CN112666964A - 无人机防偏航控制方法、装置、控制设备和无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机防偏航控制方法、装置、控制设备和无人机，涉及无人机技术领域，该方法包括获取目标航线；目标航线包括初始航点；在初始航点处建立预设的转换坐标系，并确定预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息；基于第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息；基于第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度，以便按照目标飞行速度在目标航线上执行无人机飞行任务。本发明较好的提升了无人机防偏航的控制效果，从而提升了无人机沿着目标航线进行飞行的准确性。

Description

无人机防偏航控制方法、装置、控制设备和无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机防偏航控制方法、装置、控制设备和无人机。

背景技术

在无人机快速发展的今天，对于无人机的自动飞行的需求越来越高。而在自动飞行中最常见的是航线飞行，即事先为无人机规划一系列三维空间中的航点，并且会设计好无人机在飞行中的任务，如飞行速度、拍摄的角度、到达航点后停留的时间等。

目前，多旋翼无人机在进行飞行制导时，通常会基于无人机和空间中航线的几何关系进行飞行控制，然而这种控制方法不太便于理解和计算，而且保证无人机严格地与航线重合也比较困难，比较难以取得比较好的控制效果，从而无法顺利完成巡检和拍摄任务，当无人机不能严格按照航线飞行时，对于没有避障功能的无人机甚至容易造成严重的飞行事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机防偏航控制方法、装置、控制设备和无人机，较好的提升了无人机防偏航的控制效果，从而提升了无人机沿着目标航线进行飞行的准确性。

第一方面，本发明提供一种无人机防偏航控制方法，所述方法包括：获取目标航线；所述目标航线包括初始航点；在所述初始航点处建立预设的转换坐标系，并确定所述预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息；基于所述第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二方向信息；基于所述第二方向信息确定所述无人机航线飞行的目标飞行速度，以便按照所述目标飞行速度在所述目标航线上执行无人机飞行任务。

在可选的实施方式中，在获取所述目标航线之前，所述方法还包括：获取无人机位置信息；所述无人机位置信息包括无人机机头朝向；当所述无人机机头朝向与目标拍摄方向不一致时，将所述无人机的机头旋转至目标拍摄方向，以便对无人机执行航向对准操作。

在可选的实施方式中，所述目标航线还包括至少一个目标航点；所述无人机位置信息还包括无人机的当前所处位置；所述预设的转换坐标系的X轴的方向指向无人机在所述当前所处位置的下一个目标航点，Y轴的方向与水平面一致，Z轴满足右手坐标系原则；所述第一方向信息包括第一方向余弦矩阵；所述确定所述预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息的步骤，包括：基于所述目标航线计算所述预设的转换坐标系相对于所述导航坐标系的第一欧拉角；基于所述第一欧拉角计算所述导航坐标系到所述预设的转换坐标系的所述第一方向余弦矩阵。

在可选的实施方式中，所述基于所述目标航线计算所述预设的转换坐标系相对于所述导航坐标系的第一欧拉角的步骤，包括：基于所述无人机的所述当前所处位置和所述目标航线上针对所述无人机的所述当前所处位置的下一个目标航点，计算初始位置偏差；基于所述初始位置偏差计算所述预设的转换坐标系相对于所述导航坐标系的所述第一欧拉角；所述第一欧拉角包括第一俯仰角、第一偏航角和第一翻滚角；所述基于所述第一欧拉角计算所述导航坐标系到所述预设的转换坐标系的第一方向余弦矩阵的步骤，包括：基于所述第一欧拉角包括的第一俯仰角、第一偏航角和第一翻滚角计算所述导航坐标系到所述预设的转换坐标系的所述第一方向余弦矩阵。

在可选的实施方式中，所述第二方向信息包括第二方向余弦矩阵；所述基于所述第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二方向信息的步骤，包括：在所述无人机的所述当前所处位置建立预设的机身水平坐标系，并基于所述第一方向信息计算所述预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二欧拉角；基于所述第二欧拉角计算所述预设的转换坐标系到所述预设的机身水平坐标系的所述第二方向余弦矩阵。

