CN112947510A - 用于飞行模拟的系统和方法 - Google Patents

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CN112947510A CN202110103795.9A CN202110103795A CN112947510A CN 112947510 A CN112947510 A CN 112947510A CN 202110103795 A CN202110103795 A CN 202110103795A CN 112947510 A CN112947510 A CN 112947510A
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李顺年
陈超彬
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Abstract

本发明提供了用于训练用户在环境中控制无人飞行器(UAV)的系统和方法。所述系统和方法提供一种模拟环境，用以在虚拟环境中控制UAV。所述虚拟环境与真实飞行环境非常相似。用以传输飞行命令和接收飞行状态数据的控制器既可用于模拟操作模式又可用于飞行操作模式。

Description

用于飞行模拟的系统和方法
背景技术
诸如无人飞行器(UAV)等飞行器可以沿着规定的路线行进。UAV可以完全地或部分地由该UAV机外的用户来控制。用户可以使用模拟来练习控制UAV，所述模拟响应于来自用户的飞行控制命令而在模拟环境中描绘UAV。
学习控制UAV可能是困难的。不能正确控制UAV可能会导致对UAV的损坏。修理对UAV的损坏可能既费时又昂贵，因此在没有损坏真实UAV的风险的虚拟环境中教导用户控制UAV可能是有利的。
发明内容
需要提供一种在模拟环境中训练用户控制无人飞行器(UAV)的飞行的方法。本文提供了用来生成用于飞行和控制无人飞行器的动作的模拟的虚拟环境的系统和方法。所述模拟使用与在该无人飞行器的真实飞行中所使用的相同的遥控器，使得用户可以在虚拟环境中熟悉控制功能和灵敏度，并将这些因素直接转化为无人飞行器的真实飞行。提供一种飞行控制系统以处理来自虚拟传感器的数据并将该数据传输至模拟。该飞行控制系统可以是与真实飞行中所使用的飞行控制系统相同的飞行控制系统。物理模型可以计算对来自用户的飞行控制输入的响应，并且将该响应提供至虚拟传感器以生成虚拟传感器测量。飞行控制系统可以通过直接连接或间接连接而将飞行状态数据传送至显示设备。该显示设备可以通过图像和/或文本显示而将飞行状态数据提供给用户。显示设备可以将飞行状态数据提供给用户，并且使用软件应用程序(即，“app”)而与遥控器和飞行控制系统中之一或全部两者通信。飞行控制系统可以位于无人飞行器上或位于显示设备上。
本发明的一个方面涉及一种操作无人飞行器(UAV)的方法。该方法可以包括：接收指示出所述无人飞行器是处于飞行模式还是模拟模式中的无人飞行器模式信号；在所述无人飞行器机载的飞行控制系统处接收来自遥控器的飞行控制数据；以及在所述飞行控制系统处响应于来自所述遥控器的所述飞行控制数据而生成飞行数据。(1)当所述无人飞行器处于飞行模式时，可以将所述飞行数据传送至所述无人飞行器的一个或多个动力单元，并且(2)当所述无人飞行器处于模拟模式时，可以不将所述飞行数据传送至所述无人飞行器的所述一个或多个动力单元。
在一些实施方式中，所述无人飞行器模式信号可以是从包括视觉显示器的显示设备提供的。所述显示设备可以是移动设备。所述视觉显示器可被配置用于当所述无人飞行器处于模拟模式时示出所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。
在一些情况下，所述无人飞行器模式信号可以从所述遥控器提供。所述无人飞行器模式信号可以由与所述无人飞行器的硬件进行交互的用户提供。所述无人飞行器可以将所述飞行模式作为默认模式，并且所述无人飞行器模式信号可以指示出向所述模拟模式改变。所述无人飞行器模式信号可以提供至输出切换器，所述输出切换器被配置用于确定是否将所述飞行数据传送至所述一个或多个动力单元。所述输出切换器可以当所述无人飞行器处于飞行模式时，将所述飞行数据传送至所述一个或多个动力单元。
在一些实施方式中，所述输出切换器可以将所述飞行数据传送至物理模型，所述物理模型包含关于所述无人飞行器的物理参数信息。所述物理模型可以响应于所述飞行数据而提供物理模拟数据。关于所述无人飞行器的所述物理参数信息可以包括所述无人飞行器的尺寸。关于所述无人飞行器的所述物理参数信息可以包括所述无人飞行器的空气动力性质。
所述物理模拟数据可以提供至一个或多个虚拟传感器，所述虚拟传感器被配置用于基于所述物理模拟数据而生成虚拟传感器数据。所述虚拟传感器数据可以提供至惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息并将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。所述惯性测量单元可被配置用于接收真实传感器数据并从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并且将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。所述飞行控制系统可以当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，将模拟飞行数据传送至包括视觉显示器的显示设备。
本发明的另一方面涉及一种无人飞行器(UAV)。所述无人飞行器可以包括：接收器，其被配置用于接收指示出所述无人飞行器是处于飞行模式还是模拟模式中的无人飞行器模式信号；飞行控制系统，其被配置用于(1)接收来自遥控器的飞行控制数据，以及(2)响应于所述飞行控制数据而生成飞行数据；以及一个或多个动力单元，其被配置用于(1)当所述无人飞行器处于飞行模式时，致动并允许所述无人飞行器的飞行，或者(2)当所述无人飞行器处于模拟模式时，保持休眠并且不允许所述无人飞行器的飞行。
在一些实施方式中，所述无人飞行器模式信号可以是从包括视觉显示器的显示设备提供的。所述显示设备可以是移动设备。所述视觉显示器可被配置用于当所述无人飞行器处于模拟模式时示出所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。
在一些情况下，所述无人飞行器模式信号可以从所述遥控器提供。所述无人飞行器模式信号可以由与所述无人飞行器的硬件进行交互的用户提供。所述无人飞行器可以将所述飞行模式作为默认模式，并且所述无人飞行器模式信号可以指示出向所述模拟模式改变。所述无人飞行器模式信号可以提供至输出切换器，所述输出切换器被配置用于确定是否将所述飞行数据传送至所述一个或多个动力单元。所述输出切换器可以当所述无人飞行器处于飞行模式时，将所述飞行数据传送至所述一个或多个动力单元。
在一些实施方式中，所述输出切换器可以将所述飞行数据传送至一物理模型，所述物理模型包含关于所述无人飞行器的物理参数信息。所述物理模型可以响应于所述飞行数据而提供物理模拟数据。关于所述无人飞行器的所述物理参数信息可以包括所述无人飞行器的尺寸。关于所述无人飞行器的所述物理参数信息可以包括所述无人飞行器的空气动力性质。
所述物理模拟数据可以被提供至一个或多个虚拟传感器，所述虚拟传感器被配置用于基于所述物理模拟数据而生成虚拟传感器数据。所述虚拟传感器数据可以被提供至惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息并将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。所述惯性测量单元可被配置用于接收真实传感器数据并从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并且将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述飞行控制系统可以将模拟飞行数据传送至包括视觉显示器的显示设备。
本发明的另一方面涉及一种操作无人飞行器(UAV)的方法，所述方法包括：接收指示出所述无人飞行器是处于飞行模式还是模拟模式的无人飞行器模式信号；在所述无人飞行器机载的飞行控制系统处接收来自遥控器的飞行控制数据；以及在所述飞行控制系统处基于下列各项而生成飞行数据：(1)来自所述遥控器的所述飞行控制数据，以及(2)下列各项中之一：(a)当所述无人飞行器处于所述飞行模式时，由所述无人飞行器机载的物理传感器收集的真实传感器数据，或者(b)当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，由一个或多个处理器生成的虚拟传感器数据。
在一些实施方式中，所述无人飞行器模式信号可以是从包括视觉显示器的显示设备提供的。所述显示设备可以是移动设备。所述视觉显示器可被配置用于：当所述无人飞行器处于模拟模式时，示出所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。
在一些情况下，所述无人飞行器模式信号可以从所述遥控器提供。所述无人飞行器模式信号可以由与所述无人飞行器的硬件进行交互的用户提供。所述无人飞行器可以将所述飞行模式作为默认模式，并且所述无人飞行器模式信号可以指示出向所述模拟模式改变。所述无人飞行器模式信号可以提供至输出切换器，所述输出切换器被配置用于确定是否将所述飞行数据传送至所述一个或多个动力单元。所述输出切换器可以当所述无人飞行器处于飞行模式时，将所述飞行数据传送至所述一个或多个动力单元。
在一些实施方式中，所述输出切换器可以将所述飞行数据传送至物理模型，所述物理模型包含关于所述无人飞行器的物理参数信息。所述物理模型可以响应于所述飞行数据而提供物理模拟数据。关于所述无人飞行器的所述物理参数信息可以包括所述无人飞行器的尺寸。关于所述无人飞行器的所述物理参数信息可以包括所述无人飞行器的空气动力性质。
所述物理模拟数据可以提供至一个或多个虚拟传感器，所述虚拟传感器被配置用于基于所述物理模拟数据而生成虚拟传感器数据。所述虚拟传感器数据可以提供至惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息并将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。所述惯性测量单元可被配置用于接收真实传感器数据并从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并且将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。所述飞行控制系统可以当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，将模拟飞行数据传送至包括视觉显示器的显示设备。
本发明的另一方面可以提供一种无人飞行器(UAV)，包括：接收器，其被配置用于接收指示出所述无人飞行器是处于飞行模式还是模拟模式的无人飞行器模式信号；一个或多个传感器，其被配置用于收集真实传感器数据；飞行控制系统，其被配置用于(1)接收来自遥控器的飞行控制数据，以及(2)响应于下列各项而生成飞行数据：(a)所述飞行控制数据，以及(b)下列各项中之一：(i)当所述无人飞行器处于飞行模式时，所述真实传感器数据，或者(ii)当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，由一个或多个处理器生成的虚拟传感器数据。
在一些实施方式中，所述无人飞行器模式信号可以是从包括视觉显示器的显示设备提供的。所述显示设备可以是移动设备。所述视觉显示器可被配置用于当所述无人飞行器处于模拟模式时示出所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。
在一些情况下，所述无人飞行器模式信号可以从所述遥控器提供。所述无人飞行器模式信号可以由与所述无人飞行器的硬件进行交互的用户提供。所述无人飞行器可以将所述飞行模式作为默认模式，并且所述无人飞行器模式信号可以指示出向所述模拟模式改变。所述无人飞行器模式信号可以提供至输出切换器，所述输出切换器被配置用于确定是否将所述飞行数据传送至所述一个或多个动力单元。所述输出切换器可以当所述无人飞行器处于飞行模式时，将所述飞行数据传送至所述一个或多个动力单元。
在一些实施方式中，所述输出切换器可以将所述飞行数据传送至一物理模型，所述物理模型包含关于所述无人飞行器的物理参数信息。所述物理模型可以响应于所述飞行数据而提供物理模拟数据。关于所述无人飞行器的所述物理参数信息可以包括所述无人飞行器的尺寸。关于所述无人飞行器的所述物理参数信息可以包括所述无人飞行器的空气动力性质。
所述物理模拟数据可以提供至一个或多个虚拟传感器，所述虚拟传感器被配置用于基于所述物理模拟数据而生成虚拟传感器数据。所述虚拟传感器数据可以提供至惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息并将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。所述惯性测量单元可被配置用于接收真实传感器数据并从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并且将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。所述飞行控制系统可以当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，将模拟飞行数据传送至包括视觉显示器的显示设备。
本发明的一个方面可以提供一种操作飞行模拟器的方法，所述方法包括：当无人飞行器(UAV)处于模拟模式时，在显示设备处接收来自所述无人飞行器机载的飞行控制系统的模拟飞行数据，其中所述模拟飞行数据经由遥控器提供至所述显示设备，所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时(1)与所述无人飞行器通信并且(2)控制所述无人飞行器的飞行；以及响应于所述模拟飞行数据而在所述显示设备的视觉显示器上显示所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。
