CN117029760A - 无人机航向确定方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种无人机航向确定方法、电子设备及存储介质，其中方法包括：获取磁力计测得的实时磁航向，当无人机处于第一飞行状态时，基于GNSS信息对实时磁航向进行修正得到修正后航向，将修正后航向作为无人机的当前融合航向，并根据实时磁航向和修正后航向构建锚点表；当无人机处于第二飞行状态时，将实时磁航向与锚点表中各锚点的磁航向进行匹配，将匹配成功的锚点的锚点航向作为无人机的当前融合航向。采用本发明的方法，解决了无人机处于悬停、盘旋或慢速飞行时，无法提供精准的融合方向的问题，提高了无人机在不能通过GNSS信息对磁航向偏差进行修正时的航向定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机航向确定方法、电子设备及存储介质。
背景技术
多旋翼无人机航向控制，直接关系到无人机的飞行稳定性和飞行安全性。无人机滚转、俯仰、偏航三个姿态通道中，偏航角度，即航向角，由磁力计给出初值，其他传感器对其进行后期修正最终得到融合后的航向角。
目前常用的航向融合方案，在处理磁力计给出的航向时，多是通过提高磁力计校准精度来提高磁力计给出的航向精度。磁力计的校准参数依赖于校准磁环境，而飞行磁环境与校准磁环境无法保证完全一致，从而导致飞行过程中磁力计给出的航向与真实航向会有一个随航向变化的非线性偏差。在快速直线飞行中，这个偏差可通过GNSS（GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统）信息修正，但是在飞机悬停、盘旋或慢速飞行时，无法通过GNSS信息对磁航向偏差进行修正。陀螺仪动态响应快，测量精度高，但求解航向角时需要对角速度积分，会产生累积误差。
因此，现有技术中的无人机航向融合方案在无人机处于悬停、盘旋或慢速飞行状态时，无法提供精准的融合方向。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种无人机航向确定方法、电子设备及存储介质，以解决现有技术中无人机航向融合方案在无人机处于悬停、盘旋或慢速飞行状态时，无法提供精准的融合方向的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
根据本发明的一方面，提供一种无人机航向确定方法，所述方法包括：
获取磁力计测得的实时磁航向；
当无人机处于第一飞行状态时，基于GNSS信息对所述实时磁航向进行修正得到修正后航向，将所述修正后航向作为所述无人机的当前融合航向，并根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表，所述锚点表包括若干锚点，每一锚点包括一锚点航向和与所述锚点航向对应的磁航向；
当所述无人机处于第二飞行状态时，将所述实时磁航向与所述锚点表中各锚点的磁航向进行匹配，获取匹配成功的锚点的锚点航向作为所述无人机的当前融合航向。
可选地，当所述无人机处于第二飞行状态时，所述方法还包括：
若所述实时磁航向与所述锚点表中各锚点的磁航向均匹配失败，则获取基于陀螺仪得到的积分航向作为所述无人机的当前融合方向。
可选地，当所述无人机处于第二飞行状态时，所述方法还包括：
若所述实时磁航向与所述锚点表中一锚点的磁航向匹配成功，则将所述锚点的锚点航向作为计算所述积分航向的积分初值。
可选地，所述第一飞行状态包括直线快速飞行状态，所述第二飞行状态包括悬停状态、盘旋状态和慢速飞行状态中任一种。
可选地，所述根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表的步骤包括：
对所述锚点表进行初始化，确定所述锚点表中各锚点的锚点航向；
根据所述实时磁航向和所述修正后航向，确定所述锚点表中各锚点的磁航向。
可选地，所述确定所述锚点表中各锚点的锚点航向的步骤包括：
获取用于初始化的预设锚点航向和预设的锚点数量；
根据所述锚点数量确定相邻锚点的锚点航向之间的角度间隔；
根据所述预设锚点航向和所述角度间隔，确定出所述锚点表中各锚点的锚点航向。
可选地，所述根据所述实时磁航向和所述修正后航向，确定所述锚点表中各锚点的磁航向的步骤包括：
将所述修正后航向与所述锚点表中各锚点的锚点航向进行匹配，若所述修正后航向与所述锚点表中一锚点的锚点航向匹配成功，则将所述实时磁航向确定为所述锚点的磁航向。
可选地，所述方法还包括：
根据所述实时磁航向和所述修正后航向对所述锚点表进行更新。
根据本发明的另一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述的无人机航向确定方法的步骤。
