CN113959430A - 飞行汽车的航姿确定方法、装置、车载终端及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种飞行汽车的航姿确定方法、装置、车载终端及存储介质，属于数据处理技术领域。应用于车载终端，该方法包括：获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；根据距离差值，确定飞行汽车的行驶模式，行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿，飞行汽车的航姿包括飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。本申请在车载终端中预设不同的模式调试参数，在根据距离差值，确定出飞行汽车的行驶模式之后，通过行驶模式对应的模式调试参数进行航姿计算，使得飞行汽车可以根据不同行驶模式切换不同的模式调试参数，从而计算更准确的航姿，提高了飞行汽车的场景适应性。

Description

飞行汽车的航姿确定方法、装置、车载终端及存储介质
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，特别涉及一种飞行汽车的航姿确定方法、装置、车载终端及存储介质。
背景技术
随着科学技术的快速发展，汽车以及成为人们日常生活中不可或缺的交通工具，各种各样的汽车还可以提供不同的功能。比如，具有飞行功能的汽车可以实现在空中拍摄等。
其中，对于具有飞行功能的汽车来说，其航姿(航向角、俯仰角、横滚角) 的确定非常重要，比如，在目前具有飞行功能的汽车中，航姿系统通常采用多个传感器进行数据融合，对自身的航向角、俯仰角、横滚角进行估算，从而确定汽车自身当前的飞行状态。通常，汽车中的车载终端可以采用卡尔曼滤波等算法来进行上述估算，通过预先对滤波器进行配置，实现汽车在空中飞行模式下的航姿计算，但是当汽车在不同的行驶模式中切换时，预先配置的滤波器不能及时调整，容易造成飞行汽车的场景适应性低，切换后航姿计算的精度降低等问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种飞行汽车的航姿确定方法、装置、终端及存储介质，能够提高飞行汽车的场景适应性以及对航姿计算的准确性。
一个方面，本申请实施例提供了一种飞行汽车的航姿确定方法，所述方法由车载终端执行，所述方法包括：
获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；
根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式，所述行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；
按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿，所述飞行汽车的航姿包括所述飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。
可选的，所述根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式，包括：
当所述距离差值大于预设距离阈值时，确定所述飞行汽车的行驶模式是处于空中飞行模式；
当所述距离差值不大于预设距离阈值时，确定所述飞行汽车的行驶模式是处于路面行驶模式。
可选的，所述模式调试参数是量测噪声协方差矩阵，所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿，包括：
根据所述行驶模式，确定所述行驶模式对应的量测噪声协方差矩阵；
根据所述量测噪声协方差矩阵，计算所述飞行汽车的卡尔曼增益；
根据所述卡尔曼增益，计算所述飞行汽车的航姿。
可选的，在所述根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式之后，还包括：
向与所述飞行汽车具有通信连接的终端设备发送所述行驶模式；
当接收到所述终端设备发送的确认指令时，执行所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿的步骤；
当接收到所述终端设备发送的错误指令时，根据所述错误指令，获取正确模式，将所述行驶模式更新为所述正确模式，并执行所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿的步骤。
可选的，在所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿之后，还包括：
向与所述飞行汽车具有通信连接的服务器发送所述行驶模式以及航姿，以使得所述服务器根据所述行驶模式以及所述航姿重新设置所述行驶模式对应的模式调试参数；
接收所述服务器发送的模式调试参数，并根据所述服务器发送的模式调试参数进行数据更新。
可选的，所述飞行汽车包括气压计，所述目标水平面是所述飞行汽车启动时所述飞行汽车的车轮所处的平面，在所述获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值之前，还包括：
在所述飞行汽车启动时，读取所述气压计对应的第一气压值；
根据所述第一气压值，计算所述飞行汽车所处的第一海拔高度；
将所述第一海拔高度所在的平面作为所述目标水平面。
可选的，所述获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值，包括：
读取当前时刻下所述气压计对应的第二气压值；
根据所述第二气压值，计算所述飞行汽车所处的第二海拔高度；
根据所述第二海拔高度以及所述第一海拔高度，计算所述飞行汽车在当前时刻下与所述飞行汽车启动时所处的平面的距离差值。
