CN115826602B - 一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统和方法，包括服务器、以及四桨无人机、姿势采集模块、控制模块、定位模块、环境采样模块，姿势采集模块用于采样无人机当前的飞行姿势进行采集，并根据采集的姿势数据进行评估，定位模块用于对无人机当前的位置进行定位，环境检测模块用于检测无人机所处的环境，控制模块根据姿势采集模块的数据和环境检测模块的检测数据对无人机进行控制。本发明通过姿势采集模块和控制模块的相互配合，使得无人机的姿势能够被检测出来，并根据无人机的当前姿势数据进行控制，保证无人机在平移和飞行过程中能精准的定位，提升整个无人机控制稳定性和可靠性，使得无人机具备进行抗干扰能力。

Description

一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统和方法

技术领域

本发明涉及姿态的控制技术领域，尤其涉及一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统和方法。

背景技术

随着无人机技术的快速发展，通过无人机进行安全监控或航拍等功能也快速普及到人们的日常生活中。目前主流的无人机飞行控制器的姿态解算方法的输出量是是欧拉角，而飞行控制方法是以欧拉角作为内部控制对象对机体的姿态进行控制，欧拉角具有万向锁缺陷，不能适用于全姿态的控制，限制了无人机的运动幅度，同时由于包含三角函数运算，增加了处理器负担，降低了控制的实时性。

如CN110673619B现有技术公开了一种飞行姿态的控制方法、装置、无人机和存储介质，为了避免无人机在飞行过程中所遇到的各种干扰而带来的飞行影响，现有的无人机自适应姿态控制方式通常是在无人机飞行过程中不断估计出无人机遇到的干扰上限，该干扰上限存在一定的不确定性。

另一种典型的如CN106569500B的现有技术公开的一种无人机飞行控制器姿态解算和控制方法，目前，大多数无人机飞行控制器通过外部供电模块进行供电，外部供电模块供电电压噪声和波动较大，同时由于地线与飞行控制器的距离较远，容易对飞行控制器造成干扰；大多数无人机飞行控制器采用IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)硬连接，由于无人机飞行时螺旋桨产生的震动，将导致IMU采集的数据容易受到干扰，从而造成姿态解算的不稳定性。

为了解决本领域普遍存在姿态无法精准控制、姿态控制误差大、姿势控制存在干扰、抗风扰能力差和智能程度低等等问题，作出了本发明。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统和方法。

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统，所述飞行动态精准定位管理系统包括服务器、以及四桨无人机，所述飞行动态精准定位管理系统还包括姿势采集模块、控制模块、定位模块、环境采样模块，

所述服务器分别与所述姿势采集模块、所述控制模块、所述定位模块和所述环境检测模块连接，

所述姿势采集模块用于采样所述无人机当前的飞行姿势进行采集，并根据采集的姿势数据进行评估，所述定位模块用于对所述无人机当前的位置进行定位，所述环境检测模块用于检测所述无人机所处的环境，所述控制模块根据所述姿势采集模块的数据和所述环境检测模块的检测数据对所述无人机进行控制；

所述姿势采集模块包括姿势采集单元、以及姿势评估单元，所述姿势采集单元用于对所述无人机的姿势进行采集，以形成无人机的姿势数据，所述姿势评估单元根据所述姿势采集单元的姿势数据进行评估；

所述姿势采集单元包括姿态传感器、以及数据存储器，所述姿态传感器用于检测所述无人机飞行状态的飞行姿势，所述数据存储器用于对所述姿态传感器的检测数据进行存储；

所述姿势采集单元根据所述无人机的实时位置作为原点，建立空间坐标系xyz，所述姿势评估单元获取所述姿态传感器的姿势数据，其中，所述姿势数据包括无人机沿着x轴方向的加速度分量a_x、无人机沿着y轴方向的加速度分量a_y、无人机沿着z轴方向的加速度分量a_z；

所述姿势评估单元评估无人机沿着x轴方向的加速度分量a_x、无人机沿着y轴方向的加速度分量a_y、无人机沿着z轴方向的加速度分量a_z与对应方向的监控阈值的关系，若满足下式条件之一，则触发所述控制模块对所述无人机沿着关联方向姿势的控制：

式中，Monitor_x为设定的沿x轴方向的加速度分量监控阈值，Monitor_y为设定的沿y轴方向的加速度分量监控阈值，Monitor_z为设定的沿z轴方向的加速度分量监控阈值。