在一些实施方式中，所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可以经由有线连接而与所述显示设备通信。所述遥控器可以经由无线连接而与所述显示设备通信。所述遥控器可被配置用于当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，提供对于在所述无人飞行器机上生成所述模拟飞行数据有用的飞行控制数据。所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于当所述无人飞行器处于所述飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行。
在一些实施方式中，所述模拟飞行数据可以来源于所述无人飞行器机载的所述飞行控制系统。所述模拟飞行数据可以由所述遥控器修改。所述模拟飞行数据可以不由所述遥控器修改。
在一些情况下，所述飞行控制系统可以当所述无人飞行器处于所述模拟模式时接收来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据，并且使用所述虚拟传感器数据来生成所述模拟飞行数据。所述视觉显示器可以是触摸屏。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。所述图像可以是动画并且所述模拟环境是三维环境。
在另一方面，本发明可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其包含用于执行飞行模拟的程序指令，所述非暂时性计算机可读介质包括：用于当无人飞行器(UAV)处于模拟模式时在显示设备处接收来自所述无人飞行器机载的飞行控制系统的模拟飞行数据的程序指令，其中所述模拟飞行数据经由遥控器提供至所述显示设备，所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时(1)与所述无人飞行器通信并且(2)控制所述无人飞行器的飞行；以及用于响应所述模拟飞行数据而在所述显示设备的视觉显示器上显示所述无人飞行器的模拟飞行状态信息的程序指令。
在一些实施方式中，所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可以经由有线连接而与所述显示设备通信。所述遥控器可以经由无线连接而与所述显示设备通信。所述遥控器可被配置用于当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，提供对于在所述无人飞行器机上生成所述模拟飞行数据有用的飞行控制数据。所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于当所述无人飞行器处于飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行。
在一些实施方式中，所述模拟飞行数据可以来源于所述无人飞行器机载的所述飞行控制系统。所述模拟飞行数据可以由所述遥控器修改。所述模拟飞行数据可以不由所述遥控器修改。
在一些情况下，当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述飞行控制系统可以接收来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据，并且使用所述虚拟传感器数据来生成所述模拟飞行数据。所述视觉显示器可以是触摸屏。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。所述图像可以是动画并且所述模拟环境是三维环境。
本发明的另一方面可以提供一种操作飞行模拟器的方法，所述方法包括：当无人飞行器(UAV)处于模拟模式时，在所述无人飞行器机载的飞行控制系统处接收来自遥控器的飞行控制数据，所述遥控器被配置用于：当所述无人飞行器处于飞行模式时(1)与所述无人飞行器通信并且(2)控制所述无人飞行器的飞行；在所述飞行控制系统处响应于来自所述遥控器的所述飞行控制数据而生成模拟飞行数据；以及将来自所述飞行控制系统的所述模拟飞行数据传输至所述遥控器。
在一些实施方式中，所述图像是动画并且所述模拟环境是三维环境。
所述飞行控制系统还可被配置用于：当所述无人飞行器处于飞行模式时(3)生成将被传送至一个或多个动力单元的一个或多个飞行信号。
在一些情况下，所述遥控器被配置用于将所述模拟飞行数据传输至包括视觉显示器的显示设备。所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可以经由无线连接而与所述显示设备通信。所述视觉显示器可以示出所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于控制所述无人飞行器的飞行。
当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述飞行控制系统可以接收来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据，并且使用所述虚拟传感器数据来生成所述模拟飞行数据。在一些情况下，所述方法还可以包括提供惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模拟模式时接收所述虚拟传感器数据并从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息，并且被配置用于将所述飞行状态信息传输至所述飞行控制系统。所述惯性测量单元可被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时接收真实传感器数据并从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并且被配置用于将所述飞行状态信息传输至所述飞行控制系统。所述飞行控制系统可以将所述飞行控制数据提供至包含关于所述无人飞行器的物理参数信息的物理模型，并且其中所述物理模型响应于所述飞行控制数据而向所述虚拟传感器提供物理模拟数据。
在另一方面，本发明可以提供一种无人飞行器(UAV)，包括：飞行控制系统，其被配置用于当所述无人飞行器处于模拟模式时(1)接收来自遥控器的飞行控制数据，以及(2)响应于所述飞行控制数据而生成模拟飞行数据；一个或多个动力单元，其被配置用于(1)当所述无人飞行器处于飞行模式时，致动并允许所述无人飞行器的飞行，或者(2)当所述无人飞行器处于模拟模式时，保持休眠并且不允许所述无人飞行器的飞行；以及通信单元，其被配置用于将所述模拟飞行数据传输至所述遥控器。
在一些实施方式中，所述图像是动画并且所述模拟环境是三维环境。
所述飞行控制系统还可被配置用于：当所述无人飞行器处于飞行模式时(3)生成将被传送至所述一个或多个动力单元的一个或多个飞行信号。
在一些情况下，所述遥控器被配置用于将所述模拟飞行数据传输至包括视觉显示器的显示设备。所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可以经由无线连接而与所述显示设备通信。所述视觉显示器可以示出所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于控制所述无人飞行器的飞行。
当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述飞行控制系统可以接收来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据，并且使用所述虚拟传感器数据来生成所述模拟飞行数据。在一些情况下，所述无人飞行器还可以包括惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模拟模式时接收所述虚拟传感器数据并从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息，并且被配置用于将所述飞行状态信息传输至所述飞行控制系统。所述惯性测量单元可被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时接收真实传感器数据并从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并且被配置用于将所述飞行状态信息传输至所述飞行控制系统。所述飞行控制系统可以将所述飞行控制数据提供至包含关于所述无人飞行器的物理参数信息的物理模型，并且其中所述物理模型响应于所述飞行控制数据而向所述虚拟传感器提供物理模拟数据。
在另一方面，本发明可以提供一种操作飞行模拟器的方法，所述方法包括：当无人飞行器(UAV)处于模拟模式时，在显示设备处接收来自所述无人飞行器机载的飞行控制系统的模拟飞行数据，其中所述模拟飞行数据经由所述无人飞行器提供至所述显示设备，并且其中所述无人飞行器被配置成与遥控器通信，所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行；以及响应于所述模拟飞行数据而在所述显示设备的视觉显示器上显示所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。
所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可被配置用于当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，提供对于在所述无人飞行器机上生成所述模拟飞行数据有用的飞行控制数据。所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于当所述无人飞行器处于飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行。所述遥控器可被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时，控制固持所述无人飞行器的负载的载体的致动。
当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述飞行控制系统可以接收来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据，并且使用所述虚拟传感器数据来生成所述模拟飞行数据。
在一些实施方式中，所述视觉显示器可以是触摸屏。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。所述图像可以是动画并且所述模拟环境可以是三维环境。
在另一方面，本发明可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其包括用于执行飞行模拟的程序指令，所述非暂时性计算机可读介质包括：用于当无人飞行器(UAV)处于模拟模式时在显示设备处接收来自所述无人飞行器机载的飞行控制系统的模拟飞行数据的程序指令，其中所述模拟飞行数据经由所述无人飞行器提供至所述显示设备，并且其中所述无人飞行器被配置成与遥控器通信，所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行；以及用于响应所述模拟飞行数据而在所述显示设备的视觉显示器上显示所述无人飞行器的模拟飞行状态信息的程序指令。
所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可被配置用于当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，提供对于在所述无人飞行器机上生成所述模拟飞行数据有用的飞行控制数据。所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于当所述无人飞行器处于飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行。所述遥控器可被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时，控制固持所述无人飞行器的负载的载体的致动。
所述飞行控制系统可以当所述无人飞行器处于所述模拟模式时接收来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据，并且使用所述虚拟传感器数据来生成所述模拟飞行数据。
在一些实施方式中，所述视觉显示器可以是触摸屏。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。所述图像可以是动画并且所述模拟环境可以是三维环境。
在另一方面，本发明可以提供一种操作飞行模拟器的方法，所述方法包括：当无人飞行器(UAV)处于模拟模式时，在所述无人飞行器机载的飞行控制系统处接收来自遥控器的飞行控制数据，所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时(1)与所述无人飞行器通信并且(2)控制所述无人飞行器的飞行；在所述飞行控制系统处响应于来自所述遥控器的所述飞行控制数据而生成模拟飞行数据；以及将来自所述飞行控制系统的所述模拟飞行数据传输至包括视觉显示器的显示设备。
在一些情况下，所述飞行控制系统还可被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时(3)，生成将被传送至所述一个或多个动力单元的一个或多个飞行信号。所述遥控器可被配置用于将所述模拟飞行数据传输至包括视觉显示器的显示设备。所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可以经由无线连接而与所述显示设备通信。所述视觉显示器可以示出所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。
在一些实施方式中，所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于控制所述无人飞行器的飞行。当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述飞行控制系统可以接收来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据，并且使用所述虚拟传感器数据来生成所述模拟飞行数据。