在可选的实施方式中，所述第二欧拉角包括第二俯仰角、第二偏航角和第二翻滚角；所述基于所述第一方向信息计算所述预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二欧拉角的步骤，包括：基于所述第一欧拉角的所述第一俯仰角计算所述预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二欧拉角；所述基于所述第二欧拉角计算所述预设的转换坐标系到所述预设的机身水平坐标系的第二方向余弦矩阵的步骤，包括：基于所述第二俯仰角、所述第二偏航角和所述第二翻滚角计算所述预设的转换坐标系到所述预设的机身水平坐标系的所述第二方向余弦矩阵。

在可选的实施方式中，所述基于所述第二方向信息确定所述无人机航线飞行的目标飞行速度的步骤，包括：基于所述初始位置偏差和预设的比例系数计算预设的转换坐标系的期望飞行速度；基于所述预设的转换坐标系的期望飞行速度和所述第二方向余弦矩阵计算无人机在所述预设的机身水平坐标系下的所述目标飞行速度。

第二方面，本发明提供一种无人机防偏航控制装置，所述装置包括：航线获取模块，用于获取目标航线；所述目标航线包括初始航点；第一方向确定模块，用于在所述初始航点处建立预设的转换坐标系，并确定所述预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息；第二方向确定模块，用于基于所述第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二方向信息；飞行速度确定模块，用于基于所述第二方向信息确定所述无人机航线飞行的目标飞行速度，以便按照所述目标飞行速度在所述目标航线上执行无人机飞行任务。

第三方面，本发明提供一种控制设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现前述实施方式任一项所述的无人机防偏航控制方法。

第四方面，本发明提供一种无人机，所述无人机包括前述实施方式所述的控制设备。

本发明提供的无人机防偏航控制方法、装置、控制设备和无人机，该方法首先获取目标航线，其中，目标航线包括初始航点。然后在目标航线的初始航点建立预设的转换坐标系，并确定预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息，进而基于第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息，最终基于第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度，以便按照目标飞行速度在目标航线上执行无人机飞行任务。上述方式通过确定预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息，并进而基于第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息，可以通过坐标系的转换，确定与目标航线相关的导航坐标系与预设的机身水平坐标系之间的方向关系，进而根据转换得到的第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度。通过与目标航线相关的导航坐标系以及预设的机身水平坐标系之间的方向关系通过预设的转换坐标系进行对应的转换，从而可以在机身坐标系方向很好的进行航线的控制，可以较好的提升了无人机防偏航的控制效果，从而提升了无人机沿着目标航线进行飞行的准确性。

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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无人机防偏航控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种导航坐标系和目标航线的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种预设的转换坐标系的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种预设的机身水平坐标系的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种无人机防偏航控制装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种控制设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

考虑到目前现在的多旋翼无人机在执行航线时，多会基于无人机和空间中航线的几何关系进行控制，这种控制方法不太便于理解和计算，而且对于无人机严格地与航线重合比较困难。当无人机不能严格按照航线飞行时，容易碰撞到事先没有规划的障碍物。基于此，本发明实施例提供了一种无人机防偏航控制方法、装置、控制设备和无人机，较好的提升了无人机防偏航的控制效果，从而提升了无人机沿着目标航线进行飞行的准确性。

为便于理解，首先对本发明实施例的一种无人机防偏航控制方法进行详细说明，参见图1所示的一种无人机防偏航控制方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤S102至步骤S108：

步骤S102，获取目标航线。

目标航线为无人机在执行飞行任务时的预先设定的航线，通常包括有至少两个航点，也即目标航线包括初始航点，以及除初始航点以外的至少一个目标航点。

步骤S104，在初始航点处建立预设的转换坐标系，并确定预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息。

在一种实施方式中，初始航点为当前无人机需要进行航线飞行的初始航点。可以理解的是，当目标航线上包括多个航点时，无人机会按照多个航点的顺序进行依次航线飞行，则该初始航点并非仅是无人机第一次起飞时的航点，而是每次在飞往下一个航点时的相邻两个航点之间的初始航点。

在一种实施方式中，该预设的转换坐标系的X轴的方向指向无人机在当前所处位置的下一个目标航点，也即由上述确定的初始航点指向与初始航点相邻的下一个目标航点，Y轴的方向与水平面一致，Z轴满足右手坐标系原则。