另一个方面，本申请实施例提供了一种飞行汽车的航姿确定装置，所述装置用于车载终端中，所述装置包括：
差值获取模块，用于获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；
模式确定模块，用于根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式，所述行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；
航姿计算模块，用于按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿，所述飞行汽车的航姿包括所述飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。
另一个方面，本申请实施例提供了一种车载终端，所述车载终端包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如上述一个方面及其任一可选实现放方式的飞行汽车的航姿确定方法。
另一个方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述另一个方面及其可选方式所述的飞行汽车的航姿确定方法。
本申请实施例提供的技术方案可以至少包含如下有益效果：
本申请的车载终端通过获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；根据距离差值，确定飞行汽车的行驶模式，行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿，飞行汽车的航姿包括飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。本申请在车载终端中预设不同的模式调试参数，在根据距离差值，确定出飞行汽车的行驶模式之后，通过行驶模式对应的模式调试参数进行航姿计算，使得飞行汽车可以根据不同行驶模式切换不同的模式调试参数，从而计算更准确的航姿，提高了飞行汽车的场景适应性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本申请一示例性实施例涉及的一种飞行汽车的航姿示意图；
图2是本申请一示例性实施例提供的一种飞行汽车的航姿确定方法的方法流程；
图3是本申请一示例性实施例涉及的一种飞行汽车的示意图；
图4是本申请一示例性实施例提供的一种飞行汽车的航姿确定方法的方法流程图；
图5是本申请一示例性实施例提供的一种终端设备的界面示意图；
图6是本申请一示例性实施例提供的一种终端设备更改模式的界面示意图；
图7是本申请一示例性实施例提供的一种飞行汽车的航姿确定装置的结构框图；
图8是本申请一示例性实施例提供的一种车载终端的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请提供的方案，可以用于在日常生活中通过使用飞行汽车中的车载终端进行航姿计算的场景中，为了便于理解，下面首先对本申请实施例涉及的一些名词和应用架构进行简单介绍。
卡尔曼滤波(Kalman filter)：是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。由于观测数据中包括系统中的噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程。
姿态航向参考系统(Attitude and Heading Reference System，AHRS)包括多个轴向传感器，能够为飞行器提供航向，横滚和侧翻信息，这类系统用来为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息。航姿参考系统包括基于MEMS的三轴陀螺仪，加速度计和磁强计。航姿参考系统与惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)的区别在于，航姿参考系统(AHRS)包含了嵌入式的姿态数据解算单元与航向信息，惯性测量单元(IMU)仅仅提供传感器数据，并不具有提供准确可靠的姿态数据的功能。目前常用的航姿参考系统(AHRS)内部采用的多传感器数据融合进行的航姿解算单元为卡尔曼滤波器。
俯仰角：飞行汽车的质心与第一空间坐标系原点之间的连线，与第一空间坐标系XOY平面之间的夹角。
航向角：飞行汽车的质心与第一空间坐标系原点之间的连线在第一空间坐标系XOY平面上的投影，与第一空间坐标系中X轴之间的夹角。
横滚角：飞行汽车自身相对飞行汽车的中心轴的旋转角度。
在日常生活中，各种各样的车载终端已经应用中各个领域，车载终端为了满足人们越来越多的需求，提供的功能也是多种多样，比如，具有飞行功能的汽车可以通过车载终端实现在空中的智能控制等。在具有飞行功能的汽车中，飞行汽车通常设置有上述AHRS系统，通过该AHRS系统对飞行汽车的航姿进行计算。
请参考图1，其示出了本申请一示例性实施例涉及的一种飞行汽车的航姿示意图。如图1所示，其中包括了飞行汽车110和飞行台120。其中，飞行汽车 110的航姿包括航向角A、俯仰角B以及横滚角C。
可选的，该飞行汽车110中的车载终端可以是具有音频播放功能的物联网设备，如传感器设备、物联网终端的计算机，例如，可以是固定式、便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的装置。例如，站(Station，STA)、订户单元(subscriber unit)、订户站(subscriber station)，移动站(mobile station)、移动台(mobile)、远程站(remotestation)、接入点、远程终端(remote terminal)、接入终端(access terminal)、用户装置(user terminal)、用户代理(user agent)、用户设备(user device)。比如，车载终端可以是具有控制功能的行车电脑，或者是外接行车电脑的无线通信设备。
