CN113359818A - 一种无卫星定位的无人机应急返航方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种无卫星定位的无人机应急返航方法、装置及系统，包括：S101、接收“原点”机、编队无人机起飞前的差分定位数据；S102、计算每个无人机起飞前的相对于“原点”机的相对坐标信息，即为返航点；S103、地面站向编队无人机发送航迹脚本文件；S104、判断无人机在飞行表演时的卫星定位数据是否丢失，如是，执行步骤S105；否则，编队无人机飞行表演结束后安全返航；S105、当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案；本发明在编队无人机丢失差分卫星定位和常规卫星定位数据后，编队无人机能够以一种可靠、有效的备用定位技术方案，使编队无人机进行较为精准的返航和降落，大大降低编队无人机的损失，有效控制负面影响。
Description
技术领域
本发明属于无人机应急处理的技术领域，具体涉及一种无卫星定位的无人机应急返航方法、装置及系统。
背景技术
编队无人机作为当前热门的信息传播载体，备受大众和商家的关注，具有群众关注度非常高。由于商家委托方希望能获得最大的传播数量级，以及群众也乐于接受这种户外表演形式，所以每次的编队无人机表演都会聚集大批群众到现场观看，这样就会对现场人员安全保障工作带来非常巨大的压力。
目前编队无人机行业中，只有少量的执行团队具备较为单一的安全保障技术，这些保障技术均依托卫星定位技术(包括差分定位和常规卫星定位)，然而从编队无人机行业中出现的表演失败或发生意外情况来看，基本上是编队无人机群整体丢失了卫星定位数据，进而发生了无人机随机漂移的意外险情。当发生这些险情时，地面控制人员只能进行“原地降落”或“悬停”控制。
“原地降落”会造成的问题是，当表演区域的下方是水面、树木等不适合无人机降落的场地，这个功能会造成非常大的经济损失；“悬停”会造成的问题是，当无人机丢失了卫星定位数据后，会发生随风飘移的情况，扩大了编队无人机负面影响范围。由于丢失了卫星定位数据，等同于编队无人机丢失了起飞点，已经无法进行“返航”操作。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种无卫星定位的无人机应急返航方法、装置及系统，通过可靠、有效的备用定位技术方案，使编队无人机进行较为精准的返航和降落。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种无卫星定位的无人机应急返航方法，包括：S101、接收“原点”机、编队无人机起飞前的差分定位数据；S102、计算每个无人机起飞前的相对于“原点”机的相对坐标信息，即为返航点；S103、地面站向编队无人机发送航迹脚本文件；S104、判断无人机在飞行表演时的卫星定位数据是否丢失，如是，执行步骤S105；否则，编队无人机飞行表演结束后安全返航；S105、当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案。
进一步地，所述当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案，具体包括：S1051、获取丢失卫星定位数据的无人机通过差分定位基站传输的空间坐标信息和该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息；S1052、根据获取的空间坐标信息与该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息，计算无人机当前位置距自身起飞点的距离和高度；S1053、控制无人机以1米/秒的速度水平直线返航至该无人机对应返航点的上空；S1054、控制无人机以1米/秒的速度从返航点的上空垂直降落到地面上。
进一步地，所述当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案，具体包括：S1055、根据返航无人机当前位置距自身起飞点的距离、高度及返航速度，计算无人机返航飞行时间。
相应地，一种无卫星定位的无人机应急返航装置，包括：接收单元：用于接收“原点”机、编队无人机起飞前的差分定位数据；第一计算单元：用于计算每个无人机起飞前的相对于“原点”机的相对坐标信息，即为返航点；发送单元：地面站向编队无人机发送航迹脚本文件；判断单元：用于判断无人机在飞行表演时的卫星定位数据是否丢失：应急方案执行单元：当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案。