在一些情况下，所述方法还可以包括提供惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模拟模式时接收所述虚拟传感器数据并从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息，并且被配置用于将所述飞行状态信息传输至所述飞行控制系统。所述惯性测量单元可被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时接收真实传感器数据并从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并且被配置用于将所述飞行状态信息传输至所述飞行控制系统。所述飞行控制系统可以将所述飞行控制数据提供至包含关于所述无人飞行器的物理参数信息的物理模型，并且其中所述物理模型响应于所述飞行控制数据而向所述虚拟传感器提供物理模拟数据。
本发明的另一方面可以提供一种无人飞行器(UAV)，包括：飞行控制系统，其被配置用于当所述无人飞行器处于模拟模式时，(1)接收来自遥控器的飞行控制数据，以及(2)响应于所述飞行控制数据而生成模拟飞行数据；一个或多个动力单元，其被配置用于(1)当所述无人飞行器处于飞行模式时，致动并允许所述无人飞行器的飞行，或者(2)当所述无人飞行器处于模拟模式时，保持休眠并且不允许所述无人飞行器的飞行；以及通信单元，其被配置用于将所述模拟飞行数据传输至包括视觉显示器的显示设备。
在一些情况下，所述飞行控制系统还可被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时(3)生成将被传送至所述一个或多个动力单元的一个或多个飞行信号。所述遥控器可被配置用于将所述模拟飞行数据传输至包括视觉显示器的显示设备。所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可以经由无线连接而与所述显示设备通信。所述视觉显示器可以示出所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。
在一些实施方式中，所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于控制所述无人飞行器的飞行。当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述飞行控制系统可以接收来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据，并且使用所述虚拟传感器数据来生成所述模拟飞行数据。
在一些情况下，所述无人飞行器还可以包括惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模拟模式时接收所述虚拟传感器数据并从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息，并且被配置用于将所述飞行状态信息传输至所述飞行控制系统。所述惯性测量单元可被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时接收真实传感器数据并从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并且被配置用于将所述飞行状态信息传输至所述飞行控制系统。所述飞行控制系统可以将所述飞行控制数据提供至包含关于所述无人飞行器的物理参数信息的物理模型，并且其中所述物理模型响应于所述飞行控制数据而向所述虚拟传感器提供物理模拟数据。
本发明的另一方面可以提供一种操作飞行模拟器的方法，所述方法包括：在飞行控制系统处接收由遥控器生成的飞行控制信号，所述遥控器能够与无人飞行器(UAV)通信和控制所述无人飞行器的飞行，其中所述飞行控制信号包括用于所述无人飞行器的预定飞行序列的命令；在所述飞行控制系统处响应于所述飞行控制信号而生成用于执行所述无人飞行器的所述预定飞行序列的模拟飞行数据；以及响应于所述模拟飞行数据而在显示设备的视觉显示器上显示所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。
所述飞行控制系统可以位于所述显示设备上。所述飞行控制系统可以位于所述无人飞行器上。所述无人飞行器的所述预定飞行序列可以包括所述无人飞行器向飞行起始点的自动返航。所述无人飞行器的所述预定飞行序列可以包括所述无人飞行器的自主起飞序列。所述无人飞行器的所述预定飞行序列包括所述无人飞行器的自主降落序列。所述无人飞行器的所述预定飞行序列包括所述无人飞行器的自主悬停。所述无人飞行器的所述预定飞行序列可以包括所述无人飞行器的姿态保持飞行。
在一些情况下，所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可以经由有线连接而与所述显示设备通信。所述遥控器可以通过无线连接而与所述显示设备通信。所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于当所述无人飞行器处于飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行。
在一些实施方式中，所述视觉显示器可以是触摸屏。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。所述图像可以是动画并且所述模拟环境可以是三维环境。所述显示设备可以向所述显示设备的用户提供提示以启动所述预定飞行序列。所述显示设备可被配置用于接收气象参数的选择，并且所述模拟飞行数据可以是基于选定的气象参数而生成的。
在另一方面，本发明可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其包括用于执行飞行模拟的程序指令，所述非暂时性计算机可读介质包括：用于在飞行控制系统处接收由遥控器生成的飞行控制信号的程序指令，所述遥控器能够与无人飞行器(UAV)通信和控制所述无人飞行器的飞行，其中所述飞行控制信号包括用于所述无人飞行器的预定飞行序列的命令；用于响应所述飞行控制信号而在所述飞行控制系统处生成用于执行所述无人飞行器的所述预定飞行序列的模拟飞行数据的程序指令；以及用于响应所述模拟飞行数据而在显示设备的视觉显示器上显示所述无人飞行器的模拟飞行状态信息的程序指令。
所述飞行控制系统可以位于所述显示设备上。所述飞行控制系统可以位于所述无人飞行器上。所述无人飞行器的所述预定飞行序列可以包括所述无人飞行器向飞行起始点的自动返航。所述无人飞行器的所述预定飞行序列可以包括所述无人飞行器的自主起飞序列。所述无人飞行器的所述预定飞行序列包括所述无人飞行器的自主降落序列。所述无人飞行器的所述预定飞行序列包括所述无人飞行器的自主悬停。所述无人飞行器的所述预定飞行序列可以包括所述无人飞行器的姿态保持飞行。
在一些情况下，所述显示设备可以是移动设备。所述遥控器可以经由有线连接而与所述显示设备通信。所述遥控器可以通过无线连接而与所述显示设备通信。所述遥控器可以包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于当所述无人飞行器处于飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行。
在一些实施方式中，所述视觉显示器可以是触摸屏。所述模拟飞行状态信息可以包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像。所述图像可以是动画并且所述模拟环境可以是三维环境。所述显示设备可以向所述显示设备的用户提供提示以启动所述预定飞行序列。所述显示设备可被配置用于接收气象参数的选择，并且所述模拟飞行数据可以是基于选定的气象参数而生成的。
通过考察说明书、权利要求书和附图，本发明的其他目的和特征将会变得明显。
援引并入
本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入于此，其程度如同具体地和个别地指出要通过引用而并入每一单个出版物、专利或专利申请。
附图说明
在后述的权利要求项中，特别地描述了本发明的新颖特征。为了更好地理解本发明的所述特征和有益效果，可结合参考下述具体实施方式中的实施方式及相对应的附图：
图1示出了可包括于飞行模拟系统中的硬件组件的示例。
图2示出了用以从飞行模式操作改变为模拟模式操作的信号传输路径的示例。
图3示出了被配置用于向关于第一无人飞行器(UAV)或第二无人飞行器的物理模型输入参数的模拟。
图4示出了用于模拟模式操作或飞行模式操作的总体信号传输路径。
图5示出了在模拟模式操作中的系统组件之间的可能的信号路径。
图6示出了在模拟模式操作期间显示设备上的显示器的示例。
图7示出了可在模拟模式操作期间向用户显示的提示或警告的示例。
图8图示了根据本发明实施方式的无人飞行器。
图9图示了根据本发明实施方式的、包括载体和负载的可移动物体。
图10是根据本发明实施方式的、用于控制可移动物体的系统的通过框图来说明的示意图。
具体实施方式
本发明的系统、设备和方法提供了在虚拟环境中训练用户飞行和控制无人飞行器(UAV)的机制。用户从在虚拟环境中飞行UAV获得的技能可直接适用于在真实环境中飞行UAV。本发明的系统、设备和方法还提供了采用可以用于UAV的真实飞行的至少一些组件的模拟平台。对UAV的描述可适用于任何其他类型的无人载具或者任何其他类型的可移动物体。
在一些情况下，UAV的一个或多个功能可以至少部分地由来自用户的输入所控制。来自用户的输入可以通过遥控器提供给UAV。通过遥控器提供输入来控制UAV的一个或多个功能可能是困难的。在一些情况下，不熟悉通过遥控器提供输入以控制UAV的一个或多个功能的用户可能无法使用遥控器来获得期望的结果。无法使用遥控器来获得期望的结果可能导致损坏UAV和/或在未知环境中丢失UAV。提供让用户可在其中使用遥控器来训练和练习在虚拟环境中控制虚拟UAV的模拟练习可能是有利的。该遥控器可以与用于在真实飞行环境中飞行UAV的遥控器相同。
真实飞行环境可以是可在其中操作UAV的户外环境、室内环境或者户外和室内的混合环境。UAV的操作可以是UAV的飞行或其他运动。真实环境可存在于真实时间和空间中。真实环境可以是在物理世界中有形的。虚拟或模拟环境可以是存在于计算机软件结构中的环境。虚拟或模拟环境可以从来自用户、软件开发者的一个或多个输入或者来自数据库的信息来创建。虚拟或模拟环境可以是存在于真实空间和时间中的环境的表示，或者是不存在于真实空间和时间中的虚构环境。虚拟或模拟环境可以包括规定的边界、障碍物和表面。虚拟或模拟环境可以具有规定的介质以支持UAV的飞行，该介质例如可以是空气。该介质可以存在并数学地定义于虚拟环境中。在一些实施方式中，虚拟环境不存在于物理的有形世界中。
被配置用于在虚拟环境中控制虚拟UAV(模拟)的遥控器可以与用于在真实环境中控制真实UAV的遥控器相同或相似。对于用户而言，提供用于同时在模拟和真实环境中使用的同一控制器可以带来更加真实的训练体验。用户可以养成与在遥控器上的物理界面的移动或操纵相关联的肌肉记忆。通过在UAV的模拟模式和真实飞行模式中提供同样的遥控器，可以提供利用在模拟模式中形成的肌肉记忆以供在真实飞行模式中使用的优点。肌肉记忆可以提高在飞行模式中的反应时间、精确度和准确性。通过提供用于同时在UAV的模拟模式和飞行模式中使用的相同的控制器，可以使得用户熟悉遥控器上的控件的灵敏度。例如，用户可以熟悉UAV对于来自遥控器的输入的响应时间。在另一示例中，用户可以熟悉相对于遥控器上的物理界面的移动的响应幅度。另外，用户可以记住在模拟模式中的遥控器上的旋钮、按钮、操纵杆和/或拨盘的位置，而在飞行模式中，所记住的这些组件的位置可以提高反应时间并从而提高用户控制UAV的能力。
在一些情况下，UAV可被配置用于执行自主任务。自主任务可由用户启动。在由用户启动自主任务之后，UAV在执行该自主任务的同时可以不需要来自用户的额外控制或输入。自主任务可以使UAV进入预定序列。该预定序列可以包括一系列无需用户输入的动作。例如，自主任务可以是自动返航、姿态保持飞行、GPS飞行、自主起飞或自主降落。在本文所提供的模拟系统中，用户可以练习指挥UAV执行自主任务。用以执行自主任务的指令可以通过与飞行模式中所使用的界面相同的界面提供给模拟模式中的UAV。该界面可以是遥控器。
UAV模拟可以使用显示设备来描绘UAV的虚拟的模拟环境。应用程序可在诸如移动设备等显示设备上运行。该应用程序可以示出三维虚拟环境以及UAV在该环境内的飞行。如前文所述，可以使用飞行控制系统来控制UAV在该虚拟环境内的飞行。该飞行控制系统可以位于UAV上、位于显示设备上或者位于任何其他设备上。飞行控制系统可以使用来自虚拟传感器的数据来生成模拟飞行。在一些情况下，UAV可以在飞行模式或模拟模式内工作。当处于飞行模式时，UAV飞行控制系统可以向UAV的动力单元发送信号以实现UAV的飞行。当处于模拟模式时，UAV飞行控制系统可以向物理模型发送信号而不向动力单元发送信号。该物理模型可以提供虚拟反馈，这有助于限定UAV的模拟飞行。
本文提供了被配置用于提供真实飞行模拟的系统、方法和设备。真实飞行模拟可以是包括在载具的真实飞行操作中所使用的组件的飞行模拟。在图1中示出真实飞行模拟系统的可能的组件。真实飞行模拟系统可以包括遥控器101、显示设备102、遥控器与显示设备之间的连接器103以及UAV 104。
遥控器101可以是与用于在真实飞行操作中控制UAV 104的遥控器相同的遥控器。在一些情况下，遥控器可以是用于在真实飞行操作中控制UAV的遥控器相似或相同的复制品。遥控器可以具有物理用户界面机构的任何组合。物理用户界面机构可以是遥控器上的组件，用户触摸或操纵该组件来控制UAV的至少一个功能。在一个示例中，物理用户界面机构可以是按钮、操纵杆、滚动球、触摸屏、开关、拨盘或旋钮。在一些情况下，物理用户界面可以包括两个或更多个操纵杆。该操纵杆可以垂直地或水平地移动。操纵杆可以用于控制俯仰、横滚、航向和/或垂直速度。物理用户界面机构可被配置成使得用户能够控制UAV关于横滚、航向和/或俯仰轴的移动。物理用户界面机构可由用户操纵以使UAV在沿着三维空间中一平面的方向上平移。物理用户界面还可被配置成提供对UAV的飞行的用户控制。控制UAV的飞行可以包括控制UAV的速度、功率、油门和/或高度。在一些情况下，物理用户界面可以提供用以控制UAV的非飞行动作的机构。非飞行动作可以是UAV机载的传感器或负载的移动。非飞行动作可以包括对UAV的载体的致动，该载体可被配置用于携带负载。非飞行动作的另一示例可以是对UAV机载的传感器所收集的数据的收集和/或报告。另外，物理用户界面可以提供用以启动由UAV执行的自主动作或任务的机构。在一个示例中，自主任务或动作可以是自动返航、姿态保持飞行、GPS飞行、自主起飞或自主降落。