在上述图1中，飞行汽车110在启动空中飞行模式(汽车在空中飞行)之后，通过AHRS系统对飞行汽车的航姿进行计算。比如，AHRS系统通过采用卡尔曼滤波(Kalmanfilter)算法来进行多个传感器(一般包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计及气压计)进行数据融合，对航姿(航向角A、俯仰角B、横滚角C)进行计算。针对诸如工业机器人、路面汽车、无人机、虚拟现实设备等不同工况的应用，一般采用两类方法进行卡尔曼滤波的优化，来提高航姿解算精度。
其中，一种方式是通过事先对滤波器的配置(即通过上位机给AHRS系统设备发送配置指令或者烧录对应配置参数的固件)，来实现对某一特定应用场景的算法适配(即在卡尔曼滤波内部采用合适的如量测噪声协方差阵之类的参数)，提高该场景下的航姿计算精度。比如，针对上述进行空中飞行的场景，开发人员可以事先对滤波器的配置，配置出空中飞行的场景下对应的量测噪声协方差阵，从而提高空中飞行的场景下的航姿计算精度。由于该过程需要已知飞行汽车所处的特定应用场景，才能对其进行适当的配置，且一旦飞行汽车在行驶过程中切换到其他场景(如飞行汽车从“空中飞行”切换到了“路面行驶”的场景)，事先的特定滤波器配置很可能会失效，导致其航姿计算的精度不能满足应用需求。
另一种方式是通过实时监测IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)，即，通过实时监测三轴加速度计和三轴陀螺仪的数据，诸如加速度模值、滑动方差、角速度幅值等信息，对振动剧烈程度等进行统计判别，实现对卡尔曼滤波中量测噪声协方差的自适应参数变化，以提高航姿系统在不同工作状况下的航姿计算精度。然而，由于在加速度计的量测值中，运动加速度与重力加速度紧密耦合，很难精确建立关于卡尔曼滤波中量测噪声协方差的自适应模型 (总与实际物理模型有一定偏离)，这种自适应卡尔曼滤波方法的实际效用往往并不高，也就不能保证航姿系统在不同应用场景的航姿计算精度。因此，上述AHRS系统中采用的航姿确定方式中，要么存在对飞行汽车在不同场景下不能灵活应用，要么存在实时进行航姿计算的精度较低的问题。
为了提高飞行汽车的场景适应性以及对航姿计算的准确性，本申请提出了一种解决方案，通过确定飞行汽车的行驶模式，基于飞行汽车的行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿，从而实现在不同模式下灵活变换计算航姿的参数，也能保证不同模式下的计算精度。
请参考图2，其示出了本申请一示例性实施例提供的一种飞行汽车的航姿确定方法的方法流程图。该飞行汽车的航姿确定方法可以应用于上述图1所示的场景架构中飞行汽车的车载终端，该方法可以由车载终端执行。如图2所示，该飞行汽车的航姿确定方法可以包括如下几个步骤。
步骤201，获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值。
可选的，飞行汽车在行驶过程中可以实时获取自身与目标水平面的距离差值，或者，飞行汽车在行驶过程中也可以周期性地获取自身与目标水平面的距离差值。其中，当前时刻下是此时获取到飞行汽车与目标水平面的距离差值的时刻。
可选的，目标水平面可以是飞行汽车在飞行之前所处的初始平面。比如，请参考图3，其示出了本申请一示例性实施例涉及的一种飞行汽车的示意图。如图3所示，在起飞之前，飞行汽车300所处的平面是P平面，飞行汽车300可以将P平面作为目标水平面，在起飞之后，飞行汽车获取自身当前所处平面与目标水平面之间的距离差值。
步骤202，根据距离差值，确定飞行汽车的行驶模式，行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式。
可选的，飞行汽车可以基于获取到的距离差值，确定出飞行汽车的行驶模式。比如，在车载终端中预先存储有距离差值范围与行驶模式之间的对应关系表，车载终端获取到距离差值后，确定距离差值所处的距离差值范围，通过查询该对应关系表，获取距离差值范围对应的行驶模式。请参考表1，其示出了本申请一示例性实施例涉及的一种距离差值范围与行驶模式之间的对应关系表。
距离差值范围 行驶模式
距离差值范围一 空中飞行模式
距离差值范围二 路面行驶模式
表1
如表1所示，当飞行汽车获取到的距离差值所处的范围是其中的距离差值范围一时，飞行汽车可以确定出飞行汽车的行驶模式是空中飞行模式，当飞行汽车获取到的距离差值所处的范围是其中的距离差值范围二时，飞行汽车可以确定出飞行汽车的行驶模式是空中路面行驶模式。
步骤203，按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿，飞行汽车的航姿包括飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。
其中，模式调试参数可以包括用于计算航姿过程中需要使用的量测噪声协方差矩阵。比如，在车载终端中也通过预先存储有行驶模式与模式调试参数之间的对应关系表，车载终端确定出行驶模式后，通过查询该对应关系表，获取行驶模式对应的模式调试参数。请参考表2，其示出了本申请一示例性实施例涉及的一种行驶模式与模式调试参数之间的对应关系表。
行驶模式 模式调试参数
空中飞行模式 模式调试参数一
路面行驶模式 模式调试参数二
表2
如表2所示，当飞行汽车确定出飞行汽车的行驶模式是空中飞行模式时，飞行汽车可以通过上述表2确定出对应的模式调试参数是模式调试参数一，并基于模式调试参数一计算飞行汽车的航姿。当飞行汽车确定出飞行汽车的行驶模式是路面行驶模式时，飞行汽车可以通过上述表2确定出对应的模式调试参数是模式调试参数二，并基于模式调试参数二计算飞行汽车的航姿。