进一步地，所述应急方案执行单元包括：获取单元：用于获取丢失卫星定位数据的无人机通过差分定位基站传输的空间坐标信息和该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息；第二计算单元：根据获取的空间坐标信息与该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息，计算无人机当前位置距自身起飞点的距离和高度；第一返航单元：用于控制无人机以1米/秒的速度水平直线返航至该无人机对应返航点的上空；第二返航单元：用于控制无人机以1米/秒的速度从返航点的上空垂直降落到地面上。
进一步地，所述应急方案执行单元包括：第三计算单元：根据返航无人机当前位置距自身起飞点的距离、高度及返航速度，计算返航飞行时间。
相应地，一种无卫星定位的无人机应急返航系统，包括：无人机组和地面站；所述无人机组包括“原点”机和编队无人机，所述“原点”机和编队无人机内分别安装有飞控芯片和差分定位模块，所述飞控芯片与差分定位模块相连；所述编队无人机上安装有高度计和磁罗盘，所述磁罗盘的型号为HMC5983；所述地面站包括安装有编队无人机控制软件的计算机，用于分别接收“原点”机、编队无人机的差分定位数据并进行计算。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明一种无卫星定位的无人机应急返航方法、装置及系统，起飞前，编队无人机摆放成起飞矩阵，并接收差分定位数据，明确自身的空间位置；将“原点”机摆放在起飞矩阵的角落(默认“原点”机的机头为X轴，右侧为Y轴)，上电开机，接收差分定位数据，并使“原点”机也接入到地面站软件里面；确认“原点”机和编队无人机都正常完成差分定位后，通过地面站计算机内的控制软件发送”计算相对位置“的指令，使全部参演的编队机得出一个相对于“原点”机的相对坐标值，即为返航点；地面站向编队无人机发送航迹脚本文件，并准时起飞进行编队飞行表演；当表演过程中，由于自然客观因素或者主观人为干扰，导致部分或者全体编队无人机彻底丢失了差分定位数据，自动执行编队无人机内置飞控芯片的“无卫星定位返航”程序；本发明在编队无人机丢失差分卫星定位和常规卫星定位数据后，编队无人机能够以一种可靠、有效的备用定位技术方案，使编队无人机进行较为精准的返航和降落，大大降低编队无人机的损失，有效控制负面影响。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
图1示出了根据本申请实施例一提供的一种无卫星定位的无人机应急返航方法的流程示意图；
图2示出了根据本申请实施例二提供的一种无卫星定位的无人机应急返航方法的流程示意图；
图3示出了根据本申请实施例一提供的一种无卫星定位的无人机应急返航装置的结构示意图；
图4示出了根据本申请实施例二提供的一种无卫星定位的无人机应急返航装置的结构示意图；
图5示出了根据本申请实施例三提供的一种无卫星定位的无人机应急返航装置的结构示意图；
图6示出了根据本申请实施例一提供的一种无卫星定位的无人机应急返航系统的结构示意图；
图中：101为接收单元，102为第一计算单元，103为发送单元，104为判断单元，105为应急方案执行单元，1051为获取单元，1052为第二计算单元，1053为第一返航单元，1054为第二返航单元，1055为第三计算单元，1为无人机组，11为“原点”机，12为编队无人机，13为飞控芯片，14为差分定位模块，15为高度计，16为磁罗盘，2为地面站，21为计算机。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例；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。
请参阅图1，图1示出了根据本申请实施例一提供的一种无卫星定位的无人机应急返航方法的流程示意图，如图1所示，根据本申请的一个实施例的一种无卫星定位的无人机应急返航方法，包括：
S101、接收“原点”机、编队无人机起飞前的差分定位数据；
S102、计算每个无人机起飞前的相对于“原点”机的相对坐标信息，即为返航点；
S103、地面站向编队无人机发送航迹脚本文件；