遥控器101可以通过有线或无线连接而连接至显示设备102。显示设备102可以是包括计算组件和视觉显示器的设备。所述计算组件可以包括一个或多个处理器、一个或多个存储器存储器件。所述处理器可被配置用于根据非暂时性计算机可读媒介质来执行指令。存储器可以包括包含了用于执行本文所述的一个或多个步骤的代码、逻辑或指令的非暂时性计算机可读介质。显示设备102可以包括包含了用于执行飞行模拟的程序指令的非暂时性计算机可读介质。显示设备102可以是移动设备，诸如智能电话。在一些情况下，显示设备102可以是台式计算机、膝上型计算机、平板计算机或虚拟现实头戴装置。或者，显示设备102可以是计算组件和视觉显示器的组合，其中视觉显示器可以是触摸屏、投影仪、LCD屏、等离子屏、LED或OLED屏、电视或监视器。显示设备可以提供在飞行模拟期间的飞行数据的视觉和/或文本表示。在一些情况下，显示设备可附加地在飞行模拟期间提供音频反馈。显示设备可被配置用于通过用户交互组件接收用户输入，所述用户交互组件诸如为触摸屏、开关、按钮、按键、旋钮、鼠标、指针、轨迹球、操纵杆、触摸板、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、磁力计)、麦克风、视觉传感器或红外传感器。所述用户交互组件可以接收触摸输入、位置输入、音频输入或视觉输入。
遥控器101可以与显示设备102通信。遥控器101与显示设备102之间的通信可以通过有线连接或无线连接来提供。可以通过RF连接、IR连接、Wi-Fi网络、无线局域网(WLAN)、蜂窝网络或任何其他可用的无线网络，在遥控器101与显示设备102之间提供无线连接。或者，可以通过永久导线连接、同轴线缆连接、火线连接、MIDI连接、eSATA连接、以太网连接或任何其他允许数据传输的可用的有线连接，在遥控器101与显示设备102之间提供有线连接。在一些情况下，有线连接可以是通过USB线缆103的连接。
遥控器101和/或显示设备102可以通过有线连接或无线连接而与飞行控制系统或飞行控制器通信。飞行控制系统可以位于UAV 104机上或机外。在一些情况下，飞行控制系统可以位于显示设备上。飞行控制系统可被配置用于响应来自控制器和/或显示设备的输入而生成飞行控制数据。飞行控制系统可以通过遥控器和/或显示设备接收来自用户的输入。飞行控制系统可以将所述输入传送至一个或多个组件的系统，该系统可以生成真实或虚拟传感器数据并将该数据回传至该飞行控制系统。基于所述真实传感器数据或虚拟传感器数据，飞行控制系统可以生成飞行数据并将该飞行数据传输至遥控器101和显示设备102中之一或全部两者。生成真实或虚拟传感器数据的过程以及真实传感器数据与虚拟传感器数据之间的区别将在下文详述。
UAV可以在第一操作模式或第二操作模式中操作。在第一操作模式中，UAV可以在真实环境中飞行。在第一操作模式中，UAV可以通过接收来自遥控器的指令或输入而在真实环境中飞行。第一操作模式可以是飞行模式。
第二模式可以是模拟模式。在模拟模式中，UAV可以在虚拟环境内飞行而不是在真实环境中飞行。UAV可以保持物理休眠，并且可以不在真实环境内自推动。在UAV处于模拟模式时，UAV的一个或多个动力单元可以不工作。在第二操作模式中，UAV机载的一个或多个组件可以贡献于飞行模拟。在一些情况下，UAV机载的任何组件都不能在飞行模拟中使用。在第二操作模式中，虚拟UAV可以在虚拟或模拟环境中飞行。虚拟UAV和虚拟环境可以数学地存在于模拟空间中。虚拟UAV在虚拟环境中可以具有与真实环境中的真实UAV相同的功能。
UAV可以包括接收器，该接收器被配置用于接收指示出UAV是处于第一模式还是第二模式中的模式信号。该模式信号可以由与接收器通信的遥控器、显示设备或单独的设备来提供。在一些情况下，所述信号可以通过UAV上的硬件组件来提供。该硬件组件可由用户操纵以向UAV提供所述信号。例如，该硬件组件可以是可在第一位置与第二位置之间物理移位以提供指示出第一模式或第二模式的信号的开关、按钮或旋钮。在另一示例中，飞行模式可以是默认模式并且UAV可以工作于飞行模式中，除非模式信号指示出改变为模拟模式。
用户可以启动飞行模式与模拟模式之间的改变。在一个示例中，用户可以选择在模拟模式中使用UAV。为了在模拟模式中使用设备，用户可以向接收器提供模式信号，以指示UAV应当在模拟模式中工作。用户可以通过UAV上的物理界面(例如，开关、按钮、拉杆或旋钮)来提供该模式信号。在一些情况下，用户可以通过遥控器上的物理界面机构，经由遥控器提供模式信号。可以使用与用于飞行控制的遥控器不同的替代设备或遥控器来向UAV发送模式信号。或者，可以使用显示设备来向UAV发送模式信号。当显示设备开启时，其可以自动地连接至UAV机载的通信单元。UAV可以在每当显示设备与UAV通信时自动地默认至模拟模式。在一些情况下，UAV可以不在每当显示设备与UAV通信时自动地默认至模拟模式。用户可以与UAV机载的接收器通信，以使用触摸屏或物理机构(例如，按钮、旋钮、开关或拉杆)通过显示设备发送模式信号。类似地，通过经由遥控器、显示设备、UAV上的物理界面或者经由另一设备或遥控器向接收器发送信号，可以在飞行模式中操作UAV。为了从一个模式改变成另一模式，UAV可能需要降落。为了从一个模式改变成另一模式，可能需要关闭UAV上的一个或多个动力单元。
当UAV工作于飞行模式时，遥控器可以向飞行控制系统提供输入。由遥控器提供的输入可以是飞行控制数据。飞行控制数据可以是改变飞行路径或使飞行活动开始或停止的指令。在一个示例中，飞行控制数据可以是启动动力系统、停止动力系统、增大送往动力系统的功率、减小送往动力系统的功率、改变UAV的航向、改变UAV的高度、开启UAV上的传感器、关闭UAV上的传感器、报告来自UAV机载的传感器的传感器数据或者启动UAV上的自动驾驶功能的指令。飞行控制系统可以使用一个或多个处理器来接收和处理飞行控制数据。所述处理器可被配置用于单独地或共同地将飞行控制数据变换成用以改变、启动或停止飞行动作的指令。处理器可以在飞行操作模式和模拟操作模式中相同地变换飞行控制数据。
当UAV处于飞行模式时，飞行控制数据可以传送至UAV的一个或多个动力单元。UAV机载的飞行控制系统可被配置用于当UAV处于飞行模式时生成将被传送至所述一个或多个动力单元的一个或多个飞行信号。所述一个或多个动力单元可被配置用于当UAV处于飞行模式时响应于所述飞行信号而致动和允许UAV的飞行。所述一个或多个动力单元还可被配置用于当UAV处于模拟模式时保持休眠并且不允许UAV的飞行。在模拟模式中，所述一个或多个动力单元可以不接收飞行信号。由于动力单元在模拟模式中不接收飞行信号，因此其可以保持休眠。
可选地，在飞行模式中，遥控器可被配置用于控制载体的致动，该载体固持UAV的负载。所述负载可以是外部传感器，例如，相机单元。所述负载可以是可独立于UAV的运动而移动的。可选地，在模拟模式中，遥控器可被配置用于虚拟地控制载体的致动，而不物理地导致UAV机载的载体的致动。类似于动力单元，当UAV处于飞行模式时，UAV的载体、负载、传感器和/或其他组件可从UAV机载的一个或多个控制系统接收控制信号，该控制信号可以影响所述载体、负载、传感器和/或其他组件的操作。当UAV处于模拟模式时，UAV的载体、负载、传感器和/或其他组件不从UAV机载的一个或多个控制系统接收控制信号，从而所述载体、负载、传感器和/或其他组件的操作不受影响。可以针对飞行模拟来影响载体、负载、传感器和/或其他组件的虚拟操作，而不导致物理操作。因此，可以使用飞行模拟器来模拟UAV的其他特征的操作。例如，用户可以使用可位于UAV、载体、显示设备或其他设备上的相机控制系统，在飞行模拟中练习控制UAV机载的相机的方向。这可以影响在飞行模拟中所捕捉的图像的方向，而不影响UAV机载的相机或载体的致动。或者，仅使用飞行模拟器来模拟飞行。
当UAV处于模拟模式时，由遥控器提供的输入可以是飞行控制数据。所述飞行控制数据可以是改变飞行路径或者使飞行活动开始或停止的指令。在一个示例中，飞行控制数据可以是启动动力系统、停止动力系统、增大送往动力系统的功率、减小送往动力系统的功率、改变UAV的航向、改变UAV的高度、开启UAV上的传感器、关闭UAV上的传感器、报告来自UAV机载的传感器的传感器数据或启动UAV上的自动驾驶功能的指令。当UAV处于模拟模式时，飞行控制数据可以不传送至UAV的动力单元。
图2示出了描述被提供用于在第一模式或第二模式中操作UAV的数据流的示例的流程图。可以将飞行数据201传送至飞行控制系统202。飞行数据201可以从遥控器和/或显示设备传送至飞行控制系统202。飞行控制系统可被配置用于将飞行数据提供至输出切换器203。飞行控制系统可以在将飞行数据提供至输出切换器203之前，使用一个或多个处理器来处理或变换飞行数据201。输出切换器203可以基于模式信号204而将飞行数据201引导至一个或多个动力单元205或者引导至物理模型206。模式信号204可由用户通过遥控器、显示设备、UAV机载的物理机构来提供，或者从另一设备或遥控器来提供。当模式信号204指示出UAV处于飞行模式时，输出切换器203可以将飞行数据引导至一个或多个动力单元205。当模式信号204指示出UAV处于模拟模式时，输出切换器203可以将飞行数据引导至物理模型206。飞行数据在模拟模式中可以不传送至一个或多个动力单元。
对动力单元的任何描述均可适用于UAV的载体、负载、传感器和/或其他组件，以供在UAV的飞行模式与模拟模式之间进行区分。例如，在飞行模式中，输出切换器可以将控制信号引导至载体，以使负载相对于UAV移动。在模拟模式中，输出切换器可以替代地将控制信号引导至虚拟载体，而不是将控制信号引导至物理载体。所述虚拟载体可以是或者可以不是物理模型的一部分。
所述物理模型可以是数学模型，该数学模型被配置用于响应于飞行数据而模拟物理模拟数据。所述物理模型可以包括非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质包含用于执行飞行模拟的程序指令。所述物理模型可以使用常量输入和变量输入来生成物理模拟数据。所述常量输入可以是UAV的性质。常量性质对于特定的UAV或UAV的特定模型可以是固定的。在一个示例中，常量性质可以是UAV的一个或多个尺寸、UAV的空气动力性质、UAV的重量、UAV上的马达的款式和型号以及/或者可由UAV机载的一个或多个动力单元提供的最大和最小推力。所述物理模型可被配置用于基于特定UAV或UAV的特定型号的尺寸和重量分布来计算转动惯量。所述变量性质可以与特定型号或特定UAV无关。变量性质可取决于气象或位置。在一个示例中，变量性质可以是风速、风向、湿度、空气密度和/或温度。变量性质可以由物理模型随机选择或者其可以由用户输入。在一些情况下，变量性质可以由UAV所执行的先前真实飞行而得出。在一个示例中，如果UAV被用于真实环境中的真实飞行，则可以将该环境中所体验到的变量性质记录和储存在UAV机外或机载的存储器存储器件上。在真实飞行之后，所记录的变量性质可以用于模拟飞行，以重建所述真实环境作为模拟环境。
物理模型可以接受常量输入或变量输入，以使用一个或多个数学模型来生成输出。物理模型可以在计算机系统上运行，该计算机系统可以包括一个或多个处理器以及一个或多个存储器存储单元。物理模型可以根据非暂时性计算机可读介质而运行。所述非暂时性计算机可读介质可以包含用于执行本文所述的一个或多个步骤的代码、逻辑或指令。处理器可以单独地或共同地执行根据该非暂时性计算机可读介质的步骤。
用户可以通过显示设备上所提供的用户界面来选择气象条件。气象条件可被提供作为向物理模型的输入。在一个示例中，气象条件(例如，逆风或顺风)可以对UAV造成恒定或可变的力。物理模型可以输出物理模拟数据。物理模拟数据可以是可作用于UAV的一个或多个物理参数。在一个示例中，物理模型可以输出作用于UAV的一个或多个力。该力可以是已知的作用于UAV的拖曳力、升力、引力、法向力、切向力或任何其他的力中的任何一种或其组合。物理模型可以提供沿着UAV的表面附近的压力分布作为输出。物理模型还可以提供UAV附近的气流的速度分布作为输出。
物理模型可以提供在UAV上或显示设备上。在一些实施方式中，飞行控制系统和物理模型可以位于UAV上。这可以有利地允许飞行模拟系统利用UAV机载的现有过程。在其他实施方式中，飞行控制系统和物理模型可以位于显示设备上。这可以有利地允许利用遥控器的飞行模拟，而无需UAV的存在或连接。在其他情况下，飞行控制系统可以位于UAV上，而物理模型位于显示设备上，反之亦然，或者是位于UAV和显示设备上的分布式过程的任何其他组合。
物理模型可被提供用于特定UAV或UAV的特定型号。在一些情况下，物理模型可以提供对应于默认UAV款式和/或型号的参数。在一些情况下，物理模型可以位于UAV机上。物理模型可被编程用于提供对应于其所处的UAV的物理参数。举例而言，如图3中所示，利用控制器连接至第一UAV或第二UAV可以导致连接至具有对应于第一UAV或第二UAV的固定变量的物理模型。控制器301可以与第一UAV 302通信，该第一UAV302包括可与第一物理模型303通信的输出切换器。第一物理模型可被配置用于使用对应于第一UAV的固定参数来模拟飞行数据输出。例如，第一物理模型可被配置成使用对应于数学模型中的第一UAV的重量、尺寸、空气动力形态、马达力量、马达速度及其他功率性质以确定一个或多个输出。在第二情况下，同一控制器301可以与第二UAV机载的第二物理模型通信。与第一UAV相比，第二UAV可以具有相对不同的大小、形状、重量和/或功率系统。控制器301可以与第二UAV 304通信，该第二UAV304包括可与第二物理模型305通信的输出切换器。第二物理模型可被配置用于使用对应于第二UAV的固定参数来模拟飞行数据输出。例如，第二物理模型可被配置成使用对应于数学模型中的第二UAV的重量、尺寸、空气动力形态、马达力量、马达速度及其他功率性质以确定一个或多个输出。
在备选实施方式中，物理模型可以位于UAV机外。物理模型可以位于显示设备上。当物理模型位于显示设备上时，用户可以选择使用特定款式和/或型号的UAV来运行模拟。物理模型可以具有保存在位于或不位于显示设备上的存储器存储器件上的固定物理参数，该固定物理参数对应于UAV的一种或多种可能的款式和/或型号。用户可以选择使用保存在存储器存储器件上的对应于UAV的一种或多种可能的款式和/或型号的所保存的固定物理参数，或者用户可以将固定物理参数直接输入到物理模型中。
物理模型可被配置用于生成对UAV上的飞行控制输入的预期响应作为输出。该输出可特定于具有固定物理参数(例如，尺寸、重量、空气动力横截面和/或马达规格)的UAV。对飞行控制输入的预期响应可取决于UAV的物理参数。例如，较重的UAV可能比相对较轻的UAV加速更慢。类似地，具有较强的(例如，较高扭矩)马达的UAV可能比具有相对较弱的马达的UAV加速更快。
