CN114476103A - 无人机飞行状态指示装置及其指示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机飞行状态指示装置，包括：在无人机底部分别安装的灯光系统、传感器系统和控制系统。控制系统根据地面操作人员的指令向传感器系统发送读取无人机飞行数据的指令；传感器系统用于读取无人机的飞行数据，并将飞行数据发送给控制系统；控制系统用于将飞行数据转换为映射数据以及根据映射数据向灯光系统发送灯光显示指令。灯光系统用于改变灯光状态来显示映射数据。本发明通过红绿指示灯交替显示的方式，采用了五进制的方法表示数字，使地面操作人员能够直接了解到无人机的飞行数据，降低了飞行风险，最大程度减小了地面操作人员观察失误的可能性。

Description

无人机飞行状态指示装置及其指示方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，特别涉及一种无人机飞行状态指示装置及其指示方法。

背景技术

随着无人机控制技术的不断发展，无人机的应用领域已经涉及军事和民用的各个领域，安全操控无人机就成为了一个关键问题。在无人机高度不高时，操作人员可以通过树木等参照物判别无人机的高度，但在无人机达到了一定高度，没有参照物的情况下就只能目测距离。目测距离的精度并不高，尤其是在夜间飞行时难度更大，误差也更大。此外，对于无人机来说，电机转速、电机电压和剩余电量无法通过目测获取，而这些物理量则是影响飞行安全的重要参数。操作人员如果不能有效把握这些参数，有可能会出现操作失误，导致飞行事故，产生严重后果。

授权公告号CN213334092U实用新型公开了一种无人机用高度识别灯，配备多颜色光源，可以在夜间看到无人机高度，但是并未指出如何显示高度数值。

授权公告号CN205480772U实用新型专利公开了一种无人机指示灯及具有其的无人机，包括8个RGB灯珠，虽然可以显示16777216种颜色组合，5种模式，实现256等级亮度，但是没有说明测量高度值和流水灯流动速度的映射方法，会让地面人员眼花缭乱，查颜色、亮度对照表困难，难以实现快速性、准确性。

因此，需要一种无人机的状态指示方法，在飞行时辅助操作人员指示无人机状态，以降低飞行的风险。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种无人机飞行状态指示装置及其指示方法。本发明采用了“五进制”方式表示数字，通过红绿指示灯交替显示的方式，颜色对比鲜明，闪烁变化显而易见；使操作人员能够直接了解到无人机的高度、电机转速、电机电压和剩余电量等信息，降低了飞行风险，在实现快速获取无人机飞行信息的同时，最大程度减小了地面操作人员观察失误的可能性。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种无人机飞行状态指示装置，包括：在无人机底部分别安装的灯光系统、传感器系统和控制系统；

控制系统根据地面操作人员的指令向传感器系统发送读取无人机飞行数据的指令；

传感器系统用于读取无人机的飞行数据，并将飞行数据发送给控制系统；

控制系统用于将飞行数据转换为映射数据以及根据映射数据向灯光系统发送灯光显示指令；

灯光系统用于改变灯光状态来显示映射数据。

优选地，传感器系统包括：高度传感器、速度传感器、电压传感器、电量测量模块中的一种或几种。

优选地，灯光系统用于改变灯光的颜色、闪烁次数和亮灭状态，不同的颜色、闪烁次数和亮灭状态的组合代表不同的映射数据、开始信号和结束信号。

优选地，灯光系统在显示同一飞行数据时，依次显示开始信号、映射数据和结束信号。

优选地，映射数据的范围为0-99。

优选地，灯光系统通过五进制的方法显示映射数据。

本发明还提供一种基于五进制的映射数据的灯光显示方法，以显示映射数据，将第一种颜色的灯光常亮至预设时间来表示数字0，第一种颜色的灯光闪烁一次表示数字1，将第二种颜色的灯光闪烁一次表示数字5，将两个颜色的灯光表示的数字之和作为一次映射数据中的一个数字。