可选的，所述定位模块包括定位单元、以及信号传输器，所述定位单元用于对所述无人机的当前位置进行定位，所述信号传输器用于将所述无人机当前的定位信号传输至服务器或地面的信号中转站上；

所述定位单元包括定位探头、固定座、以及计时器，所述固定座用于对所述定位探头进行支撑，所述计时器用于对触发定位探头检测所述无人机的定位位置进行触发，且当设定的时间间隔耗尽，则触发所述定位探头对所述无人机的位置进行定位，以获得当前位置的定位数据。

可选的，所述环境检测模块包括环境检测单元、以及存储单元，所述环境检测单元用于对所述无人机所处的环境进行检测，所述存储单元用于对所述环境检测单元的检测数据进行存储；

所述环境检测单元包括温度传感器、风力传感器、支撑座、以及至少三个风道，所述温度传感器检测所述无人机所处环境的温度，所述风力传感器检测所述无人机的所处环境的风力，所述支撑座的本体上设置有若干个风道，使所述风力传感器均设置在各个所述风道中。

可选的，所述环境检测模块还包括环境分析单元，所述分析单元根据所述环境检测单元的数据对所述无人机所处的风速数据进行分析；

其中，所述环境分析单元根据所述无人机的当前位置高度H、以及无人机当前环境的空气密度值ρ计算所述无人机所处环境的风切变指数Shear：

式中，K₀为卡尔曼常数，H₀为操作设定的高度基础值，取H₀＝0.05，V_Location为摩擦速度，其值由剪应力τ₀和空气密度ρ₀共同决定；

若风切变指数Shear超过设定的风向监控阈值Wind，则触发所述控制模块对所述无人机姿势的控制调整。

可选的，所述控制模块获取所述姿势采集模块的评估结果、以及所述环境检测模块的风切变指数Shear，并根据下式对所述无人机旋翼的角速度Ω_i进行控制：

式中，R为风向影响系数，C_L为无人机的升力系数，n_3x为无人机在x轴方向上的平动拖拽力系数，n_3y为无人机在y轴方向上的平动拖拽力系数，n_3z为无人机在z轴方向上的平动拖拽力系数，a_x为无人机沿着x轴方向的加速度分量，可由姿态传感器直接获得，a_y为无人机沿着y轴方向的加速度分量，可由姿态传感器直接获得，a_z为无人机沿着z轴方向的加速度分量，可由姿态传感器直接获得，m为无人机的质量，单位：kg，Wind为设定的风向监控阈值，g为重力加速度，9.8m/s²，其中，所述姿态传感器所测得的姿态数据包括无人机沿着z轴方向转动产生的偏航角Ψ、无人机沿着y轴方向转动的横滚角ψ和所述无人机沿着x轴方向转动的俯仰角θ,为无人机沿着x轴方向的偏移距离的一阶导数，/>为无人机沿着y轴方向的偏移距离的一阶导数，/>为无人机沿着z轴方向的偏移距离的一阶导数。

可选的，所述飞行动态精准定位管理系统还包括预警模块，所述预警模块用于对操作者进行预警提示，以警示所述操作者当前所述无人机的状态；

其中，所述预警模块获取所述姿势采集模块的评估结果、以及所述风切变指数Shear的数据，且当满足触发控制模块控制的无人机的调节，则触发预警提示。

本发明还提供一种基于无人机的飞行动态精准定位管理方法，所述飞行动态精准定位管理方法包括以下步骤：

步骤1：获取所述无人机所处环境的环境数据、以及所述无人机在平飞状态下的加速度分量；

步骤2：在步骤1的基础上，计算所述无人机所处环境的风切变指数Shear，并将所述风切变指数Shear与设定的风向监控阈值Wind比较；

步骤3：在在步骤1的基础上，将各个方向的加速度分量分别与设定的沿x轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_x、设定的沿y轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_y、设定的沿z轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_z比较；

