CN205670261U - 无人飞行器返航系统及其无人飞行器 - Google Patents

Abstract

一种无人飞行器返航系统及其无人飞行器，无人飞行器返航系统包括无人飞行器本体(1)和控制终端(2)，所述无人飞行器本体(1)包括用于与控制终端(2)无线通信的无线通信设备(3)和用于控制无人飞行器飞行的控制器(4)，所述控制器(4)经由所述无线通信设备(3)接收来自控制终端(2)的返航指令或触发自动返航模式，所述控制器(4)生成从当前位置到返航位置的返航路径且经由所述无线通信设备(3)发送所述返航位置到所述控制终端(2)。

Description

无人飞行器返航系统及其无人飞行器

技术领域

本实用新型属于无人飞行器控制领域，特别是涉及一种无人飞行器返航系统及其无人飞行器。

背景技术

无人飞行器的应用领域正在不断拓展，无论是行业无人机还是消费无人机都得到长足的进步，尤其是多旋翼式无人飞行器为代表的小微型无人飞行器，其各种组成部分开始模块化，产业日趋成熟。

尤其是无人飞行器在走向普通消费者的过程中，逐渐重视便携性、操作容易等因素。然而，由于现有无人飞行器虽然都普遍搭载有自动返航模式，但是存在一些不完善的地方。

由于其他位置识别方案还不成熟，所以现有无人飞行器的自动返航通常是依据GPS模块来实施的，具体实现方式简单的说是一种预设返航点的模式。通俗的说，当无人飞行器开启了自动返航功能的时候，无人飞行器会在启动时或者第一次识别到足够多数量的GPS卫星的时候，将该时刻的位置记录为返航点。然后当无人飞行器在飞行过程中，丢失了控制或者接收到控制器端给出的自动返航指令的时候，启动自动返航过程，按照预设的飞行高度和之前所存储的返航点，来完成指向性飞行，回到该返航点。

然而，在实际的无人飞行器使用过程中，无人机的操控者并不是永远站在原地不动的，更多的情况下，操控者也是会发生位置移动的。如果在操控者发生位置移动之后，所谓的自动返航还是回到了预设的返航点，很不方便。甚至还可能因为无人飞行器是在飞行过程中搜寻到了足够的卫星，而记录了一个不希望的返航点，一旦启动了自动返航功能，无人飞行器就飞向了一个用户完全不可预期的位置，极端情况下，将导致无人机丢失。这还反映出了另外一个问题，返航点不能清楚准确的提示给用户，将导致沟通不畅，结果是可能发生飞机失控或者丢失。

专利文献CN104714556 A公开的一种无人机智能航向控制方法包括以下步骤：无人机开机自检，记录起飞点处的北东地坐标系下的航向和GPS坐标，并在普通遥控模式下起飞；选择智能航向模式，其中，所述智能航向模式包括初始航向锁定模式和返航点锁定模式；如果选择初始航向锁定模式，则以起飞点处的飞行器航向作为初始航向，并在以起飞点原点的直角坐标系下进行无人机的智能航向控制；如果选择返航点锁定模式，则在以起飞点为极点的坐标系下进行无人机的智能航向控制。该专利可以有效减少因控制人员操作不熟练、或飞行距离太远而无法判断当前航向引起误操作带来的无人机坠毁或失联事故，但该专利无法让用户明确获知无人飞行器返航位置，无法降低返航事故率以及提升返航效果。

专利CN104881039 A公开的一种无人机返航的方法，包括：无人机起飞后，获取起飞点坐标；实时获取飞行中途经位置点的坐标，形成飞行路径信息；接收来自手持终端的返回指令；根据无人机的当前位置坐标、所述飞行路径信息和所述起飞点坐标，计算由所述当前位置坐标到所述起飞点坐标的返航路径；控制无人机沿所述返航路径返航并降落。该专利能够使得无人机在用户点击一下按钮的情况下自动返航，但其无法让用户明确获知无人飞行器返航位置，无法降低返航事故率以及提升返航效果。

