信标导航装置及其信标和无人飞行器的制作方法

本实用新型属于无人飞行器导航领域，特别是涉及一种信标导航装置及其信标和无人飞行器。

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。

无人飞行器尤其是以多旋翼无人飞行器为代表的小型飞行器的智能化的核心问题之一在于路线规划功能，飞行器能够通过自行计算的方式，得出一条从起点到终点的路线，并完成该路线，是飞行器能够完成任务的前提。基于这种需求，GPS模块基本成为了无人飞行器的标配，利用GPS模块能够感应到自身的位置，是无人飞行器能够进行路线寻找、路线设计、飞行实践等后续工作的前提。

然而，GPS信号并不是任何情况下都通行的解决方案，有些地方的GPS信号很弱，甚至达不到可以使用的要求，有些室内的环境下，根本就没有GPS信号。

在这种环境下，无人机的操控只能采用所谓的姿态模式，也就是说完全由飞手来控制该飞行器的动作，也就谈不上任何的智能化和自动化了。

专利文献CN105468022 A公开的一种领航用无人飞行器，所述无人飞行器能够按照预先设置的路线飞行；所述无人飞行器包括：无线信号识别装置，通过所述无线信号识别装置，所述无人飞行器与领航对象持有的信标设备进行无线通信，以完成所述无人飞行器与所述信标设备之间的距离测定；飞行速度控制装置，基于所述无线信号识别装置测定的距离，实时调整所述无人飞行器的飞行速度。该专利能够用于路线指示与领航，但该专利仍需要通过无线通信，存在通信不畅的风险，无法由多个连续的信标形成飞行路线，使得无人飞行器仅通过信标完成飞行路线且通过识别信标设置的导航信息完成智能化飞行。

专利文献CN105513434 A公开的一种无人机飞行管制系统，所述的无人机 飞行管制系统包括无人机和多个导航信标，其中：所述的无人机带有唯一的第一授权信息；以及所述的导航信标以预设的间隔设在预定的航线上，当多架所述的无人机在预定的航线飞行时，使所述的导航信标和所述的无人机通信，以获取无人机的准确位置信息，并验证每一架无人机的所述第一授权信息的真伪，并基于验证的结果和获取的无人机的准确位置信息，管控在预定的航线上多架无人机的飞行状态。该专利直接采用极度精确的导航信标的物理坐标来实现定位功能，但该专利的信标只是用于航线上定位，而不是多个连续的信标组成飞行路线，该信标用于与无人飞行器通信以验证而不是使得无人飞行器仅通过信标完成飞行路线且通过识别信标设置的导航信息完成智能化飞行。

专利文献CN103809155 A公开的一种基于ZigBee的四轴飞行器农田定位系统包括：若干已知位置、同等高度的ZigBee信标节点，每个ZigBee信标节点包括射频发射器和射频接收器，各个ZigBee信标节点均匀分布于农田中，信标节点相对坐标已知；由四轴飞行器和ZigBee节点组成的待定位飞行器节点，所述四轴飞行器上设置有处理器和高度传感器，所述ZigBee节点包括射频发射器和射频接收器，固定在所述四轴飞行器中心；所述待定位飞行器节点通过接收所述ZigBee信标节点中4个无线信号强度最强的信标节点发出的无线信号计算所述待定位飞行器节点与所述4个ZigBee信标节点之间的空间距离，将空间距离映射成ZigBee信标节点所在水平面的水平距离，每3个ZigBee信标节点组成一个三角形定位子区域，即共形成4个子区域，对于每个子区域分别通过三边定位法计算飞行器节点的相对坐标，再通过质心法计算这4个相对坐标所形成的四边形的质心，将该质心坐标作为飞行器节点的最终位置坐标。该专利对每一个信标节点进行相对位置定位，形成农田信息监测网络，但其无法由多个连续的信标形成飞行路线，使得无人飞行器仅通过信标完成飞行路线且通过识别信标设置的导航信息完成智能化飞行。

因此，本领域急需要解决的技术问题在于不需要GPS导航的情况下，导航无人飞行器沿着飞行路线完成智能化飞行。

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。

技术实现要素：

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现。

本实用新型提供了利用识别度较高的信标实现对飞行器飞行路线的连续指引，在信标中除了向飞行器提供定位信息之外还可以提供其他参考信息，由多个连续的信标形成飞行路线，使得无人飞行器仅通过信标完成飞行路线且通过识别信标设置的导航信息完成智能化飞行。飞行器上设置有传感器可以针对预先设定好的具有较高识别度的信标进行准确识别，通过连续设定的信标，实现对飞行器飞行路线的规划和指引。在飞行器识别用的信标中，还可以附加其他具有价值的参考信息，比如将与飞行高度、飞行速度、飞行动作、辅助信息有关的内容加入其中，飞行器识别到上述信息之后，可以按照其指示执行动作。