步骤4：在步骤2和步骤3的基础上，若满足以下条件之一，则触发预警模块的预警提示：

步骤5：在步骤4的基础上，通过所述控制欲模块对所述无人机的飞行姿势进行控制。

可选的，所述飞行动态精准定位管理方法还包括根据所述定位模块的定位位置，确定所述无人机的飞行距离；

若无人机的实时位置与设定的定位位置不符合，则通过所述控制模块控制和无人机的飞行控制器控制所述无人机移动到设定的定位位置处。

可选的，所述飞行动态精准定位管理方法还包括将无人机发出的预警提示信号传输至服务器中，并对所述无人机的飞行动态进行监控。

本发明所取得的有益效果是：

1.通过姿势采集模块和控制模块的相互配合，使得无人机的姿势能够被检测出来，并根据无人机的当前姿势数据进行控制，保证无人机在平移和飞行过程中能精准的定位，提升整个无人机控制稳定性和可靠性，使得无人机具备进行抗干扰能力；

2.通过控制模块与环境分析单元、姿势评估单元的相互配合，使得无人机的飞行姿势能够被精准的控制，以提升无人机在进行平移运动时的飞行姿势动态的控制和管理效率，提升飞行的精度；

3.通过环境分析单元与控制模块的相互配合，使得控制模块能根据环境分析单元的分析结果触发对无人机姿势的控制，以提升无人机的精准控制能力；

4.通过预警模块与控制模块、姿势采集模块、环境检测模块、以及定位模块的相互配合，使得管理员或者技术人员能动态的掌控无人机的飞行姿态，从而获得对无人机的飞行动态进行动态的管理；

5.通过交互模块对多架无人机之间进行交互，使得多架次的无人机之间的协同配合，以提升多架次无人机之间的协同配合能力，提升组成的无人机编队之间的信息交互和配合的能力。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的整体方框示意图。

图2为本发明的无人机进行姿势控制、触发预警的方框示意图。

图3为本发明的加速度分量触发控制模块对无人机控制的控制流程示意图。

图4为本发明的环境分析单元触发控制模块对无人机控制的控制流程示意图。

图5为本发明的多架无人机进行交互的方框示意图。

图6为本发明的无人机在xyz坐标轴中存在偏移的场景示意图。

图7为本发明的所述无人机的俯视示意图。

图8为本发明的无人机与环境检测模块的左视示意图。

图9为本发明的环境检测单元的结构示意图。

附图标号说明：1-无人机；2-无人机本体；3-锁定座；4-环境采样单元；5-锁定头；6-测高仪；7-风道；8-风力传感器。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

实施例一。

根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，本实施例提供一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统，所述飞行动态精准定位管理系统包括服务器、以及四桨无人机，所述飞行动态精准定位管理系统还包括姿势采集模块、控制模块、定位模块、环境采样模块，

所述服务器分别与所述姿势采集模块、所述控制模块、所述定位模块和所述环境检测模块连接，

所述姿势采集模块用于采样所述无人机当前的飞行姿势进行采集，并根据采集的姿势数据进行评估，所述定位模块用于对所述无人机当前的位置进行定位，所述环境检测模块用于检测所述无人机所处的环境，所述控制模块根据所述姿势采集模块的数据和所述环境检测模块的检测数据对所述无人机进行控制；

所述飞行动态精准定位管理系统还包括中央处理器，所述中央处理器分别与所述服务器、所述姿势采集模块、所述控制模块、所述定位模块和所述环境检测模块控制连接；

在本实施例中，所述姿势采集模块装载在所述无人机上，并通过对所述姿势采集模块对所述无人机的姿势进行采集；另外，所述环境采样模块装载在所述无人机上，

所述姿势采集模块包括姿势采集单元、以及姿势评估单元，所述姿势采集单元用于对所述无人机的姿势进行采集，以形成无人机的姿势数据，所述姿势评估单元根据所述姿势采集单元的姿势数据进行评估；

所述姿势采集单元包括姿态传感器、以及数据存储器，所述姿态传感器用于检测所述无人机飞行状态的飞行姿势，所述数据存储器用于对所述姿态传感器的检测数据进行存储；

所述姿势采集单元根据所述无人机的实时位置作为原点，建立空间坐标系xyz，所述姿势评估单元获取所述姿态传感器的姿势数据，其中，所述姿势数据包括无人机沿着x轴方向的加速度分量a_x、无人机沿着y轴方向的加速度分量a_y、无人机沿着z轴方向的加速度分量a_z；

所述姿势评估单元评估无人机沿着x轴方向的加速度分量a_x、无人机沿着y轴方向的加速度分量a_y、无人机沿着z轴方向的加速度分量a_z与对应方向的监控阈值的关系，若满足下式条件之一，则触发所述控制模块对所述无人机沿着关联方向姿势的控制：

