机与无人机地面基站和其他无人机之间进行信息转发时，能够快速找到最优转发路径，节省信息转发的时间。
Description
技术领域
本发明涉及无人机导航技术领域，具体涉及无人机的可视导航系统。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。目前无人机所采用的定位导航技术主要依赖于全球定位系统(GPS)、无线电导航、以及惯性导航(INS)等技术或其组合，同时，当无人机距离目标无人机或无人机地面基站之间距离较远，无法直接发送到目的节点时，无人机的定位导航系统中就需要通过将信息转发给距离较近的无人机，该无人机经过再次转发给其他无人机，直到达到最终的目的节点。显而易见，不同的转发节点和转发路径所耗费的时间不同，因此，信息转发的过程中选择合适的转发节点，使信息转发所耗费的时间最短尤为重要。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供的无人机的可视导航系统，在本机与无人机地面基站和其他无人机之间进行信息转发时，能够快速找到最优转发路径，节省信息转发的时间。
为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
无人机的可视导航系统，包括中央控制模块、无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块，所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块分别与所述中央控制模块连接，
所述定位模块用于获取与无人机地面基站以及其他无人机的位置信息；
所述姿态传感器用于获取本机的角速度和加速度信息；
所述视觉传感器用于获取本机外部环境环境信息，根据外部环境信息与本机地理信息的基准数据进行对比，获取本机的位置信息；
所述无线收发模块用于接收和发送本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的信息，将接收到的信息发送给中央控制模块，并临时保存中央控制模块的信息，以及选择转发路径；
所述中央控制模块包括信息处理单元和控制单元，所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器分别与所述信息处理单元的输入端连接，所述信息处理单元的输出端分别与所述控制单元和飞行控制模块的输入端连接，所述控制单元的输出端分别与所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器连接，
所述信息处理单元用于接收无线收发模块的信息，并根据无线收发模块的信息向飞行控制模块或控制单元发送控制指令；用于接收定位模块、姿态传感器和视觉传感器的信息，计算本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息，发送给无线收发模块进行临时存储；
所述飞行控制模块用于根据控制指令控制本机的飞行状态；
所述控制单元用于根据控制指令控制无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器；
所述无线收发模块包括存储单元、路径选择单元、信号接收单元和信号发送单元，信号接收单元分别与信息处理单元和存储单元连接，信息处理单元与存储单元连接，存储单元与路径选择单元连接，路径选择单元与信号发送单元连接，信号发送单元与控制单元的输出端连接，
所述信号接收单元用于接收无人机地面基站以及其他无人机发送的信号，并将信号发送给信息处理单元；
所述存储单元用于临时存储本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息；
所述路径选择单元用于根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择耗时最短的信号传输路径；
所述信号发送单元用于根据信号传输的路径选择转发节点。
进一步地，所述姿态传感器包括陀螺仪和角速度传感器。
进一步地，所述定位模块为GPS定位模块。
进一步地，所述信号发送单元为无线信号发送器，所述信号接收单元为无线信号接收器。
进一步地，所述本机的飞行状态包括本机的飞行高度、飞行速度、倾斜角度以及加速度。
进一步地，所述路径选择单元根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择耗时最短的信号传输路径的过程包括：
S01：定位模块获取无人机地面基站和其他无人机的位置信息，视觉传感器获取本机的位置信息，发送给信息处理单元；
S02：信息处理单元接收到无人机地面基站和其他无人机的位置信息以及本机的位置信息，计算后得到本机与无人机地面基站和其他无人机之间的距离信息，并保存在存储单元内，同时发送指令给控制单元，通过控制单元控制信号发送单元发送信息给无人机地面基站或其他无人机；
S03：路径选择单元调用存储单元中本机与无人机地面站和其他无人机之间的距离信息，并将此信息作为Dijkstra算法的路径权值，通过Dijkstra算法寻找下一传输节点，直到到达目的节点。
进一步地，所述存储单元根据本机与其他无人机之间的距离判断是否对其他无人机的信息进行删除，当本机与某一个无人机之间的距离大于设定的阈值，则将该无人机的位置信息进行删除，否则，不删除。