另外，物理模型可以计算非飞行参数。在一个示例中，非飞行参数可以是电池使用率和剩余电池寿命。在模拟环境中，电池用量可以作为UAV规格(例如，尺寸、重量、空气动力横截面和/或马达规格)、飞行控制数据和可变参数的函数来计算。可变参数可以影响UAV的功率需求，并因此影响电池使用率。例如，具有较强逆风的模拟环境可能比没有逆风或具有顺风的模拟环境更快地消耗电池。类似地，飞行控制数据可以影响电池使用率。例如，以相对较高的速度操作UAV可能比以相对较低的速度操作UAV更快地消耗电池。可由物理模型计算的非飞行参数的另一示例是UAV机载的部件的磨损。物理模型可以计算在模拟环境中作用于UAV的力，并且确定一个或多个部件何时由于该力而遭受损坏。
物理模型可以向虚拟传感器提供一个或多个输出。所述虚拟传感器可被配置用于基于来自物理模型模拟数据的一个或多个输出而生成虚拟传感器数据。虚拟传感器输出的至少一部分可以模仿在真实环境中的UAV的飞行模式操作期间将会由UAV机载的真实传感器生成的数据。虚拟传感器可以生成位置数据。位置数据可以是在模拟环境中UAV与障碍物或表面之间的一个或多个距离。在飞行模式操作中，位置数据可由雷达信号、声纳信号或全球定位系统(GPS)信号所生成。虚拟传感器还可以生成视觉数据。在飞行模式中，视觉数据可以来自视觉传感器。视觉传感器可以是单目相机、立体视觉相机、雷达、声纳或红外相机。虚拟传感器可以生成描述UAV的移动和/或作用于UAV的力的数据。在飞行模式中，被配置用于检测UAV的移动和/或作用于UAV的力的真实传感器可以是陀螺仪、磁力计和/或加速度计。真实传感器数据可以来自硬件驱动器。数据可以转换成一般类型的形式。例如，可以提供浮点型(例如，3浮点型)的加速度数据，并且可以定义缓冲(例如，float acc_raw_data[3])。在飞行模式中，数据可以由硬件驱动器来填充。在模拟模式中，该数据可以由物理模型模拟程序来填充。可在飞行模式中作为真实物理硬件提供并在模拟模式中由物理模型模拟的传感器的示例可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、GPS和/或压力传感器。虚拟传感器的数据格式可以是与硬件驱动器输出相同的格式。例如，浮点型格式可以同时用于虚拟传感器和真实传感器。
可以将传感器数据提供至惯性测量单元。该惯性测量单元可以位于UAV机上。惯性测量单元(IMU)可被配置用于解译传感器数据以使用该传感器数据来确定和生成飞行状态信息。当UAV分别处于模拟模式或飞行模式中时，IMU可以解译来自虚拟传感器或真实传感器的传感器数据。该IMU可以解译和/或处理来自真实传感器或虚拟传感器的传感器数据以生成飞行状态信息。飞行状态信息可以包括姿态、加速度、速度、陀螺仪信息、压力、UAV的空间排列、位置(例如，GPS数据)数据。该IMU可以将飞行状态信息提供至飞行状态控制系统。
在图4中示出了整个系统和组件之间的通信的示例。该系统可以包括遥控器402和显示设备401。遥控器402和显示设备401中之一或全部两者可以与飞行控制系统或飞行控制器403通信。遥控器402可以修改或者可以不修改由飞行控制器403提供的飞行数据。遥控器和/或显示设备可以通过有线或无线连接而与飞行控制器或飞行控制系统403通信。在第一场景中，显示设备401可以与遥控器402通信，并且遥控器402可以与飞行控制系统403通信。飞行控制系统403可以接收来自遥控器402的输入并且向遥控器402传输输出；遥控器402可进一步将该输出传输至显示设备401。在第二场景中，遥控器402可以向显示设备401提供输入，并且显示设备401可以将该输入传输至飞行控制系统403。飞行控制系统403可以向显示设备401传输输出，并且显示设备可以将该输出传输至遥控器402。在第三场景中，遥控器402和显示设备401可以分别独立地向飞行控制系统403发送和接收输入和输出。
当UAV操作于模拟模式时，显示设备401可以仅与飞行控制器403通信。当显示设备401在UAV操作于模拟模式中的同时连接至飞行控制器403时，显示设备可被编程用于执行第一软件程序。在模拟模式期间，显示设备401可以运行第一软件程序，该第一软件程序提供飞行数据的视觉、文本和/或音频表示。在一些情况下，当UAV操作于飞行模式时，显示设备401可以与飞行控制器403通信。当UAV处于飞行模式时，显示设备可被编程用于执行第二软件程序。在飞行模式期间，显示设备401可以运行第二软件程序，该第二软件程序提供真实飞行数据。遥控器402可以与处于模拟模式或飞行模式中的UAV通信。飞行控制系统403可以接收来自遥控器402或显示设备401中之一或全部两者的模式信号。或者，飞行控制系统403可以通过对应于UAV上的机构(例如，开关、按钮、旋钮或拨盘)的操纵的来自用户的物理输入而接收模式信号。飞行控制系统403可以将该模式信号传送至输出切换器409。飞行控制系统还可以接收来自遥控器和显示设备中之一或全部两者的飞行控制数据。输出切换器409可以确定是将飞行控制数据传送至物理模型408还是传送至UAV机载的一个或多个动力单元410。
当由输出切换器409接收的模式信号指示出UAV处于飞行模式时，输出切换器409可以将飞行控制数据传送至UAV机载的一个或多个动力单元410。所述一个或多个动力单元410可以包括马达。在一些情况下，输出切换器409可以将飞行控制数据传送至处于飞行模式中的电子速度控制单元。该电子速度控制单元可以是被配置用于控制连接到所述一个或多个动力单元的马达的输出的电路。当UAV操作于飞行模式时，UAV机载的真实传感器406可以收集真实传感器数据。真实传感器数据可以传送至传感器层405。传感器层405可以是被配置用于预处理或标记传感器数据并且将该传感器数据传输至惯性测量单元(IMU)404的模块。IMU可以进一步处理传感器数据以生成可由飞行控制器403使用的参数。IMU 404可以从真实传感器数据或虚拟传感器数据生成飞行数据。当UAV操作于飞行模式时，真实传感器数据可以是由UAV机上或机外的传感器所生成的数据。当UAV操作于模拟模式时，UAV机上或机外的传感器可以是虚拟传感器，传感器数据可以是由虚拟传感器所生成的数据。虚拟传感器可以是一个或多个处理器，其被配置用于将来自物理模型的输出变换成虚拟传感器数据输出。IMU 404可以将生成的飞行数据传输至飞行控制器403。当UAV处于飞行模式时，飞行控制器403可以向遥控器402提供反馈。从飞行控制器403提供至遥控器402的反馈可以是模拟飞行数据。UAV可以包括通信单元，该通信单元被配置用于将模拟飞行数据传输至遥控器402。
当由输出切换器409接收的模式信号指示出UAV处于模拟模式时，输出切换器可以将飞行控制数据传送至UAV机载的一个或多个物理模型408。该物理模型可以使用来自遥控器和/或显示设备的飞行控制数据、指定的环境条件(例如，气压、空气密度、风速、环境温度和/或湿度)和/或UAV的固定性质(例如，尺寸、重量、功率规格和/或空气动力形态)中的任何一个或全部的组合来计算输出。来自物理模型的输出可以传送至一个或多个虚拟传感器407。虚拟传感器407可以基于来自物理模型408的一个或多个输出而生成传感器数据。虚拟传感器407可以将生成的传感器数据传输至传感器层405。传感器层405可以是被配置用于预处理或标记虚拟传感器数据并将该虚拟传感器数据传输至IMU 404的模块。在UAV的模拟模式和飞行模式中可以使用相同的传感器层。IMU 404可以进一步处理虚拟传感器数据以生成可由飞行控制器使用的参数。IMU 404可以生成姿态、加速度、速度、陀螺仪数据、磁力计数据、压力和/或位置数据(例如，GPS数据)。IMU 404可以将生成的数据传输至飞行控制器403。当UAV处于模拟模式时，飞行控制器403可以向遥控器402和/或显示设备401提供反馈。当UAV处于模拟模式时，可以在遥控器402与显示设备401之间传递数据。
在模拟模式中，显示设备可以接收来自UAV机载的飞行控制系统的模拟飞行数据。所述模拟飞行数据可以直接从UAV机载的飞行控制器传输到显示设备，或者该数据可以从飞行控制器传输到遥控器并继而从遥控器传输到显示设备。显示设备可以包括非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质包含用于执行飞行模拟的指令。用于执行飞行模拟的指令可以本地储存在显示设备中的存储器存储器件上，或者储存在不位于该显示设备上的、与该显示设备通信的另一主机设备上的存储器存储器件上。显示设备可以包括能够以2D或3D渲染描绘模拟数据的屏幕。显示设备可以是移动电话(例如，智能电话)、平板计算机、台式计算机、膝上型计算机、虚拟现实头戴装置或者与计算机设备通信的电视或投影仪。在一些情况下，显示设备可以包括触摸屏、LCD屏或等离子屏。
图5示出了飞行模拟模式操作的可能的数据流示例的流程图。用户可以向运行于显示设备502上的应用程序(“app”)或软件程序提供“开始”或“开启”命令501。当该app正在运行时，显示设备可以从遥控器503请求数据。遥控器503可以向UAV机载的飞行控制器504发送数据。该数据可以是飞行控制命令。飞行控制命令可以是对于在UAV机上生成模拟飞行数据有用的数据。例如，飞行控制命令可以是用于增减UAV速度、改变高度、改变航向、围绕航向轴或横滚轴旋转或执行自动驾驶动作的指令。来自遥控器的飞行控制命令可以由用户生成。飞行控制命令可以通过遥控器上的物理界面而输入至该遥控器。在一个示例中，物理界面可以是一个或多个操纵杆、滚动球、旋钮、按钮或触摸屏。飞行控制器可以将来自遥控器的数据发送至物理模型505。飞行控制器504可以在将来自遥控器的数据传输至物理模型505之前对该数据进行处理。物理模型505可以使用与虚拟传感器模型及UAV机载的IMU通信的数学模型来生成虚拟飞行数据。虚拟飞行数据可以传送至飞行控制器504。飞行控制器504可以计算和/或处理该虚拟飞行数据(例如，进行脉宽调制(PWM))并将该数据传输至遥控器503。遥控器503继而可以将该数据传输至显示设备502。显示设备502可以通过该显示设备上的显示屏或用户界面向用户展示该数据。显示设备502可以提供模拟飞行状态信息的视觉显示。该数据可以显示为2D或3D渲染。在一些情况下，该数据可以显示为图表或表格。当用户完成飞行模拟时，可以向显示设备传送“停止”或“关闭”信号以终止模拟506。
显示设备可以通过有线或无线连接而与遥控器通信。在一些情况下，有线连接可以是USB连接。遥控器可以接收来自UAV机载的飞行控制系统的模拟飞行数据。所述模拟飞行数据可以在其被传送至显示设备之前由遥控器修改。在一些情况下，模拟飞行数据可以在被传送至显示设备之前不由遥控器修改。在一些情况下，飞行模拟可以在不连接至UAV机载的飞行控制系统的情况下操作。飞行模拟可以在遥控器与显示设备之间连接的情况下执行。显示设备可以直接接收来自遥控器的指令并且显示设备可以生成飞行模拟而不与UAV机载的飞行控制器通信。
在一些实施方式中，遥控器和显示设备可以不被配置成直接通信。在一个示例中，显示设备可被配置用于从UAV机载的飞行控制系统直接接收模拟飞行数据。显示设备可以仅当UAV处于模拟模式时从飞行控制系统接收模拟飞行数据。显示设备可以通过有线或无线连接而与UAV机载的飞行控制系统通信。飞行控制系统可以向显示设备传输模拟飞行状态信息。UAV还可被配置成与配置用于在飞行模式或模拟模式中控制UAV的飞行的遥控器通信。同一控制器可以用于在模拟模式和飞行模式中控制UAV。在飞行模式中，传送至UAV的飞行控制数据可以传输至UAV机载的一个或多个动力单元。在模拟模式中，传送至UAV的飞行控制数据可以传输至物理模型以生成模拟飞行数据。所述模拟飞行数据可以由飞行控制系统从来自遥控器的飞行控制数据、来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据以及来自UAV机载的物理模型的一个或多个输出而生成。显示设备可以响应于从飞行控制系统接收到的模拟飞行数据而显示UAV的模拟飞行状态信息。
UAV的模拟飞行可以包括在飞行控制系统处接收飞行控制信号。该飞行控制系统可以位于UAV上或位于显示设备上。飞行控制信号可以是从遥控器传输的。该遥控器可以由用户实时操作，或者该遥控器可以接收来自由用户预编程的处理器的输入以响应于开始命令而提供一系列飞行控制信号。飞行控制信号可以是用以执行分立的任务或动作的指令。在一个示例中，所述分立的任务或动作可以是将速度增减固定量或百分比、在特定方向上转动指定的度数或者将高度增减固定量或百分比。在一些情况下，飞行控制信号可以包括用于预定飞行序列的命令。在一个示例中，预定飞行序列可以是自动驾驶功能(例如，自动起飞、自动降落或者在指定距离上自动驾驶飞行)、执行预编程的任务、UAV向UAV的飞行起始点的自动返航、UAV的自主悬停和/或UAV的姿态保持飞行。预编程的任务可以包括飞行至一个或多个特定位置，并操作机载传感器从所述一个或多个位置收集和/或传输数据或者不操作机载传感器。飞行控制系统可以生成用于或关于执行分立的任务或动作或者预定飞行序列的模拟飞行数据。
自动驾驶功能可以是自主起飞或降落。自主起飞可以包括开启一个或多个动力单元并生成足以离开表面的升力。自主起飞可以附加地包括调节UAV的旋转和平移以保持稳定性。一旦UAV到达起飞表面之上的指定高度并实现稳定性，UAV可以退出自动驾驶功能并且用户可以控制UAV。类似地，在自主降落期间，UAV可以在保持稳定性的同时接近表面，并且在降落于表面上之后关闭所述一个或多个动力单元。在姿态保持飞行期间，UAV可以在与表面或障碍物保持指定距离的同时在指定方向上飞行。
模拟飞行数据可以显示在显示设备的视觉显示器或用户界面上。所述视觉显示器可以是处于模拟环境中的UAV的图像。UAV可以对应于由控制器提供的飞行数据而在显示器中实时地清晰表示。该显示器可以是在环境的3D渲染中的模拟环境的图像或动画。模拟飞行数据能够以模拟飞行状态信息的形式来显示。模拟飞行状态信息可以包括UAV在环境中的位置、与环境中的特征的距离、UAV的速度、UAV的加速度、UAV的方向航向和/或UAV上的一个或多个系统的健康状况。
