CN113190044A

CN113190044A - 集群表演无人机起飞控制方法、系统、介质、终端及无人机

Info

Publication number: CN113190044A
Application number: CN202110498779.4A
Authority: CN
Inventors: 尹佳杰
Original assignee: Yifei Hainan Technology Co ltd
Current assignee: Yifei Hainan Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-08
Filing date: 2021-05-08
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2041-05-08
Also published as: CN113190044B

Abstract

本发明属于无人机技术领域，公开了一种集群表演无人机起飞控制方法、系统、介质、终端及无人机，集群表演无人机起飞控制方法包括：对无人机Gps获取的UTC时间进行时钟同步，即每一架飞机得到一个同步完之后的时间UTC_Cali，所有飞机都以这个校准后的时间为基准，完成精准同步起飞；起飞阶段，分别进行加锁状态、电机加速状态、准备起飞状态、上升状态和飞行状态的控制。本发明通过时钟同步能够确保实时性，保证所有同一批次起飞的无人机在同一时间起飞；通过对起飞阶段的分段控制，能够保证无人机起飞时迅速平稳，并能够保证所有无人机起飞控制的一致性。

Description

集群表演无人机起飞控制方法、系统、介质、终端及无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种集群表演无人机起飞控制方法、系统、介质、终端及无人机。

背景技术

目前，在集群表演中，一般是几百架或者上千架飞机同时进行飞行表演。由于是多架次的飞机同时起飞，首先要确保实时性，所有飞机都有一个校准之后的完全相同的基准时间，所有飞机的起飞时间都以这个基准时间为基准。但是如何做到基准时间完全相同这是个关键。其次，由于受到摆放间距的限制和地面地效的原因，再加上外界环境因素(阵风)的影响，飞机离地那一刻水平方向可能有一个较大的偏移，所以起飞阶段尤为重要。

起飞控制有三点极为重要：

(1)一是要保证所有同一批次起飞的飞机在同一时间起飞。这需要将所有飞机的基准时间进行时钟同步，使得基准时间完全一样。

(2)二是要保证飞机起飞时应迅速离地，不然由于地效的原因或者外界阵风的干扰，水平方向会有较大的偏移。

(3)三是要做到所有飞机起飞控制的一致性。每一架飞机的整体结构理论上是一致的，但是不能保证完全一致，这在飞行控制上也会有较小的差异，当然，对于起飞阶段的飞行控制也会有差异。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)由于受到摆放间距的限制和地面地效的原因，再加上外界环境因素(阵风)的影响，飞机离地那一刻水平方向可能有一个较大的偏移，可能会导致剐蹭。

(2)现有无人机起飞控制方法中，每一架飞机的整体结构理论上是一致的，但是不能保证完全一致，对于起飞阶段的飞行控制也会有差异。

解决以上问题及缺陷的难度为：

首先，对于集群表演，最主要的是确保同步性。要做到同步性，就要从起飞那一刻开始算起，每一架飞机都有一个UTC时间，但每个UTC时间具有细微的差异性，所以要通过复杂的算法将这些UTC时间进行同步，做到完全同步。其次，由于机体结构，电机电调的差异性，起飞阶段既要迅速平稳，又要做到视觉上的一致性。

解决以上问题及缺陷的意义为：

首先，确保了飞机起飞的同时性，也就确保了后续舞步飞行的一致性，减小了飞机间剐蹭的风险，大大减小了成本，同时也确保了灯光变幻的同步性，有较好的视觉效果。起飞阶段的分段控制确保了飞机的迅速平稳的起飞，减小了飞机间剐蹭的风险，节省了成本，也确保了起飞的一致性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种集群表演无人机起飞控制方法、系统、介质、终端及无人机。