本实用新型提供了一种无人飞行器的信标导航装置，其包括多个连续的信标和无人飞行器本体，设有包括方向信息、高度信息、飞行速度、飞行动作和/或距离信息中一个或多个的导航信息的多个连续的信标组成飞行路线，无人飞行器本体包括识别设备和处理器，所述识别设备识别所述信标的导航信息并发送到所述处理器，连接所述识别设备的所述处理器生成无人飞行器飞行控制指令直到所述识别设备识别下一个信标，所述处理器基于下一个信标的导航信息生成无人飞行器飞行控制指令直到完成所述飞行路线。

优选地，所述信标为不同颜色和/或不同形状的标志物，所述识别设备为摄像装置。

优选地，所述信标为条形码或二维码，所述识别设备为扫描装置。

优选地，所述信标为射频发射器，所述识别设备包括射频接收器。

优选地，所述处理器包括存储有数据库的存储器和处理单元。

优选地，所述识别设备设在无人飞行器本体下方。

优选地，处理器是独立的或者集成在无人飞行器飞行控制系统中的通用处理器、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，所述存储器是电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

优选地，所述处理单元是无人飞行器飞行控制器。

优选地，所述信标为带有二维码的不同颜色和/或不同形状的标志物。

一种信标，其特征在于设在所述的无人飞行器的信标导航装置中。

一种无人飞行器，其包括所述的无人飞行器的信标导航装置。

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的信标导航装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的无人飞行器的信标导航装置的结构示意图。

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 aerial vehicle)，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的信标导航装置的结构示意图，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的信标导航装置，包括多个连续的信标1和无人飞行器本体2，其特征在于：设有包括方向信息、高度信息、飞行速度、飞行动作和/或距离信息中一个或多个的导航信息的多个连续的信标1组成飞行路线，无人飞行器本体2包括识别设备3和处理器4，所述识别设备3识别所述信标1的导航信息并发送到所述处理器4，连接所述识别设备3的所述处理器4生成无人飞行器飞行控制指令直到所述识别设备3识别下一个信标，所述处理器4基于下一个信标的导航信息生成无人飞行器飞行控制指令直到完成所述飞行路线。

本实用新型独创性的提出了，每个所述信标1设有导航信息，多个连续的所述信标1形成飞行路线以实现无人飞行器不依靠GPS导航而进行飞行路线规划，即使在没有GPS信号的环境下，无人飞行器也能依据实现设计好的连续信标，完成复杂的飞行动作，并且随着对这些信标利用方式和利用效能的提升，逐步实 现全盘智能化。

在一个实施例中，所述信标1为不同颜色和/或不同形状的标志物，所述标志物设有包括方向信息、高度信息、飞行速度、飞行动作和/或距离信息中一个或多个的导航信息，所述识别设备3为摄像装置，其拍摄所述信标以识别导航信息。例如，在某一个室内活动中，要利用无人飞行器完成飞行表演，然后室内并不存在GPS信号，单独依靠人工操作，使用姿态飞行模式，有可能导致飞行表演效果不确定。此时，在无人飞行器上设置有朝向下方进行拍摄的摄像装置摄像头，当该无人飞行器飞行于离地5米高度的时候，无人飞行器能够向下扫描一个将近十米见方的圆形范围，此时预先设定好以一个红色箭头作为标志物，该红色箭头的位置为无人飞行器的当前飞行目的地，而红色箭头的指向为下一个飞行目的地的方向。由于事先设定好的红色箭头标志物的特征非常清楚，通过简单地视觉识别就能找到当前距离无人飞行器最近的标志物，如此只要在下方地面上按照需要设定若干红色箭头，就能让无人飞行器在室内以定高飞行的方式，完成复杂的飞行线路或者飞行任务。在上述方案中，更优选的，所述标志物还可以同时具备多种，比如代表开始和结束的绿色起点和黄色终点，比如代表待机若干时间的蓝色十字等。如此能够将复杂的飞行线路指令转化成路线标志物，能够智能化的实现对无人飞行器的飞行控制。进一步地，在由设在无人飞行器本体2上的超声波、高度计或者其他高度传感器的辅助下所实现的定高飞行模式下，无人飞行器只要结合“飞往最接近的目标点”以及“按照标志物给出的飞行方向提示进行飞行”这两种策略的竞合，就能实现上述飞行线路的表现。