图6示出了可在UAV的模拟飞行期间显示在显示设备的视觉显示器上的数据601的示例。所述视觉显示器可以显示在屏幕上，或者由显示设备投射到屏幕上。该屏幕可以是等离子屏、LCD显示器或触摸屏。数据可以示出UAV 602相对于模拟环境的图像。在模拟中示出的UAV 602可以是UAV的通用图像。或者，在模拟中示出的UAV 602可以具有对应于选定的UAV款式和/或型号的特定特征。在一些情况下，UAV款式和/或型号可以由用户指定。或者，UAV款式和/或型号可以由飞行控制系统指定。模拟环境可以随机选择，或者由用户从一组环境中选择。环境的特征可以保存在位于显示设备上或位于UAV上的存储器存储器件上。在一些情况下，环境可以是在先前由UAV执行的真实飞行中所遇到的环境。在由UAV在该环境中进行的先前飞行中收集的传感器数据可以用于在虚拟模拟中重建该环境。可以使用限定障碍物位置和环境条件(例如，风速、气压、空气密度和湿度)的传感器数据来重建模拟中的环境。该模拟环境可以包括障碍物603。视觉显示器可以示出模拟环境的地图。该地图可以包括该环境的地貌。用户可以在模拟环境中控制UAV以避开障碍物603和/或与障碍物603相互作用，障碍物可以是该环境中的地貌特征。视觉显示器可以进一步包括文本框604。文本框604可以显示示出定量模拟飞行数据的图表、曲线图或表格。在一个示例中，文本框可以显示可有助于控制UAV飞行的行进距离、在全局或局部坐标中的当前位置、平均速度、当前速度、高度、航向、剩余电池电量、当前风速或其他定量数据。用户可以指定要在文本框604中显示的数据的量和类型。
可以在显示设备上的用户界面或显示屏中向用户提供警告和/或提示。该提示和/或警告可以在UAV进入虚拟环境的指定区域时发生。在一些情况下，提示和/或警告可以当UAV的飞行状态处于阈值内时提供。当UAV失控时、当发生起落架变形时、当UAV电池极低时或者当检测到另一飞行危险时，可以提供提示和/或警告。例如，当UAV超过阈值速度、低于阈值速度、低于剩余电池电量或者超过或低于阈值高度时，可以提供提示和/或警告。警告和/或提示可以通过音频或视觉刺激而提供给用户。在一个示例中，音频刺激可以是哔哔声、嗡嗡声或口述命令。视觉刺激可以是显示设备上的显示屏上的弹出横幅或窗口。例如，视觉刺激可以是如图7中所示的具有文本指令的跨屏幕横幅。在一些情况下，刺激可以是提示用户启动预定飞行序列。在一个示例中，可显示在屏幕上的提示可以是“停止控制”、“启动自主降落”、“悬停”、“增大速度”、“减小速度”或“自动返航”。该提示能够以两级提供。在第一级中，提示可以指挥用户一般地启动预定飞行序列。如果用户不在预定时间间隔内启动正确的预定飞行序列，则可以提供第二提示，该第二提示指定应当执行哪个预定飞行序列。在一些情况下，用户可以禁用提示和/或警告。
无人飞行器(UAV)可以具有一个或多个传感器。UAV可以包括一个或多个视觉传感器，诸如图像传感器。例如，图像传感器可以是单目相机、立体视觉相机、雷达、声呐或红外相机。UAV还可以包括其他可用于确定UAV的位置的传感器，诸如全球定位系统(GPS)传感器、可用作惯性测量单元(IMU)的一部分或者与其分开使用的惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、磁力计)、激光雷达、超声传感器、声传感器、WiFi传感器。UAV可以具有位于UAV机载的传感器，该传感器直接从环境收集信息，而不为了附加信息或处理而联系UAV机外的额外组件。例如，直接在环境中收集数据的传感器可以是视觉或音频传感器。或者，UAV可以具有位于UAV机上但联系UAV机外的一个或多个组件以收集关于环境的数据的传感器。例如，联系UAV机外的组件以收集关于环境的数据的传感器可以是GPS传感器或另一传感器，该传感器依赖于到另一设备的连接，诸如到卫星、塔、路由器、服务器或其他外部设备的连接。传感器的各个示例可以包括但不限于：位置传感器(例如，全球定位系统(GPS)传感器、支持位置三角测量法的移动设备发射器)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外光或紫外光的成像设备，诸如相机)、距离或范围传感器(例如，超声传感器、激光雷达、飞行时间(Time-Of-Flight)或深度相机)、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、惯性测量单元(IMU))、高度传感器、姿态传感器(例如，罗盘)、压力传感器(例如，气压计)、音频传感器(例如，麦克风)或场传感器(例如，磁力计、电磁传感器)。可以使用任何合适数目和组合的传感器，诸如一个、两个、三个、四个、五个或更多个传感器。可选地，可以从不同类型(例如，两种、三种、四种、五种或更多种类型)的传感器接收数据。不同类型的传感器可以测量不同类型的信号或信息(例如，位置、朝向、速度、加速度、距离、压力等)以及/或者利用不同类型的测量技术来获得数据。例如，传感器可以包括主动式传感器(例如，生成和测量来自其自身能源的能量的传感器)和被动式传感器(例如，检测可用能量的传感器)的任何合适的组合。又例如，一些传感器可以生成依据全局坐标系提供的绝对测量数据(例如，由GPS传感器提供的位置数据、由罗盘或磁力计提供的姿态数据)，而其他传感器可以生成依据局部坐标系提供的相对测量数据(例如，由陀螺仪提供的相对角速度；由加速度计提供的相对平移加速度；由视觉传感器提供的相对姿态信息；由超声传感器、激光雷达或飞行时间相机提供的相对距离信息)。UAV机上或机外的传感器可以收集信息，诸如UAV的位置、其他物体的位置、UAV的朝向或者环境信息。单个传感器可以能够在环境中收集完整的一组信息，或者一组传感器可以共同工作以在环境中收集完整的一组信息。传感器可以用于位置的绘图、位置之间的导航、障碍物的检测或者目标的检测。传感器可以用于对环境或感兴趣的主体的监视。
本文对UAV的任何描述均可适用于任何类型的可移动物体。对UAV的描述可以适用于任何类型的无人的可移动物体(例如，其可以穿越天空、陆地、水体或空间)。UAV可以能够响应于来自遥控器的命令。遥控器可以不连接至UAV，该遥控器可以从一定距离与该UAV无线通信。在一些情况下，UAV可以能够自主地或半自主地工作。UAV可以能够遵循一组预编程的指令。在一些情况下，UAV可以通过响应于来自遥控器的一个或多个命令而半自主地工作，而否则自主地工作。例如，来自遥控器的一个或多个命令可以根据一个或多个参数而发起由UAV进行的一系列自主或半自主行动。
UAV可以是飞行器。UAV可以具有可允许该UAV在空中四处移动的一个或多个动力单元。所述一个或多个动力单元可以使得UAV能够关于一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个自由度移动。在一些情况下，UAV可以能够围绕一个、两个、三个或更多个旋转轴旋转。旋转轴可以彼此正交。旋转轴可以在UAV的整个飞行过程中保持彼此正交。旋转轴可以包括俯仰轴、横滚轴和/或航向轴。UAV可以能够沿着一个或多个维度移动。例如，UAV可以能够由于一个或多个旋翼所生成的升力而向上移动。在一些情况下，UAV可以能够沿着Z轴(其可以是相对于UAV的朝向而向上的)、X轴和/或Y轴(其可以是横向的)移动。UAV可以能够沿着一个、两个或三个可彼此正交的轴移动。
UAV可以是旋翼航空器。在一些情况下，UAV可以是可包括多个旋翼的多旋翼航空器。所述多个旋翼可以能够旋转以便为UAV生成升力。旋翼可以是动力单元，其可以使得UAV能够在空中自由移动。旋翼可以按同一速率旋转以及/或者可以生成等量的升力或推力。旋翼可以可选地以不同的速率旋转，这可以生成不等量的升力或推力以及/或者允许UAV旋转。在一些情况下，可以在UAV上提供一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个旋翼。可以布置旋翼以使得它们的旋转轴彼此平行。在一些情况下，旋翼可以具有相对于彼此成任何角度的旋转轴，这可以影响UAV的运动。
所示的UAV可以具有多个旋翼。所述旋翼可以连接至UAV的机身，该机身可以包括控制单元、一个或多个传感器、处理器和电源。传感器可以包括视觉传感器和/或可收集关于UAV环境的信息的其他传感器。来自传感器的信息可以用于确定UAV的位置。旋翼可以经由可从机身的中心部分分出的一个或多个臂或延伸物而连接至该机身。例如，一个或多个臂可以从UAV的中央机身径向延伸，并且在所述臂的末端或其附近可以具有旋翼。
通过保持和/或调节向UAV的一个或多个动力单元的输出，可以控制该UAV的垂直位置和/或速度。例如，增大UAV的一个或多个旋翼的旋转速度可以有助于使该UAV增加高度或者以更快的速率增加高度。增大所述一个或多个旋翼的旋转速度可以增大旋翼的推力。减小UAV的一个或多个旋翼的旋转速度可以有助于使UAV降低高度或者以更快的速率降低高度。减小所述一个或多个旋翼的旋转速度可以减小所述一个或多个旋翼的推力。当UAV起飞时，可以将可提供给动力单元的输出从其先前的降落状态增大。当UAV降落时，可以将提供给动力单元的输出从其先前的飞行状态减小。UAV可被配置成以基本上垂直的方式起飞和/或降落。
通过保持和/或调节向UAV的一个或多个动力单元的输出，可以控制该UAV的横向位置和/或速度。UAV的高度和UAV的一个或多个旋翼的旋转速度可以影响UAV的横向移动。例如，UAV可以倾斜于特定的方向以在该方向上移动，而UAV的旋翼的速度可以影响横向移动的速度和/或移动轨迹。可以通过改变或保持UAV的一个或多个旋翼的旋转速度来控制该UAV的横向位置和/或速度。
UAV可以具有小尺寸。UAV可以能够由人类搬运和/或携带。UAV可以能够由人类单手携带。
UAV可以具有不超过100cm的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、对角线、直径)。在一些情况下，该最大尺寸可以小于或等于1mm、5mm、1cm、3cm、5cm、10cm、12cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm、85cm、90cm、95cm、100cm、110cm、120cm、130cm、140cm、150cm、160cm、170cm、180cm、190cm、200cm、220cm、250cm或300cm。可选地，UAV的最大尺寸可以大于或等于本文所描述的任何值。UAV可以具有落在本文所描述的任何两个值之间的范围内的最大尺寸。
UAV可以是轻型的。例如，UAV的重量可以小于或等于1mg、5mg、10mg、50mg、100mg、500mg、1g、2g、3g、5g、7g、10g、12g、15g、20g、25g、30g、35g、40g、45g、50g、60g、70g、80g、90g、100g、120g、150g、200g、250g、300g、350g、400g、450g、500g、600g、700g、800g、900g、1kg、1.1kg、1.2kg、1.3kg、1.4kg、1.5kg、1.7kg、2kg、2.2kg、2.5kg、3kg、3.5kg、4kg、4.5kg、5kg、5.5kg、6kg、6.5kg、7kg、7.5kg、8kg、8.5kg、9kg、9.5kg、10kg、11kg、12kg、13kg、14kg、15kg、17kg或20kg。UAV可以具有大于或等于本文所描述的任何值的重量。UAV可以具有落在本文所描述的任何两个值之间的范围内的重量。
本文所描述的系统、设备和方法可以适用于多种可移动物体。如前文所述，本文对诸如UAV等飞行器的任何描述均可适用于和用于任何可移动物体。本文对飞行器的任何描述均可具体适用于UAV。本发明的可移动物体可被配置用于在任何合适的环境内移动，诸如在空中(例如，固定翼航空器、旋翼航空器或者既不具有固定翼也不具有旋翼的航空器)、在水中(例如，船舶或潜艇)、在地面上(例如，机动车，诸如轿车、卡车、公交车、厢式货车、摩托车、自行车；可移动构造物或框架，诸如棒状物、钓鱼竿；或者火车)、在地下(例如，地铁)、在太空(例如，航天飞机、卫星或探测器)，或者这些环境的任何组合。可移动物体可以是载具，诸如本文其他各处所描述的载具。在一些实施方式中，可移动物体可以由诸如人类或动物等活体所携带，或者从活体起飞。合适的动物可以包括禽类、犬类、猫类、马类、牛类、羊类、猪类、海豚、啮齿类或昆虫。
可移动物体可以能够在所述环境内关于六个自由度(例如，三个平移自由度和三个旋转自由度)而自由移动。或者，可移动物体的移动可能关于一个或多个自由度受到约束，诸如由预定路径、轨迹或朝向所约束。所述移动可以由诸如引擎或马达等任何合适的致动机构所致动。可移动物体的致动机构可以由任何合适的能源提供动力，所述能源诸如为电能、磁能、太阳能、风能、引力能、化学能、核能或者其任何合适的组合。可移动物体可以如本文其他各处所述，经由动力系统而自推进。所述动力系统可以可选地依靠能源运行，所述能源诸如为电能、磁能、太阳能、风能、引力能、化学能、核能或者其任何合适的组合。或者，可移动物体可以由生物所携带。
在一些情况下，所述可移动物体可以是飞行器。例如，飞行器可以是固定翼航空器(例如，飞机、滑翔机)、旋翼航空器(例如，直升机、旋翼飞机)、同时具有固定翼和旋翼的航空器或者既无固定翼又无旋翼的航空器(例如，飞艇、热气球)。飞行器可以是自推进式，诸如在空中自推进。自推进式飞行器可以利用动力系统，诸如包括一个或多个引擎、马达、轮子、轮轴、磁体、旋翼、螺旋桨、桨叶、喷嘴或者其任何合适组合的动力系统。在一些情况下，动力系统可以用于使可移动物体能够从表面起飞、降落在表面上、保持其当前位置和/或朝向(例如，悬停)、改变朝向和/或改变位置。
可移动物体可以由用户遥控或者由可移动物体之内或之上的乘员在本地控制。可移动物体可以经由单独的载具内的乘员来遥控。在一些实施方式中，可移动物体是无人的可移动物体，诸如UAV。无人的可移动物体，诸如UAV，可以不具有搭乘该可移动物体的乘员。可移动物体可以由人类或自主控制系统(例如，计算机控制系统)或者其任何合适的组合来控制。可移动物体可以是自主式或半自主式机器人，诸如配置有人工智能的机器人。
可移动物体可以具有任何合适的大小和/或尺寸。在一些实施方式中，可移动物体可以具有能容纳人类乘员身处载具之内或之上的大小和/或尺寸。或者，可移动物体可以具有比能够容纳人类乘员身处载具之内或之上的大小和/或尺寸更小的大小/或尺寸。可移动物体可以具有适合于由人类搬运或携带的大小和/或尺寸。或者，可移动物体可以大于适合由人类搬运或携带的大小和/或尺寸。在一些情况下，可移动物体可以具有的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线)小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。该最大尺寸可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。例如，可移动物体的相对的旋翼的轴之间的距离可以小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。或者，相对的旋翼的轴之间的距离可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。