S104、判断无人机在飞行表演时的卫星定位数据是否丢失，如是，执行步骤S105；否则，编队无人机飞行表演结束后安全返航；
S105、当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案。
具体地，起飞前，编队无人机摆放成起飞矩阵，并接收差分定位数据，明确自身的空间位置；将“原点”机摆放在起飞矩阵的角落(默认“原点”机的机头为X轴，右侧为Y轴)，上电开机，接收差分定位数据，并使“原点”机也接入到地面站软件里面；确认“原点”机和编队无人机都正常完成差分定位后，通过地面站计算机内的控制软件发送“计算相对位置”的指令，使全部参演的编队机得出一个相对于“原点”机的相对坐标值，即为返航点；地面站向编队无人机发送航迹脚本文件，并准时起飞进行编队飞行表演；当表演过程中，由于自然客观因素或者主观人为干扰，导致部分或者全体编队无人机彻底丢失了差分定位数据，自动执行编队无人机内置飞控芯片的“无卫星定位返航”程序；本实施例在编队无人机丢失差分卫星定位和常规卫星定位数据后，编队无人机能够自主地、安全地返航并降落在起降场地，具有极强的实用性。
请参阅图2，图2示出了根据本申请实施例二提供的一种无卫星定位的无人机应急返航方法的流程示意图，如图2所示，根据本申请的一个实施例的一种无卫星定位的无人机应急返航方法，所述当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案，具体包括：
S1051、获取丢失卫星定位数据的无人机通过差分定位基站传输的空间坐标信息和该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息；
S1052、根据获取的空间坐标信息与该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息，计算无人机当前位置距自身起飞点的距离和高度；
S1053、控制无人机以1米/秒的速度水平直线返航至该无人机对应返航点的上空；
S1054、控制无人机以1米/秒的速度从返航点的上空垂直降落到地面上；
S1055、根据返航无人机当前位置距自身起飞点的距离、高度及返航速度，计算无人机返航飞行时间。
具体地，飞行表演过程中，丢失卫星定位数据的无人机通过差分定位基站和安装在无人机上的气压计获取与“原点”机的相对距离与高度值；执行应急方案程序后，编队无人机会保持当前高度，并以1m/s的速度缓慢平移回到起降场地上空，当编队无人机平移到初始记录的与“原点”机的相对位置时，以1m/s的速度缓慢降落到场地上，并锁桨；举例说明：编队无人机正常起飞进行表演，假如某台编队机丢失差分定位数据时，此时的高度为100米，编队机位于“相对返航点”水平直线距离为50米。则，该丢失差分定位的编队机就朝着这个“相对返航点”，以1米/秒的速度(该速度可根据实际情况进行调整)直线飞回“相对返航点”的上空，从“相对返航点”上空再以1米/秒的速度(该速度可根据实际情况进行调整)垂直降落到地面上；这个返航过程，期间的通讯链路是编队机→路由器→原点机，编队机能通过路由器保持与原点机的数据通讯，使编队机能持续确认自己的“相对返航点”的位置，从而尽可能的飞回起降场地附近，避免出现四处乱飞的情况。
请参阅图3，图3示出了根据本申请实施例一提供的一种无卫星定位的无人机应急返航装置的结构示意图，如图3所示，根据本申请的一个实施例的一种无卫星定位的无人机应急返航装置，包括：
接收单元101：用于接收“原点”机、编队无人机起飞前的差分定位数据；
第一计算单元102：用于计算每个无人机起飞前的相对于“原点”机的相对坐标信息，即为返航点；
发送单元103：地面站向编队无人机发送航迹脚本文件；
判断单元104：用于判断无人机在飞行表演时的卫星定位数据是否丢失：
应急方案执行单元105：当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案。
具体地，起飞前，编队无人机摆放成起飞矩阵，并接收差分定位数据，明确自身的空间位置；将“原点”机摆放在起飞矩阵的角落(默认“原点”机的机头为X轴，右侧为Y轴)，上电开机，接收差分定位数据，并使“原点”机也接入到地面站软件里面；确认“原点”机和编队无人机都正常完成差分定位后，通过地面站计算机内的控制软件发送”计算相对位置“的指令，使全部参演的编队机得出一个相对于“原点”机的相对坐标值，即为返航点；地面站向编队无人机发送航迹脚本文件，并准时起飞进行编队飞行表演；当表演过程中，由于自然客观因素或者主观人为干扰，导致部分或者全体编队无人机彻底丢失了差分定位数据，自动执行编队无人机内置飞控芯片的“无卫星定位返航”程序；本实施例在编队无人机丢失差分卫星定位和常规卫星定位数据后，编队无人机能够自主地、安全地返航并降落在起降场地，具有极强的实用性。