本发明还提供一种无人机飞行状态指示方法，包括以下步骤：

S1、控制系统根据地面操作人员的指令向传感器系统发送读取无人机飞行数据的指令；

S2、传感器系统读取无人机的飞行数据，并将飞行数据发送给控制系统；

S3、控制系统将飞行数据转换为映射数据，并根据映射数据向灯光系统发送灯光显示指令；

S4、灯光系统根据灯光显示指令改变灯光状态。

优选地，当无人机处于自主飞行状态时，无需等候地面操作人员的指令，控制系统控制灯光系统循环显示各个飞行数据对应的映射数据，直至无人机降落。

优选地，当无人机处于自主飞行状态时，灯光系统不再显示除最后一个映射数据以外的其他映射数据的结束信号，只显示每个映射数据的开始信号和最后一个映射数据的结束信号。

与现有的技术相比，本发明采用了“五进制”方式表示数字，通过红绿指示灯交替显示的方式，颜色对比鲜明，闪烁变化显而易见；使操作人员能够直接了解到无人机的高度、电机转速、电机电压和剩余电量等信息，降低了飞行风险，在实现快速获取无人机飞行信息的同时，最大程度减小了地面操作人员观察失误的可能性。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的无人机飞行状态指示方法的摇杆发送指示信号的程序框图。

图2是根据本发明实施例提供的无人机飞行状态指示方法的红绿灯光显示对照图。

图3是根据本发明实施例提供的无人机在自主飞行时指示无人机状态的程序框图。

图4是根据本发明实施例提供的无人机飞行状态指示方法的流程。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明提供的无人机飞行状态指示装置包括：在无人机底部分别安装的灯光系统、传感器系统和控制系统。

传感器系统用于读取无人机的各项飞行数据，传感器系统与控制系统相连接，并将无人机的飞行数据发送给控制系统；飞行数据包括高度数据信息、电机转速数据信息、电机电压数据信息和剩余电量数据信息等物理量信息。传感器系统包括：高度传感器、速度传感器、电压传感器、电量测量模块中的一种或几种。

高度传感器用于测量和获取无人机的高度数据信息；

速度传感器用于测量和获取无人机的电机转速数据信息；

电压传感器用于测量和获取无人机的电机电压数据信息；

电量测量模块用于测量和获取无人机的剩余电量数据信息；

控制系统用于接收地面操作人员的指令、向传感器发送读取无人机飞行数据的指令、接收传感器系统的飞行数据以及向灯光系统发送灯光显示指令。

灯光系统用于接收来自控制系统的控制指令，从而改变灯光系统的灯光状态，包括颜色、闪烁次数和亮灭状态。灯光系统包括若干个红绿灯，其中一个红灯和一个绿灯为一组灯光。

图1示出了根据本发明实施例提供的无人机飞行状态指示方法的摇杆发送指示信号的程序框图。

如图1所示，当地面操作人员需要了解无人机的飞行数据信息时，要先通过摇杆向无人机的控制系统发送指令，控制系统接收指令后，向传感器系统发送读取无人机飞行数据的指令。传感器系统获取各个传感器的物理量数据并将各项物理量数据发送给控制系统，控制系统将物理量数据转换为映射数据，并根据映射数据向灯光系统发送灯光显示指令。灯光系统依次显示编码信息作为开始信号、映射数据，再显示编码信息作为结束信号。映射数据的范围为：0-99。

操作人员需要单独了解无人机的高度、电机转速、电机电压或剩余电量的状态时，可单独发送指令，操作过程与此类似。

本发明以两组灯光为例，对本发明提供的无人机飞行状态指示装置的原理进行详细的叙述：

灯光系统向地面人员指示无人机状态时，为了便于区分不同物理量的指示信息，将红绿、红红、绿红、绿绿四个编码的灯光信号分别作为无人机高度、电机转速、电机电压和剩余电量四个物理量的开始信号和结束信号。

在灯光系统执行灯光显示指令任务的过程中，正在被显示的物理量具有高优先级，灯光系统在处于显示状态时，控制系统不会给灯光系统发送下一个灯光显示指令，灯光系统当前的显示任务不会被中断。只有在灯光系统处于空闲状态时，控制系统的灯光显示指令才会发送到灯光系统。对于操作人员来说，使用摇杆发送信号也需要在上一组灯光显示指令显示完毕后再发送。

图2示出了根据本发明实施例提供的无人机飞行状态指示方法的红绿灯光显示对照图。

如图2所示，一组灯光表示数字0-9的方法为：使用五进制，红灯常亮2秒来表示数字0，红灯闪烁一次表示数字1，绿灯闪烁一次表示数字5，两个颜色的灯表示的数字之和作为一组灯光表示的数字。此外，红灯和绿灯一亮一灭各用0.5秒。按照这种方法，数字9的用时最长，需要依次闪烁1次绿灯和4次红灯，需要5秒钟。两位数字最多需要10秒钟，加上开始信号和结束信号一共需要12秒钟。