根据本发明的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行上述任一项所述的无人机航向确定方法的步骤。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中，提供了一种无人机航向确定方法，当无人机处于第一飞行状态时，基于GNSS信息对磁力计测得的实时磁航向进行修正得到修正后航向，将所述修正后航向作为所述无人机的当前融合航向，并根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表；当无人机处于第二飞行状态时，将所述实时磁航向与所述锚点表中各锚点的磁航向进行匹配，获取匹配成功的锚点的锚点航向作为所述无人机的当前融合航向。采用本发明的方法，在无人机处于第二飞行状态时，建立磁航向与锚点航向的映射关系，从而使得无人机处于第一飞行状态时，可基于该映射关系来修正无人机的真实航向，解决了无人机处于悬停、盘旋或慢速飞行等无法通过GNSS信息进行航向修正的状态时，无法提供精准的融合方向的问题，提高了无人机在不能通过GNSS信息对磁航向偏差进行修正时的航向定位精度。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的无人机航向确定方法的应用环境示意图；
图2是本发明实施例提供的一种无人机航向确定方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的锚点表的构建方法流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
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做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。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提供一种无人机航向确定方法，所述无人机航向确定方法的执行主体可以是无人机航向确定装置，例如，所述无人机航向确定方法可以由无人机的飞行控制器或其它电子设备执行。
请参阅图1，为本发明实施例提供的无人机航向确定方法的应用环境示意图。所述应用环境包括无人机10、无线网络20、智能终端30以及用户40。用户40可操作智能终端30，并通过无线网络20操控所述无人机10。
无人机10可以是以任何类型的动力驱动的无人飞行载具，包括但不限于旋翼无人机、固定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机以及直升机模型等。在本实施例中以多旋翼无人机为例进行陈述。
该无人机10可以根据实际情况的需要，具备相应的体积或者动力，从而提供能够满足使用需要的载重能力、飞行速度以及飞行续航里程等。无人机10上还添加有一种或者多种传感器，令无人机10能够实现相应的功能。例如，在本实施例中，该无人机10设置有陀螺仪、磁力计、GNSS接收机等多种传感器。
无人机10还包括飞行控制器，作为无人机飞行和数据传输等的控制核心，整合一个或者多个模块，以执行相应的逻辑控制程序。
智能终端30可以是任何类型，用以与无人机10建立通信连接的智能装置，例如手机、平板电脑或者智能遥控器等。该智能终端30可以装配有一种或者多种不同的用户40交互装置，用以采集用户40指令或者向用户40展示和反馈信息。这些交互装置包括但不限于：按键、显示屏、触摸屏、扬声器以及遥控操作杆。例如，智能终端30可以装配有触控显示屏，通过该触控显示屏接收用户40对无人机10的遥控指令并通过触控显示屏向用户40展示航拍获得的图像信息，用户40还可以通过遥控触摸屏切换显示屏当前显示的图像信息。
无线网络20可以是基于任何类型的数据传输原理，用于建立两个节点之间的数据传输信道的无线通信网络，例如位于不同信号频段的蓝牙网络、WiFi网络、无线蜂窝网络或者其结合。
实施例一
请参阅图2，为本发明实施例提供的一种无人机航向确定方法的流程图，所述方法包括：
步骤S201，获取磁力计测得的实时磁航向。
具体的，通过磁力计测量无人机飞行环境的磁场参数，所述磁场参数包括磁场强度和方向，再根据磁场强度和方向得到实时磁航向。
步骤S202，当无人机处于第一飞行状态时，基于GNSS信息对所述实时磁航向进行修正得到修正后航向，将所述修正后航向作为所述无人机的当前融合航向，并根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表。
所述第一飞行状态是指可通过GNSS信息对实时磁航向进行修正的飞行状态，主要包括直线快速飞行状态。当无人机处于第一飞行状态时，一方面，通过GNSS信息对实时磁航向进行修正得到修正后航向，将所述修正后航向作为无人机的当前融合航向；另一方面，根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表。所述锚点表包括若干锚点，每一锚点包括一锚点航向和与所述锚点航向对应的磁航向。
如图3所示，为本发明实施例提供的锚点表的构建方法流程示意图，包括：
步骤S301，对锚点表进行初始化，确定锚点表中各锚点的锚点航向。