导航坐标系也即北东地参考坐标系，也可以用E坐标系表示。通常，航点的坐标是通过E坐标系进行表示的。第一方向信息也即建立的预设的转换坐标系相对于导航坐标系的方向偏转，在一种实施方式中，第一方向信息可以通过E坐标系到预设的转换坐标系的方向余弦矩阵进行表征。

步骤S106，基于第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息。

预设的机身坐标系也即以无人机作为原点，以机头方向作为X轴的方向，机身右侧作为Y轴的方向，Z轴的方向指向地面的坐标系。为便于理解，该预设的机身坐标系诸如可以理解为当通过遥控控制无人机进行飞行时，按键向前则为机身坐标系的X轴方向，按键向右则为机身坐标系的Y轴方向，按键向下则为机身坐标系的Z轴方向。

在一种实施方式中，第二方向信息可以通过预设的转换坐标系到预设的机身坐标系的方向预先矩阵进行表征。当确定第一方向信息后，由于预设的机身坐标系的原点和预设的转换坐标系的原点均为无人机，则可以根据上述计算得到的第一方向信息进一步计算得到预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息。

步骤S108，基于第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度，以便按照目标飞行速度在目标航线上执行无人机飞行任务。

当确定第二方向信息后，可以得到预设的机身坐标系相当于E坐标系的方向，也即可以通过控制无人机按照预设的机身坐标系的方向根据目标航线进行航线飞行，进而通过第二方向信息确定目标飞行速度，则可以使无人机按照目标飞行速度在目标航线上执行无人机飞行任务。

本发明实施例通过确定预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息，并进而基于第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息，可以通过坐标系的转换，确定与目标航线相关的导航坐标系与预设的机身水平坐标系之间的方向关系，进而根据转换得到的第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度。通过与目标航线相关的导航坐标系以及预设的机身水平坐标系之间的方向关系通过预设的转换坐标系进行对应的转换，从而可以在机身坐标系方向很好的进行航线的控制，可以较好的提升了无人机防偏航的控制效果，从而提升了无人机沿着目标航线进行飞行的准确性。

在一种实施方式中，本发明实施例的方法可以包括航向对准阶段、初始化阶段和运行阶段三个阶段，航向对准阶段可以设置在获取目标航线之前，具体的，航向对准时可以首先获取无人机位置信息，该无人机位置信息诸如可以包括无人机机头朝向，当无人机机头朝向与目标拍摄方向不一致时，则将无人机的机头旋转至目标拍摄方向对无人机执行航向对准操作。

在进行航向对准之后，可以进入初始化阶段，为便于理解，图2示出一种导航坐标系和目标航线的示意图，该导航坐标系为北东地坐标系（也即E坐标系），其中，AB为目标航线，当无人机从航点A飞到航点B时，无人机的初始位置在航点A，也即A点pos_fb_ef = [x_a_ef, y_a_ef, z_a_ef]’为目标航线的初始航点（也可以称为初始反馈位置），B点pos_exp_ef = [x_b_ef, y_b_ef, z_b_ef]’为目标航线的目标航点（也可以成为期望位置）。通过初始反馈位置和期望位置可以得到初始位置偏差pos_error_ef = [x_b_ef - x_a_ef,y_b_ef - y_a_ef, z_b_ef - z_a_ef]’。

在一种实施方式中，目标航线还包括至少一个目标航点，也即，对于图2所示的B点，目标航线上可以包括至少一个，对于存在两个或两个以上的目标航点时，则通过多次执行本实施例的方法计算目标飞行速度即可。上述无人机位置信息还包括无人机的当前所处位置，在执行初始化操作时，无人机的当前所处位置则为无人机的初始位置，此时无人机的当前所处位置也即位于目标航线的初始航点。当目标航线包括两个或以上的目标航点时，无人机的当前所处位置也可以为目标航点，此时图2中所示的目标航线A和B则分别为目标航点和该目标航点相邻的下一个目标航点。

上述预设的转换坐标系可以参见图3所示，其中，目标航线的A点为预设的转换坐标系（也可以成为G（Goal）坐标系）的原点O_gf，预设的转换坐标系G坐标系的x轴x_gf由A点指向B点，y轴y_gf与水平面重合，z轴z_gf满足右手坐标系原则，上述第一方向信息包括第一方向余弦矩阵，在建立确定预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息时，可以包括以下步骤1和2：