在一些实施方式中，可移动物体可以具有小于100cm x 100cm x 100cm、小于50cmx 50cm x 30cm或小于5cm x 5cm x 3cm的体积。可移动物体的总体积可以小于或等于约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或10m3。相反地，可移动物体的总体积可以大于或等于约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或10m3。
在一些实施方式中，可移动物体可以具有的占地面积(这可以指由所述可移动物体所包围的横截面面积)小于或等于约：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。相反地，所述占地面积可以大于或等于约：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。
在一些情况下，可移动物体可以不超过1000kg重。可移动物体的重量可以小于或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。相反地，所述重量可以大于或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。
在一些实施方式中，可移动物体相对于该可移动物体所携带的负荷可以较小。如本文其他各处进一步详述，所述负荷可以包括负载和/或载体。在一些示例中，可移动物体的重量与负荷重量之比可以大于、小于或等于约1:1。在一些情况下，可移动物体的重量与负荷重量之比可以大于、小于或等于约1:1。可选地，载体重量与负荷重量之比可以大于、小于或等于约1:1。当需要时，可移动物体的重量与负荷重量之比可以小于或等于：1:2、1:3、1:4、1:5、1:10或者甚至更小。相反地，可移动物体的重量与负荷重量之比还可以大于或等于：2:1、3:1、4:1、5:1、10:1或者甚至更大。
在一些实施方式中，可移动物体可以具有低能耗。例如，可移动物体可以使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。在一些情况下，可移动物体的载体可以具有低能耗。例如，所述载体可以使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。可选地，可移动物体的负载可以具有低能耗，诸如小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。
图8图示了根据本发明的实施方式的无人飞行器(UAV)800。该UAV可以是本文所述的可移动物体的示例。UAV 800可以包括具有四个旋翼802、804、806和808的动力系统。可以提供任何数目的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个)。无人飞行器的旋翼、旋翼组装件或其他动力系统可使该无人飞行器能够悬停/保持位置、改变朝向和/或改变位置。相对的旋翼的轴之间的距离可以是任何合适的长度810。例如，长度810可以小于或等于2m，或者小于或等于5m。在一些实施方式中，长度810可以在从40cm到1m、从10cm到2m或者从5cm到5m的范围内。本文对UAV的任何描述均可适用于可移动物体，诸如不同类型的可移动物体，并且反之亦然。UAV可以使用如本文所描述的辅助起飞系统或方法。
在一些实施方式中，可移动物体可以被配置用于携带负荷。该负荷可以包括乘客、货物、设备、仪器等之中的一种或多种。该负荷可以提供在外壳内。该外壳可以与可移动物体的外壳相分离，或者是可移动物体的外壳的一部分。或者，负荷可以具备外壳，而可移动物体不具有外壳。或者，负荷的一些部分或者整个负载可以在不具有外壳的情况下提供。负荷可以相对于所述可移动物体刚性固定。可选地，负荷可以是相对于可移动物体可以移动的(例如，可以相对于可移动物体平移或旋转)。如本文其他各处所描述，所述负荷可以包括负载和/或载体。
在一些实施方式中，可移动物体、载体和负载相对于固定参考系(例如，周围环境)和/或相对于彼此的移动可以由终端来控制。所述终端可以是处于远离所述可移动物体、载体和/或负载的位置处的遥控设备。终端可以安置于支撑平台上或者固定至支撑平台。或者，终端可以是手持式或可穿戴式设备。例如，终端可以包括智能电话、平板计算机、膝上型计算机、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或者其合适的组合。终端可以包括用户接口，诸如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或显示器。任何合适的用户输入均可用于与终端交互，诸如手动输入命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如，经由终端的移动、位置或倾斜)。
终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载的任何合适的状态。例如，终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载相对于固定参考物从和/或相对于彼此的位置和/或朝向。在一些实施方式中，终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载的单独元件，诸如载体的致动组装件、负载的传感器或者负载的发射体。终端可以包括适于与可移动物体、载体或负载中的一个或多个相通信的无线通信设备。
终端可以包括用于查看可移动物体、载体和/或负载的信息的合适的显示单元。例如，终端可被配置用于显示可移动物体、载体和/或负载的信息，所述信息关于位置、平移速度、平移加速度、朝向、角速度、角加速度或其任何合适的组合。在一些实施方式中，终端可以显示由负载提供的信息，诸如由功能性负载提供的数据(例如，由相机或其他图像捕捉设备记录的图像)。
可选地，同一终端可以同时控制可移动物体、载体和/或负载或者所述可移动物体、载体和/或负载的状态，以及接收和/或显示来自所述可移动物体、载体和/或负载的信息。例如，终端可以控制负载相对于环境的定位，同时显示由负载捕捉的图像数据，或者关于负载的位置的信息。或者，不同的终端可以用于不同的功能。例如，第一终端可以控制可移动物体、载体和/或负载的移动或状态，而第二终端可以接收和/或显示来自可移动物体、载体和/或负载的信息。例如，第一终端可以用于控制负载相对于环境的定位，而第二终端显示由该负载捕捉的图像数据。可以在可移动物体与同时控制该可移动物体并接收数据的集成式终端之间，或者在可移动物体与同时控制该可移动物体并接收数据的多个终端之间利用各种通信模式。例如，可以在可移动物体与同时控制该可移动物体并接收来自该可移动物体的数据的终端之间形成至少两种不同的通信模式。
图9图示了根据实施方式的、包括载体902和负载904的可移动物体900。虽然可移动物体900被描绘为航空器，但这样的描绘并不旨在成为限制性的，并且如前文所述可以使用任何合适类型的可移动物体。本领域技术人员将会理解，本文在航空器系统的情景下描述的任何实施方式均可适用于任何合适的可移动物体(例如，UAV)。在一些情况下，可以在可移动物体900上提供负载904而无需载体902。可移动物体900可以包括动力机构906、感测系统908和通信系统910。
如前文所述，动力机构906可以包括旋翼、螺旋桨、桨叶、引擎、马达、轮子、轮轴、磁体或喷嘴中的一种或多种。可移动物体可以具有一个或多个、两个或更多个、三个或更多个或者四个或更多个动力机构。动力机构可以全都是同一类型。或者，一个或多个动力机构可以是不同类型的动力机构。动力机构906可以使用任何合适的装置而安装在可移动物体900上，所述装置诸如为本文其他各处所述的支撑元件(例如，驱动轴)。动力机构906可以安装在可移动物体900的任何合适的部分上，诸如顶部、底部、前面、后面、侧面或其合适的组合。
在一些实施方式中，动力机构906可以使得可移动物体900能够从表面垂直地起飞或者垂直地降落在表面上，而无需可移动物体900的任何水平移动(例如，无需沿着跑道行进)。可选地，动力机构906可以可操作地允许可移动物体900以指定位置和/或朝向悬停于空中。一个或多个动力机构900可以独立于其他动力机构得到控制。或者，动力机构900可被配置成同时受到控制。例如，可移动物体900可以具有多个水平朝向的旋翼，所述旋翼可以向该可移动物体提供升力和/或推力。可以致动所述多个水平朝向的旋翼以向可移动物体900提供垂直起飞、垂直降落以及悬停能力。在一些实施方式中，所述水平朝向的旋翼中的一个或多个可以在顺时针方向上旋转，同时所述水平旋翼中的一个或多个可以在逆时针方向上旋转。例如，顺时针旋翼的数目可以等于逆时针旋翼的数目。每个水平朝向的旋翼的旋转速率可独立地改变，以便控制由每个旋翼产生的升力和/或推力，并从而调节可移动物体900的空间排列、速度和/或加速度(例如，关于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度)。
感测系统908可以包括一个或多个传感器，所述传感器可以感测可移动物体900的空间排列、速度和/或加速度(例如，关于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度)。所述一个或多个传感器可以包括全球定位系统(GPS)传感器、运动传感器、惯性传感器、距离传感器或图像传感器。由感测系统908提供的感测数据可以用于控制可移动物体900的空间排列、速度和/或朝向(例如，使用合适的处理单元和/或控制模块，如下文所述)。或者，感测系统908可以用于提供关于可移动物体周围环境的数据，诸如气象条件、距潜在障碍物的距离、地理特征的位置、人造构造物的位置等。
通信系统910支持经由无线信号916与具有通信系统914的终端912的通信。通信系统910、通信系统914可以包括任何数目的适合于无线通信的发射器、接收器和/或收发器。所述通信可以是单向通信，使得数据只能在一个方向上传输。例如，单向通信可以仅涉及可移动物体900向终端912传输数据，或者反之亦然。数据可以从通信系统910的一个或多个发射器传输至通信系统912的一个或多个接收器，或者反之亦然。或者，所述通信可以是双向通信，使得数据在可移动物体900与终端912之间的两个方向上均可传输。双向通信可以涉及从通信系统910的一个或多个发射器向通信系统914的一个或多个接收器传输数据，并且反之亦然。
在一些实施方式中，终端912可以向可移动物体900、载体902和负载904中的一个或多个提供控制数据，以及从可移动物体900、载体902和负载904中的一个或多个接收信息(例如，可移动物体、载体或负载的位置和/或运动信息；由负载感测的数据，诸如由负载相机捕捉的图像数据)。在一些情况下，来自终端的控制数据可以包括针对可移动物体、载体和/或负载的相对位置、移动、致动或控制的指令。例如，控制数据可以导致可移动物体的位置和/或朝向的修改(例如，经由动力机构906的控制)，或者负载相对于可移动物体的移动(例如，经由载体902的控制)。来自终端的控制数据可以导致对负载的控制，诸如对相机或其他图像捕捉设备的操作的控制(例如，拍摄静态或移动图片、放大或缩小、开启或关闭、切换成像模式、改变图像分辨率、改变聚焦、改变景深、改变曝光时间、改变视角或视野)。在一些情况下，来自可移动物体、载体和/或负载的通信可以包括来自一个或多个传感器(例如，感测系统908的或负载904的传感器)的信息。所述通信可以包括来自一种或多种不同类型的传感器(例如，GPS传感器、运动传感器、惯性传感器、距离传感器或图像传感器)的感测到的信息。这样的信息可以关于可移动物体、载体和/或负载的位置(例如，位置、朝向)、移动或加速度。来自负载的这样的信息可以包括由该负载捕捉的数据或该负载的感测到的状态。由终端912提供并传输的控制数据可被配置用于控制可移动物体900、载体902或负载904中的一个或多个的状态。备选地或组合地，载体902和负载904还可以各自包括通信模块，该通信模块被配置用于与终端912通信，以使得该终端可独立地与可移动物体900、载体902和负载904中的每一个通信和对其加以控制。
在一些实施方式中，可移动物体900可被配置用于与另一远程设备相通信——附加于终端912或代替终端912。终端912也可被配置用于与另一远程设备以及可移动物体900相通信。例如，可移动物体900和/或终端912可以与另一可移动物体或者另一可移动物体的载体或负载相通信。当需要时，所述远程设备可以是第二终端或其他计算设备(例如，计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话或其他移动设备)。远程设备可被配置用于向可移动物体900传输数据、从可移动物体900接收数据、向终端912传输数据以及/或者从终端912接收数据。可选地，远程设备可以连接至因特网或其他电信网络，以使得从可移动物体900和/或终端912接收的数据可被上传至网站或服务器。
图10是根据实施方式的、用于控制可移动物体的系统1000的通过框图来说明的示意图。系统1000可以与本文所公开的系统、设备和方法的任何合适的实施方式结合使用。系统1000可以包括感测模块1002、处理单元1004、非暂时性计算机可读介质1006、控制模块1008和通信模块1010。
感测模块1002可以利用以不同方式收集与可移动物体有关的信息的不同类型的传感器。不同类型的传感器可以感测不同类型的信号或者来自不同来源的信号。例如，所述传感器可以包括惯性传感器、GPS传感器、距离传感器(例如，激光雷达)或视觉/图像传感器(例如，相机)。感测模块1002可以可操作地耦合至具有多个处理器的处理单元1004。在一些实施方式中，感测模块可以可操作地耦合至传输模块1012(例如，Wi-Fi图像传输模块)，该传输模块被配置用于向合适的外部设备或系统直接传输感测数据。例如，传输模块1012可以用于向远程终端传输由感测模块1002的相机捕捉的图像。