综上所述，本申请的车载终端通过获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；根据距离差值，确定飞行汽车的行驶模式，行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿，飞行汽车的航姿包括飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。本申请在车载终端中预设不同的模式调试参数，在根据距离差值，确定出飞行汽车的行驶模式之后，通过行驶模式对应的模式调试参数进行航姿计算，使得飞行汽车可以根据不同行驶模式切换不同的模式调试参数，从而计算更准确的航姿，提高了飞行汽车的场景适应性。
在一种可能实现的方式中，飞行汽车中安装有气压计，在飞行汽车启动之后，通过获取气压计的气压值来确定飞行汽车所处的海拔高度，从而获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值。
请参考图4，其示出了本申请一示例性实施例提供的一种飞行汽车的航姿确定方法的方法流程图。该飞行汽车的航姿确定方法可以应用于上述图1所示的场景架构中飞行汽车的车载终端，该方法可以由车载终端执行。如图4所示，该飞行汽车的航姿确定方法可以包括如下几个步骤。
步骤401，在飞行汽车启动时，读取气压计对应的第一气压值。
可选的，在飞行汽车启动时，车载终端中安装的航姿系统也启动，在航姿系统的硬件和软件初始化完成之后，可以进行各传感器数据的采集和处理。比如，此时通过读取气压计中对应的第一气压值，记录该第一气压值。
步骤402，根据第一气压值，计算飞行汽车所处的第一海拔高度。
可选的，车载终端根据第一气压值计算第一气压值对应的第一海拔高度，得到飞行汽车在启动时所处的海拔高度。
步骤403，将第一海拔高度所在的平面作为目标水平面。
可选的，车载终端将飞行汽车在启动时所述飞行汽车的车轮所处的海拔高度作为目标水平面。
步骤404，读取当前时刻下气压计对应的第二气压值。
可选的，在飞行汽车行驶过程中，车载终端可以实时读取气压计对应的第二气压值，或者，也可以周期性地获取当前时刻下气压计对应的第二气压值。
步骤405，根据第二气压值，计算飞行汽车所处的第二海拔高度。
即，在步骤404中读取到第二气压值后，车载终端根据第二气压值计算第二气压值对应的第二海拔高度，得到飞行汽车在当前时刻下所处的海拔高度。
步骤406，根据第二海拔高度以及第一海拔高度，计算飞行汽车在当前时刻下与飞行汽车启动时所处的平面的距离差值。
可选的，车载终端根据获取的第二海拔高度以及第一海拔高度，计算飞行汽车在当前时刻下与飞行汽车启动时所处的平面的距离差值，从而获取到自身与目标水平面的距离差值。比如，第一海拔高度是H0，第二海拔高度是H1，车载终端计算出的飞行汽车在当前时刻下与飞行汽车启动时所处的平面的距离差值是(H1-H0)。
步骤407，当距离差值大于预设距离阈值时，确定飞行汽车的行驶模式是处于空中飞行模式。
步骤408，当距离差值不大于预设距离阈值时，确定飞行汽车的行驶模式是处于路面行驶模式。
可选的，车载终端通过对距离差值进行判断，从而确定出对应的行驶模式。即，在本方案中，当上述得到的距离差值大于预设距离阈值时，车载终端确定飞行汽车的行驶模式是处于空中飞行模式，当上述得到的距离差值不大于预设距离阈值时，车载终端确定飞行汽车的行驶模式是处于路面行驶模式。其中，预设距离阈值可以有开发人员预先设置在车载终端中。
比如，预设距离阈值是L，当上述得到的第一海拔高度是H0，第二海拔高度是H1，并且计算到的距离差值(H1-H0)大于预设距离阈值L时，确定飞行汽车的行驶模式是处于空中飞行模式下的，当计算到的距离差值(H1-H0)不大于预设距离阈值L时，确定飞行汽车的行驶模式是处于路面行驶模式下的。
步骤409，按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿，飞行汽车的航姿包括飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。
可选的，模式调试参数是量测噪声协方差矩阵。类似于上述表2，车载终端中可以通过预先存储有行驶模式与模式调试参数之间的对应关系表，车载终端确定出行驶模式后，通过查询该对应关系表，获取行驶模式对应的模式调试参数。
在一种可能实现的方式中，车载终端根据行驶模式，确定行驶模式对应的量测噪声协方差矩阵；根据量测噪声协方差矩阵，计算飞行汽车的卡尔曼增益；根据卡尔曼增益，计算飞行汽车的航姿。
可选的，上述量测噪声协方差矩阵可以预先由开发人员通过机器学习模型训练得到并设置。比如，开发人员通过机器学习模型训练适应在不同场景下的量测噪声协方差矩阵R。其中，开发人员可以通过采用样本数据集合对机器学习模型进行训练，样本数据集合中包括各个样本数据，其中的部分样本数据中包括空中飞行模式下对该飞行汽车行驶过程中获取的量测噪声协方差矩阵，另一部分样本数据中包括路面行驶模式下对该飞行汽车行驶过程中获取的量测噪声协方差矩阵，通过同一场景(比如空中飞行模式)下的各个样本数据进行训练，得到空中飞行模式下对该飞行汽车行驶过程中获取的目标量测噪声协方差矩阵 R1。其中，该R1的精确度最高。将得到的R1对应空中飞行模式设置在表2中。以及，通过对同一场景(比如路面行驶模式)下的各个样本数据进行训练，得到空中飞行模式下对该飞行汽车行驶过程中获取的目标量测噪声协方差矩阵 R2。其中，该R2的精确度也最高。将得到的R2对应路面行驶模式设置在表2 中。、
在一种可能实现的方式中，车载终端在按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿之后，车载终端还可以向与飞行汽车具有通信连接的服务器发送行驶模式以及航姿，以使得服务器根据行驶模式以及航姿重新设置行驶模式对应的模式调试参数；接收服务器发送的模式调试参数。即，车载终端将自身按照行驶模式对应的模式调试参数计算得到的航姿发送给服务器，添加至上述开发人员进行模型训练时采用的样本数据，更新样本数据之后，重新计算各个模式下的模式调试参数，并发送给车载终端，相应的，车载终端接收该服务器发送的更新后的模式调试参数，并根据服务器发送的模式调试参数进行数据更新，后续继续使用。比如，将上述表2中不同模式下的模式调试参数进行更新。