步骤1，基于目标航线计算预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一欧拉角。第一欧拉角也即G坐标系相对于E坐标系的欧拉角，第一欧拉角包括第一俯仰角、第一偏航角和第一翻滚角。该步骤还可以包括步骤1.1和步骤1.2：

步骤1.1，基于无人机的当前所处位置和目标航线上针对无人机的当前所处位置的下一个目标航点，计算初始位置偏差。在一种实施方式中，无人机的当前所处位置和目标航线上针对无人机的当前所处位置的下一个目标航点可以分别为图3中所示的A点和B点，初始位置偏差也即上述pos_error_ef=[pos_error_ef[x],pos_error_ef[y],pos_error_ef[z]]=[x_b_ef-x_a_ef, y_b_ef - y_a_ef, z_b_ef - z_a_ef]’。

步骤1.2，基于初始位置偏差计算预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一欧拉角。在一种实施方式中，可以通过以下公式表示：

roll_e2g = 0.0f；

pitch_e2g=atan2(-pos_error_ef[z],norm([pos_error_ef[x],pos_error_ef[y]]))；

yaw_e2g = atan2(pos_error_ef[y], pos_error_ef[x])；

其中，pitch_e2g为第一俯仰角；yaw_e2g 为第一偏航角；roll_e2g为第一翻滚角（为0）；pos_error_ef[x]为X轴方向的初始位置偏差；pos_error_ef[y]为Y轴方向的初始位置偏差；pos_error_ef[z]为Z轴方向的初始位置偏差。

步骤2，基于第一欧拉角计算导航坐标系到预设的转换坐标系的第一方向余弦矩阵。在计算第一方向余弦矩阵时，诸如可以基于第一欧拉角包括的第一俯仰角、第一偏航角和第一翻滚角计算导航坐标系到预设的转换坐标系的第一方向余弦矩阵，在一种具体的实施方式中，可以通过dcm_e2g = euler2dcm(roll_e2g, pitch_e2g, yaw_e2g)计算，其中，dcm_e2g为第一方向余弦矩阵，euler2dcm为计算方向余弦矩阵函数。

与上述第一方向信息类似，第二方向信息可以为第二方向余弦矩阵，则在基于第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息时，可以包括以下步骤A和B：

步骤A，在无人机的当前所处位置建立预设的机身水平坐标系，并基于第一方向信息计算预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二欧拉角，第二欧拉角包括第二俯仰角、第二偏航角和第二翻滚角。其中，预设的机身水平坐标系（也可以称为L（Level）坐标系）可以参见图4所示，L坐标系的原点位于机身所在位置，也即无人机的当前所处位置，图4中L坐标系的原点与G坐标系的原点重合，L坐标系的X轴x_lf、Y轴y_lf均为水平，Y轴指向X轴的右侧，Z轴竖直向下。在一种实施方式中，当X轴指向无人机的机头方向时，Y轴指向无人机的正右侧。在基于第一方向信息计算预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二欧拉角时，可以基于第一欧拉角的第一俯仰角计算预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二欧拉角，也即：

roll_g2l = (-pitch_e2g) * sin(theta)；

pitch_g2l = (-pitch_e2g) * cos(theta)；

yaw_g2l = theta；

其中，pitch_g2l为第二俯仰角；yaw_g2l第二偏航角；roll_g2l为第二翻滚角；为pitch_e2g为第一俯仰角；theta为无人机拍摄方向（机头朝向）相对于航线的相对偏航为theta，theta为0 <= theta < 2 * pi。

步骤B，基于第二欧拉角计算预设的转换坐标系到预设的机身水平坐标系的第二方向余弦矩阵。在一种实施方式中，预设的转换坐标系到预设的机身水平坐标系的第二方向预先矩阵可以基于上述计算的到的第二俯仰角、第二偏航角和第二翻滚角进行计算。

在计算得到第二方向信息后，可以基于第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度，具体可以包括以下步骤（1）至步骤（3）：