处理单元1004可以具有一个或多个处理器，诸如可编程处理器(例如，中央处理器(CPU))。处理单元1004可以可操作地耦合至非暂时性计算机可读介质1006。非暂时性计算机可读介质1006可以储存可由处理单元1004执行的逻辑、代码和/或程序指令，用以执行一个或多个步骤。非暂时性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移动介质或外部存储，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些实施方式中，来自感测模块1002的数据可直接传送至并储存于非暂时性计算机可读介质1006的存储器单元内。非暂时性计算机可读介质1006的存储器单元可以储存可由处理单元1004执行的逻辑、代码和/或程序指令，用以执行本文所描述的方法的任何合适的实施方式。例如，处理单元1004可被配置用于执行指令，从而使处理单元1004的一个或多个处理器分析由感测模块产生的感测数据。存储器单元可以储存要由处理单元1004处理的、来自感测模块的感测数据。在一些实施方式中，非暂时性计算机可读介质1006的存储器单元可以用于储存由处理单元1004产生的处理结果。
在一些实施方式中，处理单元1004可以可操作地耦合至控制模块1008，该控制模块1008被配置用于控制可移动物体的状态。例如，控制模块1008可被配置用于控制可移动物体的动力机构以调节可移动物体关于六个自由度的空间排列、速度和/或加速度。备选地或组合地，控制模块1008可以控制载体、负载或感测模块的状态中的一个或多个。
处理单元1004可以可操作地耦合至通信模块1010，该通信模块1010被配置用于传输数据和/或接收来自一个或多个外部设备(例如，终端、显示设备或其他遥控器)的数据。可以使用任何合适的通信手段，诸如有线通信或无线通信。例如，通信模块1010可以利用局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外线、无线电、WiFi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等之中的一种或多种。可选地，可以使用中继站，诸如塔、卫星或移动台。无线通信可以依赖于距离或独立于距离。在一些实施方式中，通信可能需要或者可能不需要视线。通信模块1010可以传输和/或接收来自感测模块1002的感测数据、由处理单元1004产生的处理结果、预定控制数据、来自终端或遥控器的用户命令等之中的一个或多个。
系统1000的组件可以按任何合适的配置来布置。例如，系统1000的一个或多个组件可以位于可移动物体、载体、负载、终端、感测系统或与上述的一个或多个相通信的附加的外部设备上。此外，虽然图10描绘了单一处理单元1004和单一非暂时性计算机可读介质1006，但本领域技术人员将会理解，这并不旨在成为限制性的，并且系统1000可以包括多个处理单元和/或非暂时性计算机可读介质。在一些实施方式中，所述多个处理单元和/或非暂时性计算机可读介质中的一个或多个可以位于不同的位置，诸如在可移动物体、载体、负载、终端、感测模块、与上述的一个或多个相通信的附加的外部设备上或其合适的组合，以使得由系统1000执行的处理和/或存储器功能的任何合适的方面可以发生于一个或多个上述位置处。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。本领域技术人员现将会在不偏离本发明的情况下想到许多更改、改变和替代。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的方法和构造物及其等效项。

Claims (20)

1.一种操作无人飞行器(UAV)的方法，所述方法包括：
接收指示出所述无人飞行器是处于飞行模式还是模拟模式的无人飞行器模式信号；
在所述无人飞行器机载的飞行控制系统处，接收来自遥控器的飞行控制数据，所述遥控器被配置用于：当所述无人飞行器处于飞行模式时与所述无人飞行器通信并且控制所述无人飞行器在真实环境中的飞行；
在所述无人飞行器模式信号指示出所述无人飞行器处于所述模拟模式时，在所述飞行控制系统处，基于下列至少两项而生成模拟飞行数据：(1)来自所述遥控器的所述飞行控制数据、(2)来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据以及(3)当所述无人飞行器处于所述飞行模式时由所述无人飞行器机载或所述无人飞行器之外的真实传感器收集的真实传感器数据；
将来自所述飞行控制系统的所述模拟飞行数据传输至所述遥控器或包括视觉显示器的显示设备。
2.一种操作无人机飞行器(UAV)的方法，所述方法包括：
接收指示出所述无人飞行器是处于飞行模式还是模拟模式的无人飞行器模式信号；
在所述无人飞行器机载的飞行控制系统处，接收来自遥控器的飞行控制数据，所述遥控器被配置用于：当所述无人飞行器处于飞行模式时与所述无人飞行器通信并且控制所述无人飞行器在真实环境中的飞行；以及
在所述飞行控制系统处，基于下列至少一项而生成飞行数据：(1)来自所述遥控器的所述飞行控制数据、(2)当所述无人飞行器处于所述飞行模式时由所述无人飞行器机载或所述无人飞行器之外的真实传感器收集的真实传感器数据以及(3)来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据；
其中，当所述无人飞行器处于所述飞行模式时，一个或多个飞行信号能够被传送至所述无人飞行器的一个或多个动力单元，以实现所述无人飞行器的飞行，并且，当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，一个或多个飞行信号将不被传送至所述无人飞行器的一个或多个动力单元。
3.一种操作无人飞行器(UAV)的方法，所述方法包括：
在所述无人飞行器处于模拟模式时，在所述无人飞行器机载的飞行控制系统处，接收来自遥控器的飞行控制数据；
在所述飞行控制系统处，基于所述飞行控制数据生成模拟飞行数据；
将来自所述飞行控制系统的所述模拟飞行数据传输至所述遥控器或包括视觉显示器的显示设备；
其中，在所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述无人飞行器上的惯性测量单元被配置用于从一个或多个虚拟传感器生成的虚拟传感器数据生成飞行状态信息并将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，还包括当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，使用物理模型提供物理模拟数据，其中，所述物理模型包括关于常量性质和/或变量性质的信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述变量性质的信息包含关于所述无人飞行器执行的先前真实飞行参数信息，所述先前真实飞行参数信息由所述无人飞行器在真实环境中真实飞行时记录；和/或，
所述常量性质的信息包括关于所述无人飞行器的物理参数信息。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述物理模拟数据被提供至一个或多个所述虚拟传感器，以使得一个或多个所述虚拟传感器基于所述物理模拟数据而生成所述虚拟传感器数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述虚拟传感器数据的至少部分能够模拟在真实环境中的所述无人飞行器在所述飞行模式操作期间的由真实传感器生成的数据。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述物理模拟数据包括作用于所述无人飞行器的至少一个物理参数和/或非飞行参数，所述非飞行参考包括电池使用率、剩余电池寿命和所述无人飞行器机载的部件的磨损中的至少一种。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述飞行控制数据包括用于所述无人飞行器的预定飞行序列的命令；和/或，
一个或多个所述虚拟传感器用于生成位置数据，所述位置数据包括在所述模拟模式中所述无人飞行器与障碍物或表面之间的一个或多个距离；和/或
所述虚拟传感器用于生成视觉数据；和/或
所述虚拟传感器用于生成描述所述无人飞行器的移动和/或作用于所述无人飞行器的力的数据。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，还包括在所述无人飞行器处于所述模拟模式时，将所述虚拟传感器数据提供至惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置用于从所述虚拟传感器数据生成飞行状态信息并将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统；
在所述无人飞行器处于所述飞行模式时，由所述惯性测量单元接收所述真实传感器数据，以从所述真实传感器数据生成飞行状态信息，并将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。
11.一种无人飞行器(UAV)，包括：
接收器，其被配置用于接收指示出所述无人飞行器是处于飞行模式还是模拟模式的无人飞行器模式信号；
飞行控制系统，其被配置用于接收来自遥控器的飞行控制数据，所述遥控器被配置用于：当所述无人飞行器处于飞行模式时与所述无人飞行器通信并且控制所述无人飞行器在真实环境中的飞行；在所述无人飞行器模式信号指示出所述无人飞行器处于所述模拟模式时，基于下列至少两项而生成模拟飞行数据：(1)来自所述遥控器的所述飞行控制数据、(2)来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据以及(3)当所述无人飞行器处于所述飞行模式时由所述无人飞行器机载或所述无人飞行器之外的真实传感器收集的真实传感器数据；
通信单元，其被配置用于将来自所述飞行控制系统的所述模拟飞行数据传输至所述遥控器或包括视觉显示器的显示设备。
12.一种无人飞行器(UAV)，包括：
接收器，其被配置用于接收指示出所述无人飞行器是处于飞行模式还是模拟模式的无人飞行器模式信号；
飞行控制系统，其被配置用于接收来自遥控器的飞行控制数据，所述遥控器被配置用于：当所述无人飞行器处于飞行模式时与所述无人飞行器通信并且控制所述无人飞行器在真实环境中的飞行；以及基于下列至少一项而生成飞行数据：(1)来自所述遥控器的所述飞行控制数据、(2)当所述无人飞行器处于所述飞行模式时由所述无人飞行器机载或所述无人飞行器之外的真实传感器收集的真实传感器数据以及(3)来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据；
一个或多个动力单元，其被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时，基于一个或多个飞行信号致动并允许所述无人飞行器的飞行，或者当所述无人飞行器处于模拟模式时，保持休眠并且不允许所述无人飞行器的飞行。
13.一种无人飞行器(UAV)，包括：
飞行控制系统，其被配置用于在所述无人飞行器处于模拟模式时，接收来自遥控器的飞行控制数据；基于所述飞行控制数据生成模拟飞行数据；
通信单元，其被配置用于将来自所述飞行控制系统的所述模拟飞行数据传输至所述遥控器或包括视觉显示器的显示设备；
其中，在所述无人飞行器处于所述模拟模式时，所述无人飞行器上的惯性测量单元被配置用于从一个或多个虚拟传感器生成的虚拟传感器数据生成飞行状态信息并将所述飞行状态信息传送至所述飞行控制系统。
14.一种操作无人飞行器(UAV)的方法，所述方法包括：
当无人飞行器处于模拟模式时，在显示设备处接收来自所述无人飞行器机载的飞行控制系统的模拟飞行数据，所述模拟飞行数据为基于下列至少两项而生成：(1)来自遥控器的所述飞行控制数据、(2)来自一个或多个虚拟传感器的虚拟传感器数据以及(3)当所述无人飞行器处于所述飞行模式时由所述无人飞行器机载或所述无人飞行器之外的真实传感器收集的真实传感器数据，所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时与所述无人飞行器通信并且控制所述无人飞行器的飞行；以及
响应于所述模拟飞行数据，在所述显示设备的视觉显示器上显示所述无人飞行器的模拟飞行状态信息。
15.一种操作无人飞行器(UAV)的方法，所述方法包括：
当无人飞行器处于模拟模式时，在显示设备处接收来自所述无人飞行器机载的飞行控制系统的模拟飞行数据，所述模拟飞行数据由所述无人飞行器或遥控器提供至所述显示设备，所述无人飞行器被配置成与遥控器通信，所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行；
响应于所述模拟飞行数据，在所述显示设备的视觉显示器上显示所述无人飞行器的模拟飞行状态信息，其中，所述显示设备的视觉显示器还被配置用于在所述无人飞行器处于飞行模式时显示真实飞行数据。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述显示设备是移动设备，和/或，所述视觉显示器是触摸屏；和/或，
所述遥控器经由有线连接而与所述显示设备通信，或者，所述遥控器经由无线连接而与所述显示设备通信。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于所述模拟模式时，提供对于在所述无人飞行器机上生成所述模拟飞行数据有用的飞行控制数据；和/或，
所述遥控器包括一个或多个操纵杆控件，所述操纵杆控件用于当所述无人飞行器处于所述飞行模式时控制所述无人飞行器的飞行；和/或，
所述遥控器被配置用于当所述无人飞行器处于飞行模式时，控制一载体的致动，所述载体固持所述无人飞行器的负载。
18.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述模拟飞行数据来源于所述无人飞行器机载的所述飞行控制系统；和/或，
所述模拟飞行数据由所述遥控器修改，或者，所述模拟飞行数据不由所述遥控器修改。
19.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述模拟飞行状态信息包括所述无人飞行器相对于模拟环境的图像、所述无人飞行器在模拟环境中的位置、所述无人飞行器与模拟环境中的特征的距离、所述无人飞行器的速度、所述无人飞行器的加速度、所述无人飞行器的航向和/或所述无人飞行器上的一个或多个系统的健康状况；
其中，所述图像包括动画，并且所述模拟环境包括三维环境。
20.一种非暂时性计算机可读介质，其其特征在于，包含用于执行飞行模拟的程序指令，所述程序指令在被执行时用于实现权利要求1-10、14-19中任一项所述的方法。
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