例如，无人机在进行首次飞行时，对锚点表进行初始化，确定锚点表中各锚点的锚点航向，并将锚点表中各锚点的磁航向设为空值。
在一实施例中，确定锚点表中各锚点的锚点航向包括：获取用于初始化的预设锚点航向和预设的锚点数量；根据所述锚点数量确定相邻锚点的锚点航向之间的角度间隔；根据所述预设锚点航向和所述角度间隔，确定出所述锚点表中各锚点的锚点航向。为确保锚点尽量覆盖整个圆周，可将各锚点按照相同的角度间隔进行设置。各锚点的锚点航向之间的角度间隔由锚点数量确定。设角度间隔为，锚点数量为N，则有/>。下表1为初始化后的锚点表，/>与/>之间相差/>，其中，i≥1且i＜N。
表1
预设锚点航向为锚点表中首个确定的锚点航向，例如，根据该预设锚点航向和各锚点的锚点航向之间的角度间隔可确定出其他锚点的锚点航向。在一些示例中，预设锚点航向根据需求进行预先设置，在其他示例中，将无人机在预设条件下（比如首次起飞时或者到达某个预定位置时）基于GNSS信息对实时磁航向进行修正得到的修正后航向作为预设锚点航向。
步骤S302，根据实时磁航向和修正后航向，确定锚点表中各锚点的磁航向。
具体的，将修正后航向与锚点表中各锚点的锚点航向进行匹配，若所述修正后航向与一锚点的锚点航向匹配成功，则将所述实时磁航向确定为所述锚点的磁航向；若所述修正后航向与各锚点的锚点航向均匹配失败，则不做处理。所述匹配包括精确匹配和容错匹配，可通过设置误差阈值来实现。例如，当修正后航向与一锚点的锚点航向的差值小于预设的第一误差阈值时，认为匹配成功，将所述实时磁航向作为所述锚点的磁航向。构建完成的锚点表如下表2所示。
表2
在一些实施例中，当无人机处于第一飞行状态时，还用于根据实时磁航向和修正后航向对锚点表进行更新，更新方法与上述的构建方法相同。例如，修正后航向与表2中锚点2的锚点航向匹配，则将锚点2的磁航向/>更新为实时磁航向。
步骤S203，当无人机处于第二飞行状态时，将所述实时磁航向与所述锚点表中各锚点的磁航向进行匹配，获取匹配成功的锚点的锚点航向作为所述无人机的当前融合航向。
所述第二飞行状态是指无法通过GNSS信息对实时磁航向进行修正的飞行状态，包括悬停状态、盘旋状态和慢速飞行状态中任一种。无人机的飞行状态可根据用户发射的控制指令、陀螺仪测得的角速度、加速度计测得的加速度等信息来确定。
当无人机处于第二飞行状态时，将实时磁航向与预设的锚点表中各锚点的磁航向进行匹配，所述匹配方法与前述相同。当实时磁航向与锚点的磁航向的差值小于预设的第二误差阈值时，即匹配成功，获取匹配成功的锚点的锚点航向作为所述无人机的当前融合航向；当实时磁航向与锚点的磁航向的差值大于或等于该第二误差阈值时，即匹配失败。若实时磁航向与锚点表中各锚点的磁航向均匹配失败，则获取基于陀螺仪得到的积分航向作为所述无人机的当前融合方向。为减少陀螺仪的累计误差，每当实时磁航向与锚点表中一锚点的磁航向匹配成功时，对陀螺仪求解积分航向的积分初值进行重置，将积分初值重置为匹配成功的锚点的锚点航向。
本发明实施例提供的无人机航向确定方法，当无人机处于第一飞行状态时，基于GNSS信息对磁力计测得的实时磁航向进行修正得到修正后航向，将所述修正后航向作为所述无人机的当前融合航向，并根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表；当无人机处于第二飞行状态时，将所述实时磁航向与所述锚点表中各锚点的磁航向进行匹配，获取匹配成功的锚点的锚点航向作为所述无人机的当前融合航向。采用本发明的方法，在无人机处于第二飞行状态时，建立磁航向与锚点航向的映射关系，从而使得无人机处于第一飞行状态时，可基于该映射关系来修正无人机的真实航向，避免了无人机处于悬停、盘旋或慢速飞行等无法通过GNSS信息进行航向修正的状态时，无法提供精准的融合方向的问题，提高了无人机在不能通过GNSS信息对磁航向偏差进行修正时的航向定位精度。
实施例二
根据本发明实施例，提供一种电子设备，所述电子设备为飞行控制器、或包含飞行控制器的无人机。如图4所示，为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以包括处理器401、通信接口402、存储器403和通信总线404，其中，处理器401、通信接口402、存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行实施例一中的无人机航向确定方法，该方法包括：获取磁力计测得的实时磁航向；当无人机处于第一飞行状态时，基于GNSS信息对所述实时磁航向进行修正得到修正后航向，将所述修正后航向作为所述无人机的当前融合航向，并根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表，所述锚点表包括若干锚点，每一锚点包括一锚点航向和与所述锚点航向对应的磁航向；当所述无人机处于第二飞行状态时，将所述实时磁航向与所述锚点表中各锚点的磁航向进行匹配，获取匹配成功的锚点的锚点航向作为所述无人机的当前融合航向。