其中，两组灯光的指示过程包括：首先第一组灯光显示物理量的编码，作为开始信号，开始信号结束之后，第一组灯光继续进行十位数信号的指示，即第一组灯光显示的数字之和对应物理量的十位；十位数信号结束之后，第二组灯光进行个位数信号的指示，即第二组灯光显示的数字之和对应物理量的个位；个位数信号结束之后，第二组灯光显示物理量的编码，作为结束信号，指示地面人员物理量的整个指示过程结束，可以发送下一个指示指令。

第一组灯光的指示过程开始之后，第二组灯光处于熄灭状态；第一组灯光的指示过程结束以后再进行第二组灯光的指示过程。第二组灯光的指示过程开始之后，第一组灯光处于熄灭状态。

十位数信号的优先级高于个位数信号，在指示过程中会先显示十位数信号，以便地面操作人员进行区分。

当无人机需要更高精度的飞行状态指示或者更多物理量需要被指示时，可以扩展一组红绿灯，作为十分位显示。十分位表示数字0-9的方法与个位数、十位数的方法相同，优先级按十位数信号、个位数信号、十分位信号依次降低。由于安装三组红绿灯，可以为8个物理量的编码。精度提高后，灯光显示的时间也相应延长，指示过程与使用两组灯光的指示过程类似。

控制系统将获取的无人机飞行数据转为映射数据，映射数据的范围为：0-99。

例如，当映射数据为76时，灯光系统的灯光显示过程为：首先第一组灯光显示开始信号，开始信号结束后，第一组灯光的绿灯闪烁一次，红灯闪烁两次，然后第二组灯光的绿灯闪烁一次，红灯闪烁一次，至此映射数据76显示完毕，第二组灯光显示结束信号，随即灯光系统的灯光显示过程结束。

根据每个物理量的变化范围和精度要求的不同，采取的映射方法也不同。

高度的映射方法为：

无人机的飞行高度大多在1000米以下：以每10米映射为一个数字，首先将无人机的飞行高度进行四舍五入，再将四舍五入后的飞行高度除以10，可以在保证10米级精度的条件下实现指示功能。

例如，当飞行高度为650米时，指示数字为65；当飞行高度为64米时，指示数字为06；当飞行高度为67米时，指示数字为07；0-4米映射为数字00等。其中当飞行高度为985-999米时，直接将飞行高度映射为数字99。

转速的映射方法为：

如果电机的额定转速是5000转/分钟，映射方法以每50转/分钟映射为一个数字，即首先将电机转速除以50再将得到的结果进行四舍五入，电机转速的指示精度可以达到50转/分钟。

例如，当电机转速为1010转/分钟时，指示数字为20；当电机转速为1030转/分钟时，指示数字为21；当电机转速为0-24转速/分钟时，映射为数字0。其中当电机转速为4925-4999转速/分钟时，直接将电机转速映射为数字99。

电机电压的映射方法为：

使用额定电压为36V的电动机时，电压在0-36V范围内变化，可以只使用数字0-36作为指示数字变化范围，指示精度为1V，这样灯光系统的读数即是电压测量值，同时也能保证精度。

使用额定电压小于10V的电动机时，每0.1V映射为一个指示数字，指示精度提高到0.1V的等级。

剩余电量的映射方法为：

无人机一旦开始工作就会消耗电能，使剩余电量小于100％，因此可以使用数字0-99以百分比方式表示。可以每1％的剩余电量映射为一个指示数字，指示精度为总电量的1％。

图3示出了根据本发明实施例提供的无人机在自主飞行时指示无人机状态的程序框图。

如图3所示，实际应用中，无人机有时会按程序自主飞行，在无人机自主飞行期间一直循环显示无人机的飞行数据对应的映射数据，直至无人机降落。

将无人机循环显示映射数据的过程简化为：无人机开始飞行时，控制系统不再等候地面操作人员的指令，控制系统直接依次获取传感器系统内部各个传感器的物理量数据，并将物理量数据依次转换为映射数据，根据映射数据依次向灯光系统发送灯光显示指令。灯光系统依次显示每个物理量的映射数据，但是只显示每个物理量的开始信号和最后一个物理量的编码作为结束信号，为了节省时间，不再显示除最后一个物理量以外的其他物理量的结束信号。

例如：

首先，控制系统向灯光系统发送高度的编码信息(即高度的开始信号)和映射数据的灯光显示指令，灯光系统依次显示高度的编码信息(即高度的开始信号)和映射数据，不需要再次显示高度的编码信息(即高度的结束信号)。