专利CN105573338A公开的一种无人机的定点停留和返航控制系统包括有GPS定位装置、电子罗盘、气压计、存储器以及控制芯片，其中，所述GPS定位装置，用于检测无人机的位置坐标并生成坐标信息；所述电子罗盘，用于识别无人机的飞行方向并生成方向识别信息；所述气压计，用于检测无人机的高度气压情况并生成高度信息；所述存储器，用于存储无人机刚起飞时的位置坐标信息；所述控制芯片分别与所述GPS定位装置、电子罗盘、气压计和存储器连接，所述控制芯片在接收到GPS定位装置生成的坐标信息、电子罗盘生成的方向识别信息以及气压计生成的高度信息后，经过处理并生成控制指令控制无人机的电机驱动，以实现对无人机在任意高度和位置的实时定位；所述控制芯片在接收到遥控器的返航指令时，控制芯片根据实时反馈的无人机位置和方向信息与所述存储器中保存的初始坐标信息进行比较处理后，控制无人机自动返航到起飞位置。该专利能够能实现多种自动返航，但其无法让用户明确获知无人飞行器返航位置，无法降低返航事故率以及提升返航效果。

因此，在无人飞行器实施自动返航过程中，提前或者保持向用户提供其返航位置，该提示内容可以发送到遥控器上，或者也可以发送到用户指定的其他可显示坐标的终端设备上，也可以通过网络发送给云端的其他存储设备。将无人飞行器的自动返航点优先设置为用户手持的带有位置坐标提供能力的设备上，比如可以是装有GPS模块的遥控器，带有GPS模块的手机，甚至也可以是能利用多点定位功能识别出当前的坐标位置的其他智能设备是本领域急需要解决的技术问题，使得用户明确获知无人飞行器返航位置，降低返航事故率以及提升返航效果。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本实用新型背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现。

根据本实用新型的一方面，一种无人飞行器返航系统包括无人飞行器本体和控制终端，所述无人飞行器本体包括用于与控制终端无线通信的无线通信设备和用于控制无人飞行器飞行的控制器，所述控制器经由所述无线通信设备接收来自控制终端的返航指令或触发自动返航模式，所述控制器生成从当前位置到返航位置的返航路径且经由所述无线通信设备发送所述返航位置到所述控制终端。

优选地，所述无线通信设备由具有不同优先级的无线局域网通信设备、平流层通信网络设备和卫星网络通信设备中的一个或多个组成。

优选地，控制器是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC，现场可编程门阵列FPGA、模拟电路、数字电路、及其组合。

优选地，控制器设有GIS装置。

优选地，所述控制终端包括用于定位的定位装置和显示器，定位装置定位所述返航位置并由所述显示器显示所述返航位置。

优选地，定位装置包括GPS、北斗导航仪中的一种。

优选地，显示器为液晶显示屏。

优选地，所述控制终端包括存储器，所述存储器是易失性存储器或非易失性存储器。

优选地，当所述控制终端不能提供地理位置坐标时，所述控制器生成从当前位置到返航位置的返航路径且经由所述无线通信设备发送所述返航位置到替代所述控制终端的用户的可提供地理位置坐标的手机、pad或其他移动终端。

优选地，控制终端是可提供地理位置坐标的手机、pad或其他移动终端。

根据本实用新型的又一方面，一种无人飞行器装配有如上所述的无人飞行器返航系统。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够使得本实用新型的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本实用新型的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本实用新型各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的无人飞行器返航系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的无人飞行器返航系统的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。

实施例中，无人飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV”(unmanned aerialvehicle)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

本实用新型实施例中优选的无人飞行器为多旋翼无人飞行器，多旋翼无人飞行器可以是四旋翼、六旋翼及旋翼数量大于六的无人飞行器。

本实用新型技术方案采用的无人飞行器主要是指小、微型多旋翼无人飞行器，这种无人飞行器体积小、成本低、飞行稳定性较好，飞行成本低等。本实用新型使用的飞行器，典型的以四轴多旋翼飞行器为代表。

图1为本实用新型的一个实施例的无人飞行器返航系统的结构示意图，本实用新型实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本实用新型的一个实施例提供了一种无人飞行器返航系统，其包括无人飞行器本体1和控制终端2，所述无人飞行器本体1包括用于与控制终端2无线通信的无线通信设备3和用于控制无人飞行器飞行的控制器4，所述控制器4经由所述无线通信设备3接收来自控制终端2的返航指令或触发自动返航模式时，所述控制器4计算并执行从所述当前位置到返航位置的返航路径且经由所述无线通信设备3发送所述返航位置到所述控制终端2。