步骤（1），基于初始位置偏差和预设的比例系数计算预设的转换坐标系的期望飞行速度。预设的转换坐标系的期望飞行速度也即根据无人机在G坐标系下的期望飞行速度，诸如可以采用PID算法（Proportion Integral Differential，PID），通过速度来消除位置偏差，以得到在G坐标系的预设的转换坐标系的期望飞行速度。可以理解的是，无人机在实际飞行时，每个方向都有一定的飞行速度阈值，需要满足每个方向的飞行速度不超过阈值，因此，当有某个方向的实际速度超出该方向的速度阈值后，会根据超出的部分进行三个方向（X方向、Y方向、Z方向）的等比例缩放。诸如，当X轴和Y轴方向的速度阈值均为15m/s，Z轴方向的速度阈值为5m/s，实际计算得到的速度为X轴方向的速度为12m/s，Y轴方向的速度为10m/s，Z轴方向的速度为10m/s，此时Z轴超过了速度阈值，因此在计算预设的转换坐标系的期望飞行速度时需要进行调整。在一种实施方式中，可以将Z轴的速度乘以比例系数0.5，则Z轴可以满足速度阈值，此时也需将X轴和Y轴进行等比例调整，同样乘以比例系数0.5，得到了X轴方向的速度为6m/s，Y轴方向的速度为5m/s，也即得到满足速度阈值的预设的转换坐标系的期望飞行速度。

此外，由于无人机在初始阶段会有比较大的位置偏差，因此在计算期望速度时需要加入平滑，保证速度是缓慢加快的，并且在G坐标系的飞行速度要加限制，不能超过设定的航线飞行速度。在一种实施方式中，平滑加入的方式可以通过增加加速度的方式进行实现。

步骤（2），基于预设的转换坐标系的期望飞行速度和第二方向余弦矩阵计算无人机在预设的机身水平坐标系下的目标飞行速度。在一种实施方式中，目标飞行速度也可以称为无人机在L坐标系下的期望飞行速度，用vel_exp_lf表示，诸如可以通过vel_exp_lf =dcm_g2l * vel_exp_gf计算，其中，vel_exp_lf为L坐标系下的期望飞行速度（也即目标飞行速度），dcm_g2l为第二方向余弦矩阵，vel_exp_gf为预设的转换坐标系的期望飞行速度。

需要注意的是，vel_exp_lf的x和y方向的速度不能超过max_vel_xy_lf（也即A点到B点飞行时的最大水平飞行速度），z方向的速度不能超过max_vel_z_lf（可以根据实际的无人机情况进行设定），当超过时，为保证飞行轨迹，需要三个方向速度同时等比例缩小。在一种实施方式中，A点到B点飞行时的最大水平飞行速度可以通过公式max_vel_xy_lf =MAX(MIN(v * cos(pitch_g2l), max_vel_z / abs(tan(pitch_g2l)), max_vel_xy),min_vel_xy_lf)表示，其中，v * cos(pitch_g2l)为设置的航线速度在水平面上的速度分量，max_vel_z / abs(tan(pitch_g2l))为最大垂向速度在水平面对应的速度，max_vel_xy为无人机在水平方向上能达到的最大飞行速度，上述公式也即要求A点到B点飞行时的最大水平飞行速度max_vel_xy_lf需要满足：（1）不能超过航线设置的速度在水平面上的速度分量；(2) 不能超过最大垂向速度在水平面对应的速度；(3) 不能超过无人机在水平面上能达到的最大速度。并且为了能够保证一定的抗风性，最大水平飞行速度不能过小，要大于min_vel_xy_lf。

综上，本发明实施例提供的无人机防偏航控制方法，上述确定无人机航线飞行的目标飞行速度的方式，使得通过与目标航线相关的导航坐标系以及预设的机身水平坐标系之间的方向关系通过预设的转换坐标系进行对应的转换，从而可以在机身坐标系方向很好的进行航线的控制，可以较好的提升了无人机防偏航的控制效果，从而提升了无人机沿着目标航线进行飞行的准确性。

本发明还提供一种无人机防偏航控制装置，参见图5所示的一种无人机防偏航控制装置的结构示意图，该装置包括以下部分：

航线获取模块502，用于获取目标航线；目标航线包括初始航点；

第一方向确定模块504，用于在初始航点处建立预设的转换坐标系，并确定预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息；