其次，控制系统向灯光系统发送电机转速的编码信息(即电机转速的开始信号)和映射数据的灯光显示指令，灯光系统依次显示电机转速的编码信息(即电机转速的开始信号)和映射数据，不再显示电机转速的编码信息(即电机转速的结束信号)。

再次，控制系统向灯光系统发送电机电压的编码信息(即电机电压的开始信号)和映射数据的灯光显示指令，灯光系统依次显示电机电压的编码信息(即电机电压的开始信号)和映射数据，不显示电机电压的编码信息(即电机电压的结束信号)。

最后，控制系统向灯光系统发送剩余电量的编码信息(即剩余电量的开始信号)和映射数据的灯光显示指令，灯光系统依次显示剩余电量的编码信息(即剩余电量的开始信号)和映射数据，显示剩余电量的编码信息作为飞行状态信息指示过程的结束信号。

这样就完成了一轮指示任务，飞机降落前就需要一直循环上述过程，直至飞机降落。

图4示出了根据本发明实施例提供的无人机飞行状态指示方法的流程。

如图4所示，本发明提供的无人机飞行状态指示方法包括以下步骤：

S1、控制系统向传感器系统发送读取无人机飞行数据的指令。

S2、传感器系统将获取的飞行数据发送给控制系统。

S3、控制系统将飞行数据转换为映射数据，并根据映射数据向灯光系统发送灯光显示指令。

S4、灯光系统根据灯光显示指令改变灯光状态。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机飞行状态指示装置，其特征在于，包括：在无人机底部分别安装的灯光系统、传感器系统和控制系统；

所述控制系统根据地面操作人员的指令向传感器系统发送读取无人机飞行数据的指令；

所述传感器系统用于读取无人机的飞行数据，并将所述飞行数据发送给所述控制系统；

所述控制系统用于将所述飞行数据转换为映射数据以及根据所述映射数据向所述灯光系统发送灯光显示指令；

所述灯光系统用于改变灯光状态来显示所述映射数据。

2.根据权利要求1所述的无人机飞行状态指示装置，其特征在于，所述传感器系统包括：高度传感器、速度传感器、电压传感器、电量测量模块中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的无人机飞行状态指示装置，其特征在于，所述灯光系统用于改变灯光的颜色、闪烁次数和亮灭状态，不同的颜色、闪烁次数和亮灭状态的组合代表不同的映射数据、开始信号和结束信号。

4.根据权利要求3所述的无人机飞行状态指示装置，其特征在于，所述灯光系统在显示同一飞行数据时，依次显示开始信号、映射数据和结束信号。

5.根据权利要求4所述的无人机飞行状态指示装置，其特征在于，所述映射数据的范围为0-99。

6.根据权利要求5所述的无人机飞行状态指示装置，其特征在于，所述灯光系统通过五进制的方法显示所述映射数据。

7.一种基于五进制的映射数据的灯光显示方法，应用于权利要求1～6任一项所述的无人机飞行状态指示装置，以显示映射数据，其特征在于，将第一种颜色的灯光常亮至预设时间来表示数字0，第一种颜色的灯光闪烁一次表示数字1，将第二种颜色的灯光闪烁一次表示数字5，将两个颜色的灯光表示的数字之和作为一次映射数据中的一个数字。

8.一种如权利要求1-6任一项所述的无人机飞行状态指示装置的指示方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述控制系统根据地面操作人员的指令向所述传感器系统发送读取无人机飞行数据的指令；

S2、所述传感器系统读取无人机的飞行数据，并将所述飞行数据发送给所述控制系统；

S3、所述控制系统将所述飞行数据转换为所述映射数据，并根据所述映射数据向所述灯光系统发送灯光显示指令；

S4、所述灯光系统根据所述灯光显示指令改变灯光状态。

9.根据权利要求8所述的无人机飞行状态指示方法，其特征在于，当所述无人机处于自主飞行状态时，无需等候地面操作人员的指令，所述控制系统控制所述灯光系统循环显示所述各个飞行数据对应的映射数据，直至所述无人机降落。

10.根据权利要求9所述的无人机飞行状态指示方法，其特征在于，当所述无人机处于自主飞行状态时，所述灯光系统不再显示除最后一个映射数据以外的其他映射数据的结束信号，只显示每个映射数据的开始信号和最后一个映射数据的结束信号。

Images