本实用新型实施例中优选地是，所述无线通信设备3由具有不同优先级的无线局域网通信设备、平流层通信网络设备和卫星网络通信设备中的一个或多个组成。无线局域网通信设备可以是蓝牙、ZigBee或Wi-Fi器中的一个，无线局域设备可通过2.4GHz通信频率建立短距离通信，在室内或低速移动的室外环境会优选该设备建立控制终端2和无人飞行器本体1之间的通信连接。平流层通信设备一般用充氦飞艇、气球作为安置转发站的平台，平台高度距地面17km～22km，无人飞行器在大范围野外飞行时，可以优选平流层通信建立控制终端2和无人飞行器本体1之间的通信连接。卫星通信设备利用卫星通信信道建立控制终端2和无人飞行器本体1之间的通信连接，一般是在无其他可用无线通信网络的情况下，会使用卫星通信器，作为应急通信。

在一个实施例中，依据无线网络成本或无线网络接入速度，选择无线传输网络，本实用新型设计以下为优先级方案，Wi-Fi网络：优先级为0；平流层通信网络：优先级为1；卫星通信网络：优先级为2；优先级别0-2，所选择无线网络优先级由高到低，即如果同时存在多种无线信号，且信号强度有效时，控制终端2和无人飞行器本体1之间的无线通信会首先选择Wi-Fi网络作为无线接入网络，依次类推。优选地，无线通信设备3对2G、3G和4G移动网路通信设定优先级，其中，4G优先级大于3G，3G的优先级大于2G。

本实用新型实施例中优选地是，控制器4可以是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC，现场可编程门阵列FPGA、模拟电路、数字电路、及其组合、或其他已知或以后开发的处理器。控制器4可以是独立的，也可以集成在无人飞行器的飞行控制系统中。在优选的实施例中，控制器4设有GIS装置，该GIS装置可提供如电子地图的地图数据使得无人飞行器可针对所述地理位置进行操作，GIS装置可在电子地图上生成当前位置、返航位置和返航路径，GIS装置包括GIS信息导入导出单元、信息展示单元和信息维护单元，其中，所述GIS信息导入导出单元用于GIS装置的信息的导入和导出，其导入和导出的格式包括但不限于文本、XML、CSV、EXCEL、WORD、PDF等格式；所述信息展示单元用于在GIS地图上展示地图数据信息；所述信息维护单元用于在GIS地图上浏览、编辑和删除数据信息。在一个实施例，GIS装置展示地图数据信息，并提供地图数据的规划、选择和框选等操作，并可用于在GIS地图上浏览、编辑和删除相应的数据信息。

图2为本实用新型的另一个实施例的无人飞行器返航系统的结构示意图，本实用新型实施例将结合图2进行具体说明。

如图2所示，本实用新型的一个实施例提供了一种无人飞行器返航系统，其包括无人飞行器本体1和控制终端2，所述控制终端2包括用于定位的定位装置5和显示器6，所述无人飞行器本体1包括用于与控制终端2无线通信的无线通信设备3和用于控制无人飞行器飞行的控制器4，所述控制器4经由所述无线通信设备3接收来自控制终端2的返航指令或触发自动返航模式时，所述控制器4计算并执行从所述当前位置到返航位置的返航路径且经由所述无线通信设备3发送所述返航位置到所述控制终端2，定位装置5定位所述返航位置并由所述显示器6显示所述返航位置。