式中，Monitor_x为设定的沿x轴方向的加速度分量监控阈值，Monitor_y为设定的沿y轴方向的加速度分量监控阈值，Monitor_z为设定的沿z轴方向的加速度分量监控阈值；

通过姿势采集模块和所述控制模块的相互配合，使得所述无人机的姿势能够被检测出来，并根据无人机的当前姿势数据进行控制，保证所述无人机在平移和飞行过程中能精准的定位，提升整个无人机控制稳定性和可靠性，使得无人机具备进行抗干扰能力；

另外，所述定位模块设置在所述无人机的本体上，以实现对所述无人机的实时位置进行定位；

可选的，所述定位模块包括定位单元、以及信号传输器，所述定位单元用于对所述无人机的当前位置进行定位，所述信号传输器用于将所述无人机当前的定位信号传输至服务器或地面的信号中转站上；

所述定位单元包括定位探头、固定座、以及计时器，所述固定座用于对所述定位探头进行支撑，所述计时器用于对触发定位探头检测所述无人机的定位位置进行触发，且当设定的时间间隔耗尽，则触发所述定位探头对所述无人机的位置进行定位，以获得当前位置的定位数据；

在本实施例中，所述信号传输器还将所述无人机的实时位置通过无线传输或者网络传输的方式传输至服务器中，使得无人机的位置能够被精准的定位；

另外，在本实施例中，通过所述定位探头对所述无人机位置进行定位，可以检测所述无人机在平行飞行过程中的偏移量；

其中，获取一个采样周期中，所述无人机的初始定位位置坐标(x₁，y₁，z₁)、以及所述无人机间隔一个采样周期后的实时定位位置坐标(x₂，y₂，z₂)，并计算无人机在一个采样周期中的飞行偏离距离D：

可选的，所述环境检测模块包括环境检测单元、以及存储单元，所述环境检测单元用于对所述无人机所处的环境进行检测，所述存储单元用于对所述环境检测单元的检测数据进行存储；

所述环境检测单元包括温度传感器、风力传感器、支撑座、以及至少三个风道，所述温度传感器检测所述无人机所处环境的温度，所述风力传感器检测所述无人机的所处环境的风力，所述支撑座的本体上设置有若干个风道，使所述风力传感器均设置在各个所述风道中；

所述环境检测模块还包括锁定构件，所述锁定构件用于将所述环境检测单元与所述无人机本体进行可拆卸连接，使得所述环境检测单元能对所述无人机的环境进行检测；

所述锁定构件包括锁定座和锁定头，所述锁定座与所述锁定头相互配合使用，使得所述锁定头能锁住所述锁定座；

其中，所述锁定座设置在所述无人机的本体上，所述锁定头设置在所述支撑座的外壁上，且在锁定状态时，所述锁定座和所述锁定头相互限位卡接；

可选的，所述环境检测模块还包括环境分析单元，所述分析单元根据所述环境检测单元的数据对所述无人机所处的风速数据进行分析；

其中，所述环境分析单元根据所述无人机的当前位置高度H、以及无人机当前环境的空气密度值ρ计算所述无人机所处环境的风切变指数Shear：

式中，K₀为卡尔曼常数，H₀为操作设定的高度基础值，取H₀＝0.05，V_Location为摩擦速度，其值由剪应力τ₀和空气密度ρ₀共同决定；

若风切变指数Shear超过设定的风向监控阈值Wind，则触发所述控制模块对所述无人机姿势的控制调整；

所述无人机的当前位置高度H由测高仪或LVDT位移传感器直接获得；

同时，通过所述环境分析单元与所述控制模块的相互配合，使得所述控制模块能根据所述环境分析单元的分析结果触发对所述无人机姿势的控制，以提升所述无人机的精准控制能力；

其中，对于所述设定的风向监控阈值Wind是由操作者或管理者进行设定，这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；另外，所述环境分析单元进行分析的过程中，与所述无人机所处环境的风切变指数Shear比较，使得当若风切变指数Shear超过设定的风向监控阈值Wind，则触发所述控制模块对所述无人机姿势的控制调整；