本发明是这样实现的，一种集群表演无人机起飞控制方法，所述集群表演无人机起飞控制方法包括以下步骤：

步骤一，时钟同步：对无人机Gps获取的UTC时间进行校准，使得每一架无人机的UTC时间完全一致；

步骤二，起飞控制：分别进行加锁状态、电机加速状态、准备起飞状态、上升状态和飞行状态的控制；

步骤三，标志位置顺序控制：进行落地标志位置和加解锁标志位置顺序的控制。

进一步，步骤一中，所述时钟同步完之后，即得到一个同步完之后的时间UTC_Cali，所有飞机都以这个校准后的时间为基准，完成同步起飞。

进一步，步骤二中，所述起飞控制，包括：

(1)加锁状态：飞机处于地面上，电机不转动；

(2)电机加速状态：电机转动开始加速，电机加速持续时间可以在地面站上设置，此时间参数的可设主要是针对不同的电机；

(3)准备起飞状态：满足电机加速的持续时间之后，进入准备起飞状态；

(4)上升状态：准备起飞状态到上升状态，根据飞行参数进行判断；

(5)飞行状态：在上升状态中，上升速度大于期望速度，就进入飞行状态。

进一步，上升状态中，所述飞行参数包括速度、期望速度、高度、期望高度、加速度和期望加速度。

进一步，步骤三中，所述标志位置顺序控制，包括：

注意落地标志位置0和加解锁标志位置0的顺序。落地标志位在空中为0，落地后为1，加解锁标志位电机转动为1，电机停转为0；飞机落地后，首先进入落地检测，满足条件后，落地标志位置1，持续几百毫秒之后，飞机停桨，加解锁标志位置0。

进一步，所述集群表演无人机起飞控制方法，还包括：

起飞时刻，飞机需尽快离地，故垂向控制量需要适当的大；

在垂向控制量适当大的情况下，需保证起飞状态柔和，故垂向的期望速度渐变加大，呈线性关系。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的集群表演无人机起飞控制方法的集群表演无人机起飞控制系统，所述集群表演无人机起飞控制系统包括：

时钟同步模块，用于对无人机Gps获取的UTC时间进行校准，使得每一架无人机的UTC时间完全一致；

起飞控制模块，用于分别进行加锁状态、电机加速状态、准备起飞状态、上升状态和飞行状态的控制；

标志位置顺序控制模块，用于分别进行落地标志位置和加解锁标志位置顺序的控制。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述集群表演无人机起飞控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种集群表演无人机，所述集群表演无人机搭载所述集群表演无人机起飞控制系统，并执行所述集群表演无人机起飞控制方法

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

(1)时钟同步：对无人机Gps获取的UTC时间进行校准，使得每一架无人机的UTC时间完全一致；

(2)起飞控制：分别进行加锁状态、电机加速状态、准备起飞状态、上升状态和飞行状态的控制；

(3)标志位置顺序控制：进行落地标志位置和加解锁标志位置顺序的控制。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的集群表演无人机起飞控制方法，通过时钟同步能够确保实时性，保证所有同一批次起飞的无人机在同一时间起飞，确保了在之后的全自主飞行中时钟始终保持一致；通过对起飞阶段的分段控制，能够保证无人机起飞时迅速平稳离地，避免水平方向出现较大的偏移；同时，通过起飞分段控制能够保证所有无人机起飞控制的一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的集群表演无人机起飞控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的集群表演无人机起飞控制方法原理图。

图3是本发明实施例提供的集群表演无人机起飞控制系统结构框图；

图中：1、时钟同步模块；2、起飞控制模块；3、标志位置顺序控制模块。

图4是本发明实施例提供的时钟同步示意图。

图5是本发明实施例提供的起飞控制中的注意落地标志位置0和加解锁标志位置0顺序的示意图。

图6是本发明实施例提供的线性关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种集群表演无人机起飞控制方法及控制系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的集群表演无人机起飞控制方法包括以下步骤：

S101，时钟同步：对无人机Gps获取的UTC时间进行校准，使得每一架无人机的UTC时间完全一致；

S102，起飞控制：分别进行加锁状态、电机加速状态、准备起飞状态、上升状态和飞行状态的控制；

S103，标志位置顺序控制：进行落地标志位置和加解锁标志位置顺序控制。

本发明实施例提供的集群表演无人机起飞控制方法原理图如图2所示。

如图3所示，本发明实施例提供的集群表演无人机起飞控制系统包括：

时钟同步模块1，用于对无人机Gps获取的UTC时间进行校准，使得每一架无人机的UTC时间完全一致；

起飞控制模块2，用于分别进行加锁状态、电机加速状态、准备起飞状态、上升状态和飞行状态的控制；

标志位置顺序控制模块3，用于分别进行落地标志位置和加解锁标志位置顺序的控制。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

一、时钟同步

如图4所示，每一架飞机都能从自身的Gps获取UTC时间，如果在要求精度不高的情况下，这些UTC时间是相同的。而对于编队的集群表演，对时间的精度要求非常高。所以需要对这些UTC时间进行校准，也就是时钟同步，使得每一架飞机的UTC时间完全一致。