本实用新型实施例中优选地是，定位装置5可以包括GPS、北斗导航仪中的一种或多种。

显示器6包括液晶显示屏、触摸屏等显示界面。

无人飞行器本体接收到用户发送的返航指令或触发自动返航模式。在本实施例中，用户发送的返航指令可包括返航位置或者不包括返航位置，所述返航指令可以是仅表示无人飞行器返回的含义。自动返航模式是无人飞行器在特定条件下进入的一种飞行模式，在该飞行模式下，无人飞行器依据GPS坐标系统来核实当前无人飞行器的所处位置，然后按照一个预设的安全高度，比如10米，来实施点对点的飞行，从当前位置点向预设的返航点进行飞行。举例来说，当用户操控无人飞行器的过程中，突然无人飞行器飞入到一个干扰区域导致无人飞行器与用户之间的通信控制连接受到干扰而中断，无人机在应急情况下进入了悬停模式，并尝试进行通信恢复未果后，按照预设程序进行了自动返航。在自动返航模式中，无人飞行器首先检测到当前的坐标(a，b)和当前的飞行高度为6米。然后无人飞行器读取到此时记录的返航点为(c，d)而返航高度应为10米，其中，返航点可以是返航位置，则无人飞行器按照该数据，首先提升飞行高度到10米，如此避免了大多数情况下，可能发生碰撞。然后无人机按照从(a，b)到(c，d)的直线路程实施飞行，在抵达(c，d)点之后，无人飞行器实施自动降落过程。另外，上述的自动返航模式既可以是突发情况下的应急策略，有时候也可以是用户的主动选择，比如用户在操控无人飞行器一段时间之后，发现无人飞行器飞行的距离较远，用户从远处很难分辨出无人飞行器的朝向，视距控制下不易使其飞回，然而通过实时图传去观察实现的操控又有操作失败风险，为了能够更可靠的回收无人飞行器，用户可能选择简单按下一键返航，让无人飞行器自动返航。在该过程中，无人飞行器是接收到用户给出的明确指令，从而进入自动返航模式。无人飞行器本体计算由所述当前位置到返航位置的返航路径。在实施例中，无人飞行器本体可以通过飞控系统规划当前位置到返航位置的返航路径。优选地，为了降低无人飞行器碰撞地面建筑物等物体，返航路径可规划高度大于某个高度值，如10米等。在一个实施例中，返航位置来源于无人飞行器本体的控制器中记录的在启动时或者第一次识别到足够多数量的GPS卫星时的位置。所述无人飞行器本体发送所述返航位置到用户并沿返航路径飞往返航位置。在现有技术中存在的一个本领域技术人员忽视的一个重要的功能，就是在自动返航的时候，应该向用户准确的提示自动返航位置。设计者简单的以为，返航就是回到原处，所以用户不需要知道返航位置在哪里，只要原地等待就可以了。问题是，返航位置的设置有时候是不透明的，比如用户启动无人飞行器的时候，无人飞行器根据开机后自动识别到的位置，将其设定为返航位置，然后用户手持该无人飞行器移动了一段距离，才让无人飞行器起飞，用户心里默认是起飞点是返航位置；再如，用户以为起飞点是返航位置，但是实际上起飞点附近GPS信号不好，无人飞行器根本就没有成功设定好返航位置，结果在无人机已经飞行距离起飞点一段距离之后，才搜寻到足够的卫星信号，并设立了当时所在的点为返航位置，但是这个返航位置对于用户来说是完全不知道的。种种上述不透明情况，导致了无人机发生自动返航事故的可能性大大提高。

因此，所述无人飞行器本体发送所述返航位置到用户，只要无人飞行器将自动返航点,即返回位置的坐标提示给用户手持的遥控器可解决上述问题，尤其是在无人机一旦进入返航飞行，则自动将其设定好的返航位置坐标发送给遥控器，并在遥控器上显示出来。另外，有的自拍无人机，遥控器设计非常紧凑，并不具有显示功能，此时也可以将自动返航的返航位置发送给事先指定好的，用户手持的其他智能终端上，包括但不限于：手机、智能手表、智能手环等设备。再次，还可以将该返航位置发送给一个预设的云端服务器，该云端服务器可以搜集来自不同无人飞行器的多个返航位置数据，依据该返航位置数据，该云端服务器一来可以作为一个数据备份，另外，该云端服务器还可以根据返航位置的数据情况，来统计返航成功率的信息。比如云端服务器中记录了不同无人飞行器所给出的返航位置，并且用户一旦成功回收无人飞行器也会向云端服务器给出一个回收成功的提示。如此云端服务器就能根据该数据，统计出，哪些坐标点是比较常用的返航位置，并且在哪些返航位置容易发生不能回收的事故，以便后期实施针对性处理。