第二方向确定模块506，用于基于第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息；

飞行速度确定模块508，用于基于第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度，以便按照目标飞行速度在目标航线上执行无人机飞行任务。

本发明实施例提供的无人机防偏航控制装置，通过确定预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息，并进而基于第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二方向信息，可以通过坐标系的转换，确定与目标航线相关的导航坐标系与预设的机身水平坐标系之间的方向关系，进而根据转换得到的第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度。通过与目标航线相关的导航坐标系以及预设的机身水平坐标系之间的方向关系通过预设的转换坐标系进行对应的转换，从而可以在机身坐标系方向很好的进行航线的控制，可以较好的提升了无人机防偏航的控制效果，从而提升了无人机沿着目标航线进行飞行的准确性。

在一种实施方式中，上述装置还包括：航向对准模块，用于获取无人机位置信息；无人机位置信息包括无人机机头朝向；当无人机机头朝向与目标拍摄方向不一致时，将无人机的机头旋转至目标拍摄方向，以便对无人机执行航向对准操作。

在一种实施方式中，目标航线还包括至少一个目标航点；无人机位置信息还包括无人机的当前所处位置；预设的转换坐标系的X轴的方向指向无人机在当前所处位置的下一个目标航点，Y轴的方向与水平面一致，Z轴满足右手坐标系原则；第一方向信息包括第一方向余弦矩阵；上述第一方向确定模块504，还用于基于目标航线计算预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一欧拉角；基于第一欧拉角计算导航坐标系到预设的转换坐标系的第一方向余弦矩阵。

在一种实施方式中，上述第一方向确定模块504，还用于基于无人机的当前所处位置和目标航线上针对无人机的当前所处位置的下一个目标航点，计算初始位置偏差；基于初始位置偏差计算预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一欧拉角；第一欧拉角包括第一俯仰角、第一偏航角和第一翻滚角；基于第一欧拉角包括的第一俯仰角、第一偏航角和第一翻滚角计算导航坐标系到预设的转换坐标系的第一方向余弦矩阵。

在一种实施方式中，第二方向信息包括第二方向余弦矩阵；上述第二方向确定模块506，还用于在无人机的当前所处位置建立预设的机身水平坐标系，并基于第一方向信息计算预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二欧拉角；基于第二欧拉角计算预设的转换坐标系到预设的机身水平坐标系的第二方向余弦矩阵。

在一种实施方式中，第二欧拉角包括第二俯仰角、第二偏航角和第二翻滚角；上述第二方向确定模块506，还用于基于第一欧拉角的第一俯仰角计算预设的机身水平坐标系相对于预设的转换坐标系的第二欧拉角；基于第二俯仰角、第二偏航角和第二翻滚角计算预设的转换坐标系到预设的机身水平坐标系的第二方向余弦矩阵。

在一种实施方式中，上述飞行速度确定模块，还用于基于初始位置偏差和预设的比例系数计算预设的转换坐标系的期望飞行速度；基于预设的转换坐标系的期望飞行速度和第二方向余弦矩阵计算无人机在预设的机身水平坐标系下的目标飞行速度。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明实施例提供了一种控制设备，具体的，该控制设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被所述处理器运行时执行如上所述实施方式的任一项所述的方法。

图6为本发明实施例提供的一种控制设备的结构示意图，该控制设备100包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。

处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例提供了一种无人机，无人机包括上述实施例的控制设备，通过包括的控制设备执行无人机防偏航的方法，较好的提升了无人机防偏航的控制效果，从而提升了无人机沿着目标航线进行飞行的准确性。

本发明实施例所提供的无人机防偏航控制方法、装置、控制设备和无人机的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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 (10)

1.一种无人机防偏航控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取目标航线；所述目标航线包括初始航点；