在一种可能实现的方式中，以车载终端是基于欧拉角的扩展卡尔曼滤波器(ExtendedKalmanFilter，EKF)滤波计算过程获取飞行汽车的航姿为例，在车载终端获取到飞行汽车当前所处的行驶模式之后，根据行驶模式以及表2，确定出行驶模式对应的量测噪声协方差矩阵，将得到的量测噪声协方差矩阵带入至卡尔曼增益公式中，计算飞行汽车的卡尔曼增益；将卡尔曼增益带入至航姿计算公式中，计算飞行汽车的航姿。
可选的，上述基于欧拉角的EKF滤波计算过程中，车载终端最终建立的卡尔曼增益公式如公式(1)：
Figure BDA0003301375610000111
在公式(1)中，Kk为第k时刻的卡尔曼增益，Pk为第k时刻的误差估计协方差矩阵，
Figure BDA0003301375610000121
表示Pk的先验估计值，Hk为第k时刻的量测矩阵，vk为计算卡尔曼增益过程中第k时刻的高斯白噪声，该vk通常为常数，可以由开发人员预先设置得到。
车载终端最终建立的航姿计算公式如公式(2)：
Figure BDA0003301375610000122
在公式(2)中，
Figure BDA0003301375610000123
表示飞行汽车在k时刻下的航姿(包括航向角、俯仰角、横滚角的计算值)，
Figure BDA0003301375610000124
表示
Figure BDA0003301375610000125
的先验估计值，Zk表示飞行汽车在k时刻下根据获取各个传感器数据带入量测方程后得到的航姿(包括航向角、俯仰角、横滚角的测量值)。
可选的，车载终端可以通过三轴加速度计的三轴加速度的输出Ax、Ay、Az，可计算出俯仰角Pitch(θ)和横滚角
Figure BDA0003301375610000126
的测量值，并结合姿态观测值，以及利用三轴磁力计的三轴输出hx，hy，hz，可计算出航向角ψ的测量值。比如，俯仰角Pitch(θ)和横滚角
Figure BDA0003301375610000127
的计算方式如公式(3)和公式(4)：
Figure BDA0003301375610000128
Figure BDA0003301375610000129
其中，Ax、Ay、Az，分别对应三轴加速度的x轴的加速度，y轴的加速度以及z轴的加速度。
可选的，航向角ψ的测量值可以通过公式(5)计算，公式(5)如下：
Figure BDA00033013756100001210
其中，
Figure BDA00033013756100001211
Figure BDA00033013756100001212
可选的，飞行汽车将在k时刻下获取各个传感器数据得到的航姿带入基于欧拉角微分方程建立的卡尔曼滤波状态，并建立量测方程Z(k)。其中，卡尔曼滤波状态如公式(6)所示：
Figure BDA0003301375610000131
其中，
Figure BDA0003301375610000132
为在k时刻下各个传感器得到的航向角、俯仰角、横滚角组成的状态向量；
Figure BDA0003301375610000133
为状态向量变化率；dt为传感器采样周期。w(k)是高斯白噪声，并认为均值是零。
建立的量测方程Z(k)如公式(7)所示：
Z(k)＝X(k)+v(k) (7)
其中，v(k)也是高斯白噪声，并可以认为均值是零。
可选的，基于欧拉角的EKF滤波过程中，车载终端还会进行EKF时间更新：
Figure BDA0003301375610000134
Figure BDA0003301375610000135
其中，A为状态雅各比矩阵。
需要说明的是，以上仅为某一航姿系统卡尔曼滤波模型和具体计算实施的举例，其他基于卡尔曼滤波的模型可能会有区别，但其迭代过程都需如公式(1) 和公式(2)利用量测噪声协方差矩阵进行卡尔曼滤波增益的计算，从而计算飞行汽车的最终航姿，此处不再赘述。
在一种可能实现的方式中，车载终端在本步骤409执行之前还可以向与飞行汽车具有通信连接的终端设备发送确认的行驶模式；当接收到终端设备发送的确认指令时，执行步骤409；当接收到终端设备发送的错误指令时，根据错误指令，获取正确模式，将行驶模式更新为正确模式，并执行步骤409。
比如，车载终端可以向与飞行汽车具有通信连接的终端设备发送确认信息，用户在通过终端设备接收到该确认信息之后，可以得到车载终端获取到的飞行汽车的行驶模式，如果飞行汽车的当前模式符合该行驶模式，用户可以向车载终端发送确认指令，车载终端接收到终端设备发送的确认指令时，执行按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿的步骤。如果飞行汽车的当前模式不符合该行驶模式，用户可以向车载终端发送错误指令，车载终端接收到终端设备发送的错误指令时，根据错误指令，获取正确模式，将确定的行驶模式更新为正确模式，并执行按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿的步骤。