本实用新型实施例中优选地是，所述返航位置由可提供地理位置坐标的控制终端提供。该控制终端可以是遥控器、手机、或者其他具有地理位置坐标提供功能的设备。典型的，可以是具有GPS模块的智能设备，另外也可以是手机这样，能够通过多个基站的多点定位得到自身位置，然后将其转换为GPS坐标，并设定为返航位置的情况。上述返航位置的设置既可以是在自动返航发生时，由用户手动给出；也可以是自动返航模式触发时，由无人机通过无线方式调取；还可以是无人飞行器在飞行过程中，定期或者不定期的获取。用户手动给出的情况，比较适合无人飞行器始终在受控的模式下所实施的自动返航。自动返航模式触发时临时调取的情况，比较适合无人飞行器在紧急情况下，虽然丢失了控制信号，触发了自动返航模式，此时可以通过应急的、安全程度更高、更可靠的通信频段，比如4G频段来调取少量数据比如返航位置的坐标信息，如此即使是在通信环境不好的时候，也能实现准确返回到用户身边的功能。最后定期获取的方式，就是无人飞行器在飞行过程，定期获取最新的返航点坐标，比如每2分钟读取依次地面控制站端的返航点位置，并将其更新为返航位置，这样如果在发生紧急事故时，完全无法获得任何来自地面控制站的信息的情况下，也能较为准确的返回预设的返航位置。而不定期获取的方式，则是当无人飞行器完成一些特定飞行动作的时候，完成对于返航点的更新。比如在无人飞行器跨越了电子边界系统里面预设的具有不同权限的飞行区域时，典型的从飞行安全区域，进入了飞行受限区域时，或者从通信条件好的区域进入了通信条件不好的区域的时候。这些区域信息记录在电子边界系统内，再比如，当无人飞行器的状态发生改变的时候，比如飞行器的电量有了较大变化，从充足到达普通，或者从普通达到不满的状态下；再如飞行器刚刚完成了一系列的特定的飞行动作之后等。总之，由于返航位置的设置更加的智能化，从而确保了自动返航效果的提升。

本实用新型实施例中优选地是，所述返航位置由可提供地理位置坐标的用户的手机提供。所述无人飞行器本体发送所述返航位置到用户手机上并沿返航路径飞往返航位置。

本实用新型实施例中优选地是，所述返航位置由可提供地理位置坐标的控制终端定期提供且所述返航位置定期更新。

本实用新型实施例中优选地是，所述返航位置由可提供地理位置坐标的控制终端不定期提供，所述返航位置通过无人飞行器本体达到预先设定条件而进行不定期更新。

本实用新型实施例中优选地是所述无人飞行器本体发送所述返航位置到手机或智能手表、智能手环或云端服务器。

优选地，所述控制终端包括存储器，其可以是易失性存储器或非易失性存储器。存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器、电子可擦除可编程只读存储器EEPROM或其它类型的存储器。

本实用新型实施例中优选地是，所述控制终端2是可提供地理位置坐标的手机、pad或其他移动终端。

进一步地，本实用新型提供了一种无人飞行器，其装配有如上所述的无人飞行器返航系统。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (10)

1.一种无人飞行器返航系统，其包括无人飞行器本体(1)和控制终端(2)，所述无人飞行器本体(1)包括用于与控制终端(2)无线通信的无线通信设备(3)和用于控制无人飞行器飞行的控制器(4)，其特征在于：

所述控制器(4)经由所述无线通信设备(3)接收来自控制终端(2)的返航指令或触发自动返航模式，所述控制器(4)生成从当前位置到返航位置的返航路径且经由所述无线通信设备(3)发送所述返航位置到所述控制终端(2)。

2.根据权利要求1的所述无人飞行器返航系统，其特征在于：所述无线通信设备(3)由具有不同优先级的无线局域网通信设备、平流层通信网络设备和卫星网络通信设备中的一个或多个组成。

3.根据权利要求1的所述无人飞行器返航系统，其特征在于：控制器(4)是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC，现场可编程门阵列FPGA、模拟电路、数字电路、及其组合。

4.根据权利要求1的所述无人飞行器返航系统，其特征在于：控制器(4)设有GIS装置。

5.根据权利要求1的所述无人飞行器返航系统，其特征在于：所述控制终端(2)包括用于定位的定位装置(5)和显示器(6)，定位装置(5)定位所述返航位置并由所述显示器(6)显示所述返航位置。

6.根据权利要求5的所述无人飞行器返航系统，其特征在于：定位装置(5)包括GPS、北斗导航仪中的一种，显示器(6)为液晶显示屏，所述控制终端(2)是可提供地理位置坐标的飞行控制器。

7.根据权利要求5的所述无人飞行器返航系统，其特征在于：当所述控制终端(2)不能提供地理位置坐标时，所述控制器(4)生成从当前位置到返航位置的返航路径且经由所述无线通信设备(3)发送所述返航位置到替代所述控制终端(2)的用户的可提供地理位置坐标的手机、pad或其他移动终端。

8.根据权利要求1的所述无人飞行器返航系统，其特征在于：所述控制终端(2)包括存储器，所述存储器是易失性存储器或非易失性存储器。

9.根据权利要求1的所述无人飞行器返航系统，其特征在于：所述控制终端(2)是可提供地理位置坐标的手机、pad或其他移动终端。

10.一种无人飞行器，其装配有如权利要求1-9中任一项所述的无人飞行器返航系统。