在所述初始航点处建立预设的转换坐标系，并确定所述预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息；

基于所述第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二方向信息；

基于所述第二方向信息确定无人机航线飞行的目标飞行速度，以便按照所述目标飞行速度在所述目标航线上执行无人机飞行任务。

2.根据权利要求1所述的无人机防偏航控制方法，其特征在于，在获取所述目标航线之前，所述方法还包括：

获取无人机位置信息；所述无人机位置信息包括无人机机头朝向；

当所述无人机机头朝向与目标拍摄方向不一致时，将所述无人机的机头旋转至目标拍摄方向，以便对无人机执行航向对准操作。

3.根据权利要求1所述的无人机防偏航控制方法，其特征在于，所述目标航线还包括至少一个目标航点；所述无人机位置信息还包括无人机的当前所处位置；所述预设的转换坐标系的X轴的方向指向无人机在所述当前所处位置的下一个目标航点，Y轴的方向与水平面一致，Z轴满足右手坐标系原则；所述第一方向信息包括第一方向余弦矩阵；

所述确定所述预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息的步骤，包括：

基于所述目标航线计算所述预设的转换坐标系相对于所述导航坐标系的第一欧拉角；

基于所述第一欧拉角计算所述导航坐标系到所述预设的转换坐标系的所述第一方向余弦矩阵。

4.根据权利要求3所述的无人机防偏航控制方法，其特征在于，所述基于所述目标航线计算所述预设的转换坐标系相对于所述导航坐标系的第一欧拉角的步骤，包括：

基于所述无人机的所述当前所处位置和所述目标航线上针对所述无人机的所述当前所处位置的下一个目标航点，计算初始位置偏差；

基于所述初始位置偏差计算所述预设的转换坐标系相对于所述导航坐标系的所述第一欧拉角；所述第一欧拉角包括第一俯仰角、第一偏航角和第一翻滚角；

所述基于所述第一欧拉角计算所述导航坐标系到所述预设的转换坐标系的第一方向余弦矩阵的步骤，包括：

基于所述第一欧拉角包括的第一俯仰角、第一偏航角和第一翻滚角计算所述导航坐标系到所述预设的转换坐标系的所述第一方向余弦矩阵。

5.根据权利要求4所述的无人机防偏航控制方法，其特征在于，所述第二方向信息包括第二方向余弦矩阵；所述基于所述第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二方向信息的步骤，包括：

在所述无人机的所述当前所处位置建立预设的机身水平坐标系，并基于所述第一方向信息计算所述预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二欧拉角；

基于所述第二欧拉角计算所述预设的转换坐标系到所述预设的机身水平坐标系的所述第二方向余弦矩阵。

6.根据权利要求5所述的无人机防偏航控制方法，其特征在于，所述第二欧拉角包括第二俯仰角、第二偏航角和第二翻滚角；

所述基于所述第一方向信息计算所述预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二欧拉角的步骤，包括：基于所述第一欧拉角的所述第一俯仰角计算所述预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二欧拉角；

所述基于所述第二欧拉角计算所述预设的转换坐标系到所述预设的机身水平坐标系的第二方向余弦矩阵的步骤，包括：基于所述第二俯仰角、所述第二偏航角和所述第二翻滚角计算所述预设的转换坐标系到所述预设的机身水平坐标系的所述第二方向余弦矩阵。

7.根据权利要求6所述的无人机防偏航控制方法，其特征在于，所述基于所述第二方向信息确定所述无人机航线飞行的目标飞行速度的步骤，包括：

基于所述初始位置偏差和预设的比例系数计算预设的转换坐标系的期望飞行速度；

基于所述预设的转换坐标系的期望飞行速度和所述第二方向余弦矩阵计算无人机在所述预设的机身水平坐标系下的所述目标飞行速度。

8.一种无人机防偏航控制装置，其特征在于，所述装置包括：

航线获取模块，用于获取目标航线；所述目标航线包括初始航点；

第一方向确定模块，用于在所述初始航点处建立预设的转换坐标系，并确定所述预设的转换坐标系相对于导航坐标系的第一方向信息；

第二方向确定模块，用于基于所述第一方向信息确定预设的机身水平坐标系相对于所述预设的转换坐标系的第二方向信息；

飞行速度确定模块，用于基于所述第二方向信息确定所述无人机航线飞行的目标飞行速度，以便按照所述目标飞行速度在所述目标航线上执行无人机飞行任务。

9.一种控制设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1至7任一项所述的无人机防偏航控制方法。

10.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括权利要求9所述的控制设备。

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