请参阅图4，图4示出了根据本申请实施例二提供的一种无卫星定位的无人机应急返航装置的结构示意图，如图4所示，根据本申请的一个实施例的一种无卫星定位的无人机应急返航装置，所述应急方案执行单元105包括：
获取单元1051：用于获取丢失卫星定位数据的无人机通过差分定位基站传输的空间坐标信息和该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息；
第二计算单元1052：根据获取的空间坐标信息与该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息，计算无人机当前位置距自身起飞点的距离和高度；
第一返航单元1053：用于控制无人机以1米/秒的速度水平直线返航至该无人机对应返航点的上空；
第二返航单元1054：用于控制无人机以1米/秒的速度从返航点的上空垂直降落到地面上。
具体地，飞行表演过程中，丢失卫星定位数据的无人机通过差分定位基站和安装在无人机上的气压计获取与“原点”机的相对距离与高度值；执行应急方案程序后，编队无人机会保持当前高度，并以1m/s的速度缓慢平移回到起降场地上空，当编队无人机平移到初始记录的与“原点”机的相对位置时，以1m/s的速度缓慢降落到场地上，并锁桨。
请参阅图5，图5示出了根据本申请实施例三提供的一种无卫星定位的无人机应急返航装置的结构示意图，如图5所示，根据本申请的一个实施例的一种无卫星定位的无人机应急返航装置，所述应急方案执行单元105包括：
第三计算单元1055：根据返航无人机当前位置距自身起飞点的距离、高度及返航速度，计算返航飞行时间；通过计算返航时间，能够预计出无人机返航的时间，便于工作人员及时查看无人机。
请参阅图6，图6示出了根据本申请实施例一提供的一种无卫星定位的无人机应急返航系统的结构示意图，如图6所示，根据本申请的一个实施例的一种无卫星定位的无人机应急返航系统，包括：无人机组1和地面站2；
所述无人机组1包括“原点”机11和编队无人机12，所述“原点”机11和编队无人机12内分别安装有飞控芯片13和差分定位模块14，所述飞控芯片13与差分定位模块14相连；所述编队无人机12上安装有高度计15和磁罗盘16；所述磁罗盘16的型号为HMC5983。
所述地面站2包括安装有编队无人机控制软件的计算机21，用于分别接收“原点”机11、编队无人机12的差分定位数据并进行计算。
具体地，所述差分定位模块14和高度计15均集成在编队无人机12内部，分别与飞控芯片13连接，所述差分定位模块14用于接收差分定位或常规卫星定位数据，为编队无人机12提供准确的定位数据；所述高度计15用于计算无人机的实时高度值，所述“原点”机11为编队无人机12提供三维空间的原点。在编队无人机12中，将一台无人机设立成一个“原点”机11，该“原点”机11不参与编队飞行表演，所有参与飞行表演的编队无人机12生成与“原点”机11的三维空间中的相对坐标(位置)，结合编队无人机12自身的高度计15测得的高度值，得出一个不依靠卫星定位的三维空间相对坐标系；
当表演过程中，由于自然客观因素或者主观人为干扰，导致部分或者全体编队无人机彻底丢失了差分定位数据或卫星定位数据时，执行内置在飞控芯片13的“无卫星定位返航”程序，编队无人机12自行返航到起降场上空并降落；本实施例能最大限度的保障编队无人机个体或者群体丢失卫星定位数据后，编队无人机能根据与“原点”机的相对位置和高度进行返航，降低负面影响。
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的一种无卫星定位的无人机应急返航方法。
处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行程序指令，以实现上文的本申请的各个实施例的存储授权变更方法中的步骤以及/或者其他期望的功能。在计算机可读存储介质中还可以存储诸如光线强度、补偿光强度、滤光片的位置等信息。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的一种无卫星定位的无人机应急返航方法。