可选的，所述控制模块获取所述姿势采集模块的评估结果、以及所述环境检测模块的风切变指数Shear，并根据下式对所述无人机旋翼的角速度Ω_i进行控制：

式中，R为风向影响系数，C_L为无人机的升力系数，n_3x为无人机在x轴方向上的平动拖拽力系数，n_3y为无人机在y轴方向上的平动拖拽力系数，n_3z为无人机在z轴方向上的平动拖拽力系数，a_x为无人机沿着x轴方向的加速度分量，可由姿态传感器直接获得，a_y为无人机沿着y轴方向的加速度分量，可由姿态传感器直接获得，a_z为无人机沿着z轴方向的加速度分量，可由姿态传感器直接获得，m为无人机的质量，单位：kg，Wind为设定的风向监控阈值，g为重力加速度，9.8m/s²，其中，所述姿态传感器所测得的姿态数据包括无人机沿着z轴方向转动产生的偏航角Ψ、无人机沿着y轴方向转动的横滚角ψ和所述无人机沿着x轴方向转动的俯仰角θ,为无人机沿着x轴方向的偏移距离的一阶导数，/>为无人机沿着y轴方向的偏移距离的一阶导数，/>为无人机沿着z轴方向的偏移距离的一阶导数；

值得注意的是，在上式中的和/>可以根据所述定位模块获取的无人机的前后姿态的变化进行拆解并计算，这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，因而在本实施例中不再一一赘述；

在本实施例中，通过所述控制模块与所述环境分析单元、所述姿势评估单元的相互配合，使得所述无人机的飞行姿势能够被精准的控制，以提升所述无人机在进行平移运动时的飞行姿势动态的控制和管理效率，提升飞行的精度；

可选的，所述飞行动态精准定位管理系统还包括预警模块，所述预警模块用于对操作者进行预警提示，以警示所述操作者当前所述无人机的状态；

其中，所述预警模块获取所述姿势采集模块的评估结果、以及所述风切变指数Shear的数据，且当满足触发控制模块控制的无人机的调节，则触发预警提示；

在所述预警发出预警提示后，触发预警提示的信息通过无线传输方式回传至地面上，以提示所述操作者进行查看，以精准的把握所述无人机的飞行位置和当前的飞行姿势，保证所述无人机的飞行安全；

本发明还提供一种基于无人机的飞行动态精准定位管理方法，所述飞行动态精准定位管理方法包括以下步骤：

步骤1：获取所述无人机所处环境的环境数据、以及所述无人机在平飞状态下的加速度分量；其中，所述姿势采集单元根据所述无人机的实时位置作为原点，建立空间坐标系xyz，其中，所述姿态传感器所测得的姿态数据包括无人机沿着z轴方向转动产生的偏航角Ψ、无人机沿着y轴方向转动的横滚角ψ和所述无人机沿着x轴方向转动的俯仰角θ；

并通过设置在所述无人机上的姿势采集单元对所述无人机的加速度分量进行检测，以获得所述无人机沿x轴、y轴、z轴上的加速度分量，从而实现对所述无人机的姿态的动态掌握；

步骤2：在步骤1的基础上，计算所述无人机所处环境的风切变指数Shear，并将所述风切变指数Shear与设定的风向监控阈值Wind比较；

步骤3：在在步骤1的基础上，将各个方向的加速度分量分别与设定的沿x轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_x、设定的沿y轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_y、设定的沿z轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_z比较；

步骤4：在步骤2和步骤3的基础上，若满足以下条件之一，则触发预警模块的预警提示：

步骤5：在步骤4的基础上，通过所述控制欲模块对所述无人机的飞行姿势进行控制；

可选的，所述飞行动态精准定位管理方法还包括根据所述定位模块的定位位置，确定所述无人机的飞行距离；

若无人机的实时位置与设定的定位位置不符合，则通过所述控制模块控制和无人机的飞行控制器控制所述无人机移动到设定的定位位置处；

在本实施例中，所述无人机在进行飞行的过程中，通过无人机自身的飞行控制器对所述无人机的飞行姿势进行控制，以使得所述无人机的飞行姿势和动态能够被精准的掌握，以提升无人机飞行动态的精准监控；

可选的，所述飞行动态精准定位管理方法还包括将无人机发出的预警提示信号传输至服务器中，并对所述无人机的飞行动态进行监控；

同时，在对所述无人机的飞行姿势进行控制的过程中，通过地面的信号接收装置接收所述无人机在飞行过程中的姿势数据，同时，将接收到的所述姿势数据回传至控制中心中，以向控制中心中的监控人员进行展示和提示，使得所述监控人员或者操作者、管理者能够动态的掌握所述无人机的飞行状态；