具体来说，当无人飞行器进入信标指引飞行模式时，首先启动识别扫描，发现绿色的起点，然后无人飞行器按照使得绿色起点成为扫描图像的中心的飞行策略进行飞行，使得无人飞行器飞到了绿色起点的正上方5米处；紧接着，无人飞行器扫描到了预先设好的第一个标志物，就是位于东南方向4米处的红色箭头，该红色箭头的指向也是东南方向；此时无人飞行器按照直线飞往最接近的目标点的飞行策略，从起点向第一个标志物红色箭头飞行，并且在抵达第一个标志物红色箭头之后，直接按照该箭头方向的指示继续向东南方向飞行；然后，无人飞行器在往东南方向飞行的过程中，在其扫描范围内发现新的标志物第二红色箭头，即下一个信标，此时则从向东南方向飞行的飞行策略，转变成执行飞往最接近的 目标点的飞行策略，从而接近该第二红色箭头，并且该第二红色箭头的指示方向为正东，此时该无人飞行器则在抵达第二红色箭头正上方之后，变成向正东方向继续飞行；如此往复，直至最后扫描到黄色的终点标志物，从而结束该飞行路线。

上述标志物的举例只是示意性的，可以根据具体需要进行调整。比如某些多人参与的集体活动，甚至可以选用人们头顶所佩戴的帽子来作为标志物，帽子的颜色可以区分功能，帽子的形状，比如帽檐指向可作为方向指示。上述举例中，虽然是以向正下方为例进行的说明，但是无人飞行器的传感器也可以是朝向其他方向，比如朝向正上方，然后在天花板上设置标志物。亦或是设置朝向多个方向的传感器，比如在正下方和正前方都设置有传感器，并且依据不同的标志物来实施飞行线路和飞行动作的控制。比如，利用下方传感器来确定无人飞行器的飞行路线，利用前方传感器来加入飞行器的飞行动作，当前方传感器检测到预设的标志物，比如一个“米”字形符号时，该飞行器执行一个翻滚的飞行动作或者执行一个拍摄的飞行动作等。

上述无人飞行器的传感器虽然是以视觉传感器来举例说明，但是其他感知类的传感器也是可以的，比如通过红外线传感器去感应红外标志物等方案也是可行的。

上述飞行策略的实现也是示意性的，具体的基于标志物实现的飞行线路控制还有其他方式，比如以最接近的下一个未经过的标志物作为飞行目的地的策略，这样，只要在飞行器的扫描范围内保证标志物的设计密度，就能让飞行器实现智能飞行。

再比如可以结合飞行方向策略和标志物目的地策略，飞行器每经过一个标志物的时候，就将其前进方向沿着顺时针旋转90度，然后在飞行过程中，寻找下一个标志物，此时寻找和扫描标志物的范围还可以是能够调整的，比如可以按照3米见方、5米见方、10米见方等不同范围来搜寻标志物。

具体的标志物设定和飞行策略可以根据实际需要进行设定，本申请的核心实用新型点在于应用了连续的标志物来指引无人飞行器的飞行路线设定。

在本实用新型实施例中优选地，所述信标1为条形码或二维码，所述信标1设有包括方向信息、高度信息、飞行速度、飞行动作和/或距离信息中一个或多个的导航信息，所述识别设备3为扫描装置，其扫描所述信标以识别导航信息。 在一个实施例中，扫描装置读取条形码和/或二维码信息，进一步地，信标1上还可以附加如文字信息的附加参考信息，扫描装置可通过如OCR的方式读取和识别文字信息，然后根据该信息进行进一步处理。处理器4根据识别的文字信息，例如让无人飞行器自动实施连续上下起伏飞行三次的飞行控制指令。例如，在一个实施例中，信标1除了能够被迅速识别到之外，还能够向飞行器提供一些附加参考信息。比如通过预先设定好的条件，该标志物可以向无人飞行器给出飞行高度、飞行速度、飞行方向、飞行动作甚至飞行器上的附加设备的控制信号等动作。通过信标1的附加参考信息，能够实现更为智能的飞行表演或者飞行任务。比如通过信标1给出飞行高度调整的信息，无人飞行器的飞行高度本来是相较于地面5米定高，当经过某个携带有改变飞行高度参考信息的信标时，该无人飞行器的飞行高度将依据该参考信息发生改变，比如变成4米定高。依据类似的原理，通过上述参考信息，无人飞行器能够以经过信标作为触发条件，即时或者延时的完成一些更进一步的飞行控制，比如前述的改变高度，另外还可以改变飞行速度、改变飞行方向，实施特定飞行动作，利用记载设备完成拍摄动作，完成发光或者闪烁动作，完成发声动作等。当信标与无人飞行器之间能够实现这种互动，也就意味着，本实用新型能够基于这种原理，完成理论上无限可能的具体表现行为，使得无人飞行器在室内的活动行为实现了完全的智能化。