计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合，可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器((RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
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 (8)
1.一种无卫星定位的无人机应急返航方法，其特征在于：包括：
S101、接收“原点”机、编队无人机起飞前的差分定位数据；
S102、计算每个无人机起飞前的相对于“原点”机的相对坐标信息，即为返航点；
S103、地面站向编队无人机发送航迹脚本文件；
S104、判断无人机在飞行表演时的卫星定位数据是否丢失，如是，执行步骤S105；否则，编队无人机飞行表演结束后安全返航；
S105、当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案。
2.根据权利要求1所述的一种无卫星定位的无人机应急返航方法，其特征在于：所述当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案，具体包括：
S1051、获取丢失卫星定位数据的无人机通过差分定位基站传输的空间坐标信息和该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息；
S1052、根据获取的空间坐标信息与该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息，计算无人机当前位置距自身起飞点的距离和高度；
S1053、控制无人机以1米/秒的速度水平直线返航至该无人机对应返航点的上空；
S1054、控制无人机以1米/秒的速度从返航点的上空垂直降落到地面上。
3.根据权利要求2所述的一种无卫星定位的无人机应急返航方法，其特征在于：所述当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案，具体包括：
S1055、根据返航无人机当前位置距自身起飞点的距离、高度及返航速度，计算无人机返航飞行时间。
4.一种无卫星定位的无人机应急返航装置，其特征在于：包括：
接收单元：用于接收“原点”机、编队无人机起飞前的差分定位数据；
第一计算单元：用于计算每个无人机起飞前的相对于“原点”机的相对坐标信息，即为返航点；
发送单元：地面站向编队无人机发送航迹脚本文件；
判断单元：用于判断无人机在飞行表演时的卫星定位数据是否丢失：
应急方案执行单元：当编队无人机飞行表演时的卫星定位数据丢失时，地面站控制编队无人机执行应急方案。
5.根据权利要求1所述的一种无卫星定位的无人机应急返航装置，其特征在于：所述应急方案执行单元包括：
获取单元：用于获取丢失卫星定位数据的无人机通过差分定位基站传输的空间坐标信息和该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息；
第二计算单元：根据获取的空间坐标信息与该无人机起飞前相对于“原点”机的相对坐标信息，计算无人机当前位置距自身起飞点的距离和高度；
第一返航单元：用于控制无人机以1米/秒的速度水平直线返航至该无人机对应返航点的上空；
第二返航单元：用于控制无人机以1米/秒的速度从返航点的上空垂直降落到地面上。
6.根据权利要求2所述的一种无卫星定位的无人机应急返航装置，其特征在于：所述应急方案执行单元包括：
第三计算单元：根据返航无人机当前位置距自身起飞点的距离、高度及返航速度，计算返航飞行时间。
7.一种无卫星定位的无人机应急返航系统，其特征在于：包括：无人机组和地面站；
所述无人机组包括“原点”机和编队无人机，所述“原点”机和编队无人机内分别安装有飞控芯片和差分定位模块，所述飞控芯片与差分定位模块相连；所述编队无人机上安装有高度计和磁罗盘；
所述地面站包括安装有编队无人机控制软件的计算机，用于分别接收“原点”机、编队无人机的差分定位数据并进行计算。
8.根据权利要求7所述的一种无卫星定位的无人机应急返航系统，其特征在于：所述磁罗盘的型号为HMC5983。
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