时钟同步完之后，即得到一个同步完之后的时间UTC_Cali，所有飞机都以这个校准后的时间为基准，完成同步起飞。

二、起飞控制

起飞阶段一共分为5个阶段：加锁状态，电机加速状态，准备起飞状态，上升状态，飞行状态，如图2所示。

加锁状态：飞机处于地面上，电机不转动。

电机加速状态：电机转动开始加速，电机加速持续时间可以在地面站上设置。此时间参数的可设主要是针对不同的电机。

准备起飞状态：满足电机加速的持续时间之后，进入准备起飞状态。

上升状态：准备起飞状态到上升状态，根据速度，期望速度，高度，期望高度，加速度，期望加速度等飞行参数来判断。

飞行状态：在上升状态中，上升速度大于期望速度，就进入飞行状态。

如图5所示，注意落地标志位置0和加解锁标志位置0的顺序。落地标志位在空中为0，落地后为1，加解锁标志位电机转动为1，电机停转为0。飞机落地后，首先进入落地检测，满足条件后，落地标志位置1，持续几百毫秒之后，飞机停桨，加解锁标志位置0。

起飞时刻需要注意两点，一是防止飞机在地上剐蹭，需要飞机尽快离地，所以垂向控制量需要适当的大。

二是在垂向控制量适当大的情况下，还要保证起飞状态柔和，防止控制量较大导致机身抖动，这时候需要垂向的期望速度渐变加大，呈线性关系，如图6所示。

下表的数据取自任意两架飞机的全自主飞行数据，从表中可以看出，在任一UTC时间，两架飞机的高度都保持一致(在精度范围之内)；水平方向的位置偏差控制在控制精度之内。从飞行数据中，一是证明了实现了两架飞机时钟的同步，二是证明了起飞阶段分段控制的可靠性能。

	飞机1	飞机2
			UTC1(1618302000)
高度m	0.200	0.192
			水平位置偏差m	0.17	0.15
UTC2(1618302001)
			高度m	0.712	0.699
水平位置偏差m	0.20	0.18
			UTC3(1618302002)
高度m	1.877	1.862
			水平位置偏差m	0.12	0.15
UTC4(1618302003)
			高度m	3.354	3.348
水平位置偏差m	0.12	0.14

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种集群表演无人机起飞控制方法，其特征在于，所述集群表演无人机起飞控制方法包括以下步骤：

步骤一，时钟同步：对无人机Gps获取的UTC时间进行校准，使每一架无人机的UTC时间一致；

2.如权利要求1所述的集群表演无人机起飞控制方法，其特征在于，步骤一中，所述时钟同步完后，即得到一个同步完之后的时间UTC_Cali，所有飞机均以时间UTC_Cali为基准，完成同步起飞。

3.如权利要求1所述的集群表演无人机起飞控制方法，其特征在于，步骤二中，所述起飞控制，包括：

(1)加锁状态：飞机处于地面上，电机不转动；

4.如权利要求3所述的集群表演无人机起飞控制方法，其特征在于，上升状态中，所述飞行参数包括速度、期望速度、高度、期望高度、加速度和期望加速度。

5.如权利要求1所述的集群表演无人机起飞控制方法，其特征在于，步骤三中，所述标志位置顺序控制，包括：

注意落地标志位置0和加解锁标志位置0的顺序；落地标志位在空中为0，落地后为1，加解锁标志位电机转动为1，电机停转为0；飞机落地后，首先进入落地检测，满足条件后，落地标志位置1，持续几百毫秒之后，飞机停桨，加解锁标志位置0。

6.如权利要求1所述的集群表演无人机起飞控制方法，其特征在于，所述集群表演无人机起飞控制方法，还包括：

起飞时刻，飞机需尽快离地，故垂向控制量需要适当的大；

在垂向控制量适当大的情况下，需保证起飞状态平稳柔和，故垂向的期望速度渐变加大，呈线性关系。

7.一种集群表演无人机起飞控制系统，其特征在于，所述集群表演无人机起飞控制系统包括：

8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

9.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～6任意一项所述集群表演无人机起飞控制方法。

10.一种集群表演无人机，其特征在于，所述集群表演无人机搭载权利要求7所述集群表演无人机起飞控制系统，并执行权利要求1～6任意一项所述集群表演无人机起飞控制方法。