其中，所述信号接收装置是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；

通过预警模块与所述控制模块、姿势采集模块、所述环境检测模块、以及定位模块的相互配合，使得管理员或者技术人员能动态的掌控所述无人机的飞行姿态，从而获得对所述无人机的飞行动态进行动态的管理。

实施例二。

本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，还在于所述飞行动态精准定位管理系统还包括交互模块，所述交互模块用于对所述无人机与协同巡检的无人机进行交互，以提升多架无人机编组的协同配合能力；

所述交互模块包括交互单元和身份管理终端，所述身份管理终端用于对相邻近的所述无人机的身份识别码进行识别，并根据别出来的数据将协同的至少两架无人机的身份进行管理，以授予至少无人机之间配对码，使得至少两架无人机之间建立协同配对的关系；

所述交互单元用于在多架建立协同配对关系的无人机之间进行信息的交互，以提升多架无人机之间的协同编队能力；

所述交互单元包括交互信号发射器、身份识别标志，所述交互信号发射器用于向周围的无人机发射交互信号，并将自身无人机上的所述身份识别标注向相邻或者建立协同配对关系的无人机进行交互，所述身份识别标志预置在无人机中，并在建立协同交互操作的过程中，通过所述交互信号发射器将所述身份识别标志与周围的其他无人机进行传输；

所述身份管理终端根据下式授予配对码：

其中，Pairing_code(i)为上一次配对码Pairing_code的第i个字符对应的值，Pairing_code’为新生成的配对码Pairing_code’的第i个字符对应的值，ID_f(j)为第f个无人机的身份识别码，level_f为第f架无人机的连接等级，times_f为第f架无人机的连接总次数；

通过所述交互模块对多架无人机之间进行交互，使得多架次的所述无人机之间的协同配合，以提升多架次无人机之间的协同配合能力，提升组成的无人机编队之间的信息交互和配合的能力。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。

Claims (6)

1.一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统，所述飞行动态精准定位管理系统包括服务器、以及四桨无人机，其特征在于，所述飞行动态精准定位管理系统还包括姿势采集模块、控制模块、定位模块、环境检测模块，

所述服务器分别与所述姿势采集模块、所述控制模块、所述定位模块和所述环境检测模块连接，

所述姿势采集模块用于采样所述无人机当前的飞行姿势进行采集，并根据采集的姿势数据进行评估，所述定位模块用于对所述无人机当前的位置进行定位，所述环境检测模块用于检测所述无人机所处的环境，所述控制模块根据所述姿势采集模块的数据和所述环境检测模块的检测数据对所述无人机进行控制；

所述姿势采集模块包括姿势采集单元、以及姿势评估单元，所述姿势采集单元用于对所述无人机的姿势进行采集，以形成无人机的姿势数据，所述姿势评估单元根据所述姿势采集单元的姿势数据进行评估；

所述姿势采集单元包括姿态传感器、以及数据存储器，所述姿态传感器用于检测所述无人机飞行状态的飞行姿势，所述数据存储器用于对所述姿态传感器的检测数据进行存储；

所述姿势采集单元根据所述无人机的实时位置作为原点，建立空间坐标系xyz，所述姿势评估单元获取所述姿态传感器的姿势数据，其中，所述姿势数据包括无人机沿着x轴方向的加速度分量a_x、无人机沿着y轴方向的加速度分量a_y、无人机沿着z轴方向的加速度分量a_z；

所述姿势评估单元评估无人机沿着x轴方向的加速度分量a_x、无人机沿着y轴方向的加速度分量a_y、无人机沿着z轴方向的加速度分量a_z与对应方向的监控阈值的关系，若满足下式条件之一，则触发所述控制模块对所述无人机沿着关联方向姿势的控制：

式中，Monitor_x为设定的沿x轴方向的加速度分量监控阈值，Monitor_y为设定的沿y轴方向的加速度分量监控阈值，Monitor_z为设定的沿z轴方向的加速度分量监控阈值；

所述定位模块包括定位单元、以及信号传输器，所述定位单元用于对所述无人机的当前位置进行定位，所述信号传输器用于将所述无人机当前的定位信号传输至服务器或地面的信号中转站上；