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：通过在无人机的可视导航系统中设置中央控制模块、无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块，中央控制模块包括信息处理单元和控制单元，无线收发模块包括存储单元、路径选择单元、信号接收单元和信号发送单元，当本机需要进行飞行状态调整时，通过姿态传感器获取本机的角速度和加速度信息，通过视觉传感器获取本机的位置信息，并通过信号发送单元将本机的位置信息、加速度和角速度信息发送给无人机地面基站，无人机地面基站接收到本机的位置信息、加速度和角速度信息后，根据本机的位置信息、加速度和角速度信息与实际位置的偏差再次发送控制指令，本机的信号接收单元接收到控制指令并经信息处理单元发送控制指令给飞行控制模块，调整本机的飞行状态；当本机有信息需要发送时，通过定位模块获取无人机地面基站与其他无人机的位置信息，通过视觉传感器获取本机的位置信息，经信息处理单元计算后得到本机与无人机地面基站和其他无人机之间的距离信息，并保存在存储单元内，控制单元控制信号发送单元发送信息，路径选择单元根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择信号传输的路径，在本机与无人机地面基站和其他无人机之间进行信息转发时，能够快速找到最优转发路径，节省信息转发的时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明中路径选择单元根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择耗时最短的信号传输路径的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
参阅图1所示，本实施例提供的无人机的可视导航系统，包括中央控制模块、无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块，所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块分别与所述中央控制模块连接，
所述定位模块用于获取与无人机地面基站以及其他无人机的位置信息；
所述姿态传感器用于获取本机的角速度和加速度信息；
所述视觉传感器用于获取本机外部环境环境信息，根据外部环境信息与本机地理信息的基准数据进行对比，获取本机的位置信息，视觉传感器获取本机位置信息的过程为现有技术，故不赘述。
所述无线收发模块用于接收和发送本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的信息，将接收到的信息发送给中央控制模块，并临时保存中央控制模块的信息，以及选择转发路径。
所述中央控制模块包括信息处理单元和控制单元，所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器分别与所述信息处理单元的输入端连接，所述信息处理单元的输出端分别与所述控制单元和飞行控制模块的输入端连接，所述控制单元的输出端分别与所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器连接，
所述信息处理单元用于接收无线收发模块的信息，并根据无线收发模块的信息向飞行控制模块或控制单元发送控制指令，例如，当无线收发模块接收到无人机地面基站发送的调整本机运行状态的控制指令时，信息处理单元向飞行控制模块发送控制指令；当无线收发模块接收到其他无人机的信息需要再次转发时，信息处理单元向控制单元发送控制指令控制无线收发模块进行转发；用于接收定位模块、姿态传感器和视觉传感器的信息，计算本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息，发送给无线收发模块进行临时存储；
所述飞行控制模块用于根据控制指令控制本机的飞行状态；
所述控制单元用于根据控制指令控制无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器；
所述无线收发模块包括存储单元、路径选择单元、信号接收单元和信号发送单元，信号接收单元分别与信息处理单元和存储单元连接，信息处理单元与存储单元连接，存储单元与路径选择单元连接，路径选择单元与信号发送单元连接，信号发送单元与控制单元的输出端连接，
所述信号接收单元用于接收无人机地面基站以及其他无人机发送的信号，并将信号发送给信息处理单元；
所述存储单元用于临时存储本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息；
所述路径选择单元用于根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择耗时最短的信号传输路径；
所述信号发送单元用于根据信号传输的路径选择转发节点。
在实际使用中，通过在无人机的可视导航系统中设置中央控制模块、无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块，中央控制模块包括信息处理单元和控制单元，无线收发模块包括存储单元、路径选择单元、信号接收单元和信号发送单元，当本机需要进行飞行状态调整时，通过姿态传感器获取本机的角速度和加速度信息，通过视觉传感器获取本机的位置信息，并通过信号发送单元将本机的位置信息、加速度和角速度信息发送给无人机地面基站，无人机地面基站接收到本机的位置信息、加速度和角速度信息后，根据本机的位置信息、加速度和角速度信息与实际位置的偏差再次发送控制指令，本机的信号接收单元接收到控制指令并经信息处理单元发送控制指令给飞行控制模块，调整本机的飞行状态；当本机有信息需要发送时，通过定位模块获取无人机地面基站与其他无人机的位置信息，通过视觉传感器获取本机的位置信息，经信息处理单元计算后得到本机与无人机地面基站和其他无人机之间的距离信息，并保存在存储单元内，控制单元控制信号发送单元发送信息，路径选择单元根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择信号传输的路径，在本机与无人机地面基站和其他无人机之间进行信息转发时，能够快速找到最优转发路径，节省信息转发的时间。
在本实施例中，所述姿态传感器包括陀螺仪和角速度传感器，陀螺仪用于获取本机的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，角速度传感器用于获取本机转角加速度的信号。
在本实施例中，所述定位模块为GPS定位模块。
在本实施例中，所述信号发送单元为无线信号发送器，所述信号接收单元为无线信号接收器，通过无线信号发送器和无线信号接收器配合使用，完成无线信号的发送和接收。
在本实施例中，所述本机的飞行状态包括本机的飞行高度、飞行速度、倾斜角度以及加速度。
参阅图2所示，所述路径选择单元根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择耗时最短的信号传输路径的过程包括：