在本实用新型实施例中优选地，所述信标1为射频发射器，所述射频发射器发射包括方向信息、高度信息、飞行速度、飞行动作和/或距离信息中一个或多个的导航信息，所述识别设备3包括射频接收器，射频接收器接收所述射频发射器发射的导航信息。例如，射频发射器发送以100公里每小时的速度、飞行高度10米、向前1000米的导航信息，射频接收器接收该导航信息，处理器4基于所述导航信息控制无人飞行器飞行以100公里每小时的速度、飞行高度10米、向前1000米后，直到所述识别设备3识别下一个信标，下一个信标发送以200公里每小时的速度、飞行高度6米、向右500米的导航信息，所述处理器4基于所述下一个信标的导航信息控制无人飞行器飞行，如此不断识别连续的信标，直到完成所述飞行路线。

在本实用新型实施例中优选地，信标1可以声音、图形、闪光和/或编码的形式设有包括方向信息、高度信息、飞行速度、飞行动作和/或距离信息中一个 或多个的导航信息，识别设备3可同时兼容对语言文字、图形以及编码的读取与识别，例如，识别设备可以对信标1的文字标识进行读取文字信息或读取某二维码信息代码中的二维码信息，识别设备也可以对信标1的图像进行读取，例如读取信标1的某图像，识别设备3还可以对如“前方向右转”的声音进行读取，这些文字、如二维码的编码信息、图像以及声音信息均属于导航信息，导航信息包括但不仅限于方向信息、高度信息、飞行速度、飞行动作和/或距离信息，导航信息大致指的是记载在任意可经由识别设备识别的信标载体上的能够与飞行控制信息对应的诸如文字、编码信息、图像以及声音信息等的信息。

图2为本实用新型的另一个实施例的无人飞行器的信标导航装置的结构示意图，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的信标导航装置，其包括多个连续的信标1和无人飞行器本体2，每个所述信标1设有导航信息，多个连续的所述信标1形成飞行路线，无人飞行器本体2包括识别设备3和处理器4，所述处理器4包括存储有数据库的存储器5和处理单元6，所述数据库存储对应于所述信标1的导航信息的飞行控制信息，所述处理单元6基于所述导航信息查找相应的飞行控制信息，所述处理单元6基于飞行控制信息控制所述无人飞行器飞行，所述识别设备3识别所述信标1的导航信息并发送到所述处理器4，连接所述识别设备3的所述处理器4基于所述导航信息控制无人飞行器飞行直到所述识别设备3识别下一个信标，所述处理器4基于下一个信标的导航信息控制无人飞行器飞行直到完成所述飞行路线。

在一个实施例中，所述识别设备3设在无人飞行器本体2下方，所述识别设备3具有可调整的识别范围以确保所述识别设备3在飞行过程中识别信标。

在一个实施例中，处理器4是独立的或者集成在无人飞行器飞行控制系统中的通用处理器、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。

在一个实施例中，所述存储器5是电子可擦除可编程只读存储器EEPROM，所述数据库可实时更新。

在一个实施例中，所述处理单元6是无人飞行器飞行控制器，飞行控制器接收飞行控制信息控制无人飞行器飞行。

存储器存储的对应于所述特定信息的控制信息的数据库可以是预先设定的查找表，也可以是特性信息与控制信息基于对应关系的数据库。数据库中的控制信息不仅限于如飞行控制指令集、飞行轨迹坐标集等飞行控制信息，还可以包括无人飞行器的使用信息，如在无人飞行器的电子地图模块中自动临时添加针对该景区设置的禁飞区信息、在无人飞行器的电子地图模块中自动临时添加针对特定地点的信息提示，比如在飞行经过景区内推荐景点时，无人飞行器将给出灯光闪烁的提示或将景区内的步行地图提供给无人飞行器以便无人飞行器开展为其用户导游的服务提供数据基础等。

在一个实施例中，所述数据库可实时更新。在上述实施例中获得的控制信息，或者是当时提供，用完删除；或者是当时提供，第二天删除；还可以是当时提供，离开该地理坐标范围则删除；最后还可以是，当时提供的是准确的地址信息，通过该地址信息指示的位置去准确下载对应的控制信息。相比于需要付出大量的数据库容量、数据更新、数据交换等方面的技术压力的完备的、静态的数据库来说，可实时更新的数据库具有地域性和时效性。

在一个实施例中，所述控制信息可包括在电子地图上添加禁飞区域或提示信息。

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。