此外，上述存储器403中的逻辑指令可以通过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，可以存储在几个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明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部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储于一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明实施例一中任一所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述产品可执行实施例一中任一所述的无人机航向确定方法，具备方法相应的功能模块和有益效果，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例一提供的无人机航向确定方法。
实施例三
根据本发明实施例，提供一种计算机可读存储介质，其类型如实施例二中所述，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行实施例一中所述的无人机航向确定方法的步骤。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用直至得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述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申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种无人机航向确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取磁力计测得的实时磁航向；
当无人机处于第一飞行状态时，基于GNSS信息对所述实时磁航向进行修正得到修正后航向，将所述修正后航向作为所述无人机的当前融合航向，并根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表，所述锚点表包括若干锚点，每一锚点包括一锚点航向和与所述锚点航向对应的磁航向；
当所述无人机处于第二飞行状态时，将所述实时磁航向与所述锚点表中各锚点的磁航向进行匹配，获取匹配成功的锚点的锚点航向作为所述无人机的当前融合航向。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述无人机处于第二飞行状态时，所述方法还包括：
若所述实时磁航向与所述锚点表中各锚点的磁航向均匹配失败，则获取基于陀螺仪得到的积分航向作为所述无人机的当前融合方向。
3.根据权利要求2所述的方法，当所述无人机处于第二飞行状态时，所述方法还包括：
若所述实时磁航向与所述锚点表中一锚点的磁航向匹配成功，则将所述锚点的锚点航向作为计算所述积分航向的积分初值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一飞行状态包括直线快速飞行状态，所述第二飞行状态包括悬停状态、盘旋状态和慢速飞行状态中任一种。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述实时磁航向和所述修正后航向构建锚点表的步骤包括：
对所述锚点表进行初始化，确定所述锚点表中各锚点的锚点航向；
根据所述实时磁航向和所述修正后航向，确定所述锚点表中各锚点的磁航向。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定所述锚点表中各锚点的锚点航向的步骤包括：
获取用于初始化的预设锚点航向和预设的锚点数量；
根据所述锚点数量确定相邻锚点的锚点航向之间的角度间隔；
根据所述预设锚点航向和所述角度间隔，确定出所述锚点表中各锚点的锚点航向。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述实时磁航向和所述修正后航向，确定所述锚点表中各锚点的磁航向的步骤包括：
将所述修正后航向与所述锚点表中各锚点的锚点航向进行匹配，若所述修正后航向与所述锚点表中一锚点的锚点航向匹配成功，则将所述实时磁航向确定为所述锚点的磁航向。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述实时磁航向和所述修正后航向对所述锚点表进行更新。
9.一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-8任一项所述的无人机航向确定方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行如权利要求1-8任一项所述的无人机航向确定方法的步骤。
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