S01：定位模块获取无人机地面基站和其他无人机的位置信息，视觉传感器获取本机的位置信息，发送给信息处理单元；
S02：信息处理单元接收到无人机地面基站和其他无人机的位置信息以及本机的位置信息，计算后得到本机与无人机地面基站和其他无人机之间的距离信息，并保存在存储单元内，同时发送指令给控制单元，通过控制单元控制信号发送单元发送信息给无人机地面基站或其他无人机；
S03：路径选择单元调用存储单元中本机与无人机地面站和其他无人机之间的距离信息，并将此信息作为Dijkstra算法的路径权值，通过Dijkstra算法寻找下一传输节点，直到到达目的节点。
在实际使用中，通过在路径选择单元中使用Dijkstra算法，同时将本机与无人机地面基站和其他无人机之间的距离信息作为Dijkstra算法的路径权值，因数据信息的传输速率基本一致，所以，距离越小，信息传输的耗时越短，距离越大，信息传输的耗时越长，因此，Dijkstra算法找到的最短路径即为本机信息传输耗时最短的路径。
在本实施例中，所述存储单元根据本机与其他无人机之间的距离判断是否对其他无人机的信息进行删除，当本机与某一个无人机之间的距离大于设定的阈值，则将该无人机的位置信息进行删除，否则，不删除。
在实际使用中，由于信号传输过程中会进行衰减，衰减的幅度随着距离的增大为增大，所以，当本机与某一个无人机之间的距离大于设定的阈值时，本机与某一个无人机相互之间进行通信所接收到的信号强度较弱，不利于信息的发送和接收，因此，将该无人机的位置信息删除，相应的本机与该无人机之间的距离信息也删除，节省存储单元的存储空间；另外，阈值可根据实际情况和需求进行设定。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (6)
1.无人机的可视导航系统，其特征在于，包括中央控制模块、无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块，所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器、视觉传感器以及飞行控制模块分别与所述中央控制模块连接，
所述定位模块用于获取与无人机地面基站以及其他无人机的位置信息；
所述姿态传感器用于获取本机的角速度和加速度信息；
所述视觉传感器用于获取本机外部环境环境信息，根据外部环境信息与本机地理信息的基准数据进行对比，获取本机的位置信息；
所述无线收发模块用于接收和发送本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的信息，将接收到的信息发送给中央控制模块，并临时保存中央控制模块的信息，以及选择转发路径；
所述中央控制模块包括信息处理单元和控制单元，所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器分别与所述信息处理单元的输入端连接，所述信息处理单元的输出端分别与所述控制单元和飞行控制模块的输入端连接，所述控制单元的输出端分别与所述无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器连接，
所述信息处理单元用于接收无线收发模块的信息，并根据无线收发模块的信息向飞行控制模块或控制单元发送控制指令；用于接收定位模块、姿态传感器和视觉传感器的信息，计算本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息，发送给无线收发模块进行临时存储；
所述飞行控制模块用于根据控制指令控制本机的飞行状态；
所述控制单元用于根据控制指令控制无线收发模块、定位模块、姿态传感器和视觉传感器；
所述无线收发模块包括存储单元、路径选择单元、信号接收单元和信号发送单元，信号接收单元分别与信息处理单元和存储单元连接，信息处理单元与存储单元连接，存储单元与路径选择单元连接，路径选择单元与信号发送单元连接，信号发送单元与控制单元的输出端连接，
所述信号接收单元用于接收无人机地面基站以及其他无人机发送的信号，并将信号发送给信息处理单元；
所述存储单元用于临时存储本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息；
所述路径选择单元用于根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择耗时最短的信号传输路径；
所述信号发送单元用于根据信号传输的路径选择转发节点；
所述路径选择单元根据本机与无人机地面基站以及其他无人机之间的距离信息选择耗时最短的信号传输路径的过程包括：
S01：定位模块获取无人机地面基站和其他无人机的位置信息，视觉传感器获取本机的位置信息，发送给信息处理单元；
S02：信息处理单元接收到无人机地面基站和其他无人机的位置信息以及本机的位置信息，计算后得到本机与无人机地面基站和其他无人机之间的距离信息，并保存在存储单元内，同时发送指令给控制单元，通过控制单元控制信号发送单元发送信息给无人机地面基站或其他无人机；
S03：路径选择单元调用存储单元中本机与无人机地面站和其他无人机之间的距离信息，并将此信息作为Dijkstra算法的路径权值，通过Dijkstra算法寻找下一传输节点，直到到达目的节点。
2.根据权利要求1所述的无人机的可视导航系统，其特征在于，所述姿态传感器包括陀螺仪和角速度传感器。
3.根据权利要求1所述的无人机的可视导航系统，其特征在于，所述定位模块为GPS定位模块。
4.根据权利要求1所述的无人机的可视导航系统，其特征在于，所述信号发送单元为无线信号发送器，所述信号接收单元为无线信号接收器。
5.根据权利要求1所述的无人机的可视导航系统，其特征在于，所述本机的飞行状态包括本机的飞行高度、飞行速度、倾斜角度以及加速度。
6.根据权利要求1所述的无人机的可视导航系统，其特征在于，所述存储单元根据本机与其他无人机之间的距离判断是否对其他无人机的信息进行删除，当本机与某一个无人机之间的距离大于设定的阈值，则将该无人机的位置信息进行删除，否则，不删除。
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