例如，请参考图5，其示出了本申请一示例性实施例提供的一种终端设备的界面示意图。该终端设备与飞行汽车是具有通信连接的。如图5所示，在终端设备的应用界面500中，包含了车载终端向终端设备发送的确认信息501，确认控件502，更改控件503，用户在通过终端设备接收到该确认信息501之后，可以获取到车载终端获取到的飞行汽车的行驶模式是空中飞行模式，如果飞行汽车的当前模式就是空中飞行模式，说明车载终端识别正确，用户可以通过点击确认控件502向车载终端发送确认指令，车载终端接收到终端设备发送的确认指令时，执行按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿的步骤。如果飞行汽车的当前模式是路面行驶模式，并不是空中飞行模式，用户可以通过点击更改控件503并选择更改后的正确模式，从而通过终端设备向车载终端发送错误指令，车载终端接收到终端设备发送的错误指令时，根据错误指令，获取正确模式，并将确定的行驶模式(空中飞行模式)更新为正确模式(路面行驶模式)，从而执行按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿的步骤。
请参考图6，其示出了本申请一示例性实施例提供的一种终端设备更改模式的界面示意图。如图6所示，在终端设备的应用界面600中，包含了各个模式信息601，确认控件602，取消控件603，用户可以通过点击图5中的更改控件 503进入图6所示的应用界面，从中选择一个更改后的正确模式，并触发确认控件602，将选择的模式信息携带在错误指令中，通过终端设备向车载终端发送错误指令，使得车载终端接收到该错误指令之后可以通过解析得到更改后的正确模式，从而进行纠正。
综上所述，本申请的车载终端通过获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；根据距离差值，确定飞行汽车的行驶模式，行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿，飞行汽车的航姿包括飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。本申请在车载终端中预设不同的模式调试参数，在根据距离差值，确定出飞行汽车的行驶模式之后，通过行驶模式对应的模式调试参数进行航姿计算，使得飞行汽车可以根据不同行驶模式切换不同的模式调试参数，从而计算更准确的航姿，提高了飞行汽车的场景适应性。
下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。
请参考图7，其示出了本申请一示例性实施例提供的一种飞行汽车的航姿确定装置的结构框图，该飞行汽车的航姿确定装置700可以应用于车载终端，所述飞行汽车的航姿确定装置包括：
差值获取模块701，用于获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；
模式确定模块702，用于根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式，所述行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；
航姿计算模块703，用于按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿，所述飞行汽车的航姿包括所述飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。
综上所述，本申请的车载终端通过获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；根据距离差值，确定飞行汽车的行驶模式，行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；按照行驶模式对应的模式调试参数，计算飞行汽车的航姿，飞行汽车的航姿包括飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。本申请在车载终端中预设不同的模式调试参数，在根据距离差值，确定出飞行汽车的行驶模式之后，通过行驶模式对应的模式调试参数进行航姿计算，使得飞行汽车可以根据不同行驶模式切换不同的模式调试参数，从而计算更准确的航姿，提高了飞行汽车的场景适应性。
可选的，所述模式确定模块702，包括：第一确定单元和第二确定单元；
所述第一确定单元，用于当所述距离差值大于预设距离阈值时，确定所述飞行汽车的行驶模式是处于空中飞行模式；
所述第二确定单元，用于当所述距离差值不大于预设距离阈值时，确定所述飞行汽车的行驶模式是处于路面行驶模式。
可选的，所述航姿计算模块703，包括：第三确定单元，第一计算单元和第二计算单元；
所述第三确定单元，用于根据所述行驶模式，确定所述行驶模式对应的量测噪声协方差矩阵；
所述第一计算单元，用于根据所述量测噪声协方差矩阵，计算所述飞行汽车的卡尔曼增益；
所述第二计算单元，用于根据所述卡尔曼增益，计算所述飞行汽车的航姿。
可选的，所述装置还包括：
第一发送模块，用于在所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿之前，向与所述飞行汽车具有通信连接的终端设备发送确认信息，所述确认信息用于指示所述飞行汽车处于行驶模式下；
第一执行模块，用于当接收到所述终端设备发送的确认指令时，执行所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿的步骤；
第二执行模块，用于当接收到所述终端设备发送的错误指令时，根据所述错误指令，获取正确模式，将所述行驶模式更新为所述正确模式，并执行所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿的步骤。
可选的，所述装置还包括：
第二发送模块，用于在所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿之后，向与所述飞行汽车具有通信连接的服务器发送所述行驶模式以及航姿，以使得所述服务器根据所述行驶模式以及所述航姿重新设置所述行驶模式对应的模式调试参数；
参数接收模块，用于接收所述服务器发送的模式调试参数，并根据所述服务器发送的模式调试参数进行数据更新。
可选的，所述飞行汽车包括气压计，所述目标水平面是所述飞行汽车启动时所处的平面，所述装置还包括：