所述定位单元包括定位探头、固定座、以及计时器，所述固定座用于对所述定位探头进行支撑，所述计时器用于对触发定位探头检测所述无人机的定位位置进行触发，且当设定的时间间隔耗尽，则触发所述定位探头对所述无人机的位置进行定位，以获得当前位置的定位数据；

所述环境检测模块包括环境检测单元、以及存储单元，所述环境检测单元用于对所述无人机所处的环境进行检测，所述存储单元用于对所述环境检测单元的检测数据进行存储；

所述环境检测单元包括温度传感器、风力传感器、支撑座、以及至少三个风道，所述温度传感器检测所述无人机所处环境的温度，所述风力传感器检测所述无人机的所处环境的风力，所述支撑座的本体上设置有若干个风道，使所述风力传感器均设置在各个所述风道中；

所述环境检测模块还包括环境分析单元，所述分析单元根据所述环境检测单元的数据对所述无人机所处的风速数据进行分析；

其中，所述环境分析单元根据所述无人机的当前位置高度H、以及无人机当前环境的空气密度值ρ计算所述无人机所处环境的风切变指数Shear：

式中，K₀为卡尔曼常数，H₀为操作设定的高度基础值，取H₀＝0.05，V_Location为摩擦速度，其值由剪应力τ₀和空气密度ρ₀共同决定；

若风切变指数Shear超过设定的风向监控阈值Wind，则触发所述控制模块对所述无人机姿势的控制调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统，其特征在于，所述控制模块获取所述姿势采集模块的评估结果、以及所述环境检测模块的风切变指数Shear，并根据下式对所述无人机旋翼的角速度Ω_i进行控制：

式中，R为风向影响系数，C_L为无人机的升力系数，n_3x为无人机在x轴方向上的平动拖拽力系数，n_3y为无人机在y轴方向上的平动拖拽力系数，n_3z为无人机在z轴方向上的平动拖拽力系数，a_x为无人机沿着x轴方向的加速度分量且其可由姿态传感器直接获得，a_y为无人机沿着y轴方向的加速度分量且其可由姿态传感器直接获得，a_z为无人机沿着z轴方向的加速度分量且其可由姿态传感器直接获得，m为无人机的质量，Wind为设定的风向监控阈值，g为重力加速度，其中，所述姿态传感器所测得的姿态数据包括无人机沿着z轴方向转动产生的偏航角Ψ、无人机沿着y轴方向转动的横滚角和所述无人机沿着x轴方向转动的俯仰角θ,为无人机沿着x轴方向的偏移距离的一阶导数，/>为无人机沿着y轴方向的偏移距离的一阶导数，/>为无人机沿着z轴方向的偏移距离的一阶导数。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统，其特征在于，所述飞行动态精准定位管理系统还包括预警模块，所述预警模块用于对操作者进行预警提示，以警示所述操作者当前所述无人机的状态；

其中，所述预警模块获取所述姿势采集模块的评估结果、以及所述风切变指数Shear的数据，且当满足触发控制模块控制的无人机的调节，则触发预警提示。

4.一种基于无人机的飞行动态精准定位管理方法，应用了权利要求3所述的一种基于无人机的飞行动态精准定位管理系统，其特征在于，所述飞行动态精准定位管理方法包括以下步骤：

步骤1：获取所述无人机所处环境的环境数据、以及所述无人机在平飞状态下的加速度分量；

步骤2：在步骤1的基础上，计算所述无人机所处环境的风切变指数Shear，并将所述风切变指数Shear与设定的风向监控阈值Wind比较；

步骤3：在在步骤1的基础上，将各个方向的加速度分量分别与设定的沿x轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_x、设定的沿y轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_y、设定的沿z轴方向的加速度分量监控阈值Monitor_z比较；

步骤4：在步骤2和步骤3的基础上，若满足以下条件之一，则触发预警模块的预警提示：

步骤5：在步骤4的基础上，通过所述控制模块对所述无人机的飞行姿势进行控制。

5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的飞行动态精准定位管理方法，其特征在于，所述飞行动态精准定位管理方法还包括根据所述定位模块的定位位置，确定所述无人机的飞行距离；

若无人机的实时位置与设定的定位位置不符合，则通过所述控制模块控制和无人机的飞行控制器控制所述无人机移动到设定的定位位置处。

6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的飞行动态精准定位管理方法，其特征在于，所述飞行动态精准定位管理方法还包括将无人机发出的预警提示信号传输至服务器中，并对所述无人机的飞行动态进行监控。