第一读取模块，用于在所述获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值之前，在所述飞行汽车启动时，读取所述气压计对应的第一气压值；
第一计算模块，用于根据所述第一气压值，计算所述飞行汽车所处的第一海拔高度；
平面确定模块，用于将所述第一海拔高度所在的平面作为所述目标水平面。
可选的，所述差值获取模块701，包括：第一读取单元，第三计算单元和第四计算单元；
所述第一读取单元，用于读取当前时刻下所述气压计对应的第二气压值；
所述第三计算单元，用于根据所述第二气压值，计算所述飞行汽车所处的第二海拔高度；
所述第四计算单元，用于根据所述第二海拔高度以及所述第一海拔高度，计算所述飞行汽车在当前时刻下与所述飞行汽车启动时所处的平面的距离差值。
图8是本申请一示例性实施例提供的一种车载终端的结构示意图。如图8 所示，车载终端800包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)801、包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)802和只读存储器(Read Only Memory，ROM)803的系统存储器804，以及连接系统存储器804和中央处理单元801的系统总线805。所述车载终端800还包括帮助计算机内的各个器件之间传输信息的基本输入/输出系统(Input/Output System，I/O系统)808，和用于存储操作系统812、应用程序813和其他程序模块814的大容量存储设备 807。
所述基本输入/输出系统806包括有用于显示信息的显示器808和用于用户输入信息的诸如鼠标、键盘之类的输入设备809。其中所述显示器808和输入设备809都通过连接到系统总线805的输入输出控制器810连接到中央处理单元 801。所述基本输入/输出系统806还可以包括输入输出控制器810以用于接收和处理来自键盘、鼠标、或电子触控笔等多个其他设备的输入。类似地，输入输出控制器810还提供输出到显示屏、打印机或其他类型的输出设备。
所述大容量存储设备807通过连接到系统总线805的大容量存储控制器(未示出)连接到中央处理单元801。所述大容量存储设备807及其相关联的计算机可读介质为车载终端800提供非易失性存储。也就是说，所述大容量存储设备 807可以包括诸如硬盘或者CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，只读光盘)驱动器之类的计算机可读介质(未示出)。
所述计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括RAM、ROM、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory，可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，带电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他固态存储其技术，CD-ROM、DVD(Digital Video Disc，高密度数字视频光盘)或其他光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备。当然，本领域技术人员可知所述计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器804 和大容量存储设备807可以统称为存储器。
车载终端800可以通过连接在所述系统总线805上的网络接口单元811连接到互联网或者其它网络设备。
所述存储器还包括一个或者一个以上的程序，所述一个或者一个以上程序存储于存储器中，中央处理单元801通过执行该一个或一个以上程序来实现本申请上述各个实施例提供的方法中，由车载终端执行的全部或者部分步骤。
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。当使用软件实现时，可以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。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请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(Digital Subscriber Line，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。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储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，高密度数字视频光盘(Digital Video Disc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。
本申请实施例还公开了一种车辆，该车辆包括车载终端，车载终端包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如上述方法实施例中的飞行汽车的航姿确定方法。可选的，上述终端可以是本实施例中的车载终端。
本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，其中，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的方法。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物单元，即可位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元若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获取的存储器中。基于这样的理解，本申请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全部或者部分，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器中，包括若干请求用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本申请的各个实施例上述方法的部分或全部步骤。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器 (Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
以上对本申请实施例公开的一种飞行汽车的航姿确定方法、装置、车载终端及存储介质进行了举例介绍，本文中应用了个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种飞行汽车的航姿确定方法，其特征在于，所述方法由车载终端执行，所述方法包括：
获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；
根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式，所述行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；
按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿，所述飞行汽车的航姿包括所述飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式，包括：
当所述距离差值大于预设距离阈值时，确定所述飞行汽车的行驶模式是处于空中飞行模式；
当所述距离差值不大于预设距离阈值时，确定所述飞行汽车的行驶模式是处于路面行驶模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模式调试参数包括量测噪声协方差矩阵，所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿，包括：
根据所述行驶模式，确定所述行驶模式对应的量测噪声协方差矩阵；
根据所述量测噪声协方差矩阵，计算所述飞行汽车的卡尔曼增益；
根据所述卡尔曼增益，计算所述飞行汽车的航姿。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式之后，还包括：
向与所述飞行汽车具有通信连接的终端设备发送所述行驶模式；
当接收到所述终端设备发送的确认指令时，执行所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿的步骤；
当接收到所述终端设备发送的错误指令时，根据所述错误指令，获取正确模式，将所述行驶模式更新为所述正确模式，并执行所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿之后，还包括：
向与所述飞行汽车具有通信连接的服务器发送所述行驶模式以及航姿，以使得所述服务器根据所述行驶模式以及所述航姿重新设置所述行驶模式对应的模式调试参数；
接收所述服务器发送的模式调试参数，并根据所述服务器发送的模式调试参数进行数据更新。
6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述飞行汽车包括气压计，所述目标水平面是所述飞行汽车启动时所述飞行汽车的车轮所处的平面，在所述获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值之前，还包括：
在所述飞行汽车启动时，读取所述气压计对应的第一气压值；
根据所述第一气压值，计算所述飞行汽车所处的第一海拔高度；
将所述第一海拔高度所在的平面作为所述目标水平面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值，包括：
读取当前时刻下所述气压计对应的第二气压值；
根据所述第二气压值，计算所述飞行汽车所处的第二海拔高度；
根据所述第二海拔高度以及所述第一海拔高度，计算所述飞行汽车在当前时刻下与所述飞行汽车启动时所处的平面的距离差值。
8.一种飞行汽车的航姿确定装置，其特征在于，所述装置用于车载终端中，所述装置包括：
差值获取模块，用于获取飞行汽车在当前时刻下与目标水平面的距离差值；
模式确定模块，用于根据所述距离差值，确定所述飞行汽车的行驶模式，所述行驶模式包括空中飞行模式以及路面行驶模式；
航姿计算模块，用于按照所述行驶模式对应的模式调试参数，计算所述飞行汽车的航姿，所述飞行汽车的航姿包括所述飞行汽车的航向角、俯仰角以及横滚角。
9.一种车载终端，其特征在于，所述车载终端包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1至7任一所述的飞行汽车的航姿确定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一所述的飞行汽车的航姿确定方法。
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García et al. A Methodology for Design and Analysis of Sensor Fusion with Real Data in UAV platforms

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