一种带有教练口的无人机智能地面站和控制无人机的方法与流程

本发明属于无人机领域，特别涉及带有教练口的无人机智能地面站以及控制无人机的方法。

背景技术：

无人机作为一种性能优越的空中平台，最早用于军事领域。但随着技术的发展和变革，无人机开始在民用领域迅速发展。

无人机主要是通过地面遥控或GPS飞控来实现各项作业。无人机作业与传统作业相比，具有作业精准、高效环保等特点，可以节省大量的人力成本。

目前国内无人机作业普遍采用航模遥控器手动控制，其方式是由无人机操作人员（飞手）通过遥控器控制无人机的起降以及一系列动作，这要求飞手必须经过专业训练，且在操控飞机时需要精力高度集中，实时关注周围环境以及无人机的状态，不能有半点懈怠。而且无人机飞行一旦超出视线范围，操控就难以进行，很容易导致无人机坠毁或，并造成巨大的经济损失和安全问题。

无人机坠毁或失联责任认证问题。这是为无人机减少损失迫切需要解决的问题，也是行业安全飞行的需求。现有的无人机地面站，只是采集无人机的飞行轨迹，无法获知飞手的操作动作，这样一旦无人机坠毁或失联时，责任无法确定是否是飞手操作失误还是其它问题。

技术实现要素：

所要解决的技术问题：

现有的无人机地面站不能记录飞手的控制动作，在无人机出问题时，无法确定故障原因。

技术方案：

为了解决以上问题，本发明提供了一种带有教练口的无人机智能地面站，其结构包括数据传输模块和CPU，CPU通过数据传输模块和无人机进行数据传输，还包括教练口模块，所述教练口模块一端连接无人机遥控器，一端连接CPU，所述教练口模块记录无人机遥控器的所有的操作指令信息。

无人机遥控器的所有的操作指令信息单向向教练口模块传输，教练口模块接收到无人机控制器的所有的操作指令信息后单向向CPU传输。

所述无人机遥控器的各个遥控信号以PPM或SBUS协议通过教练口模块发送到CPU。

本发明还提供了带有教练口的无人机智能地面站控制无人机的方法，包括三种方式，自动模式、半自动模式和手动模式。

在所述的自动模式下，所述无人机智能地面站将预先设置好的任务路线、飞行速度通过数据传输模块发给无人机，无人机通过数据传输模块接收后执行任务，同时无人机将实际运行轨迹、飞行速度等飞机状态数据通过数据模块传输到无人机智能地面站的CPU记录保存。

在所述的半自动模式下，无人机智能地面站的CPU对接收到的无人机遥控器的操作指令信息预先设置，飞手操纵无人机遥控器，通过教练口模块将所有的操作指令信息传输到CPU，CPU根据操作指令信息对应的预先设置，通过数据传输模块发送指令给无人机，无人机按照所述预先设置飞行，同时无人机将实际运行轨迹、飞行速度等飞机状态数据通过数据传输模块传输到无人机智能地面站的CPU记录保存。

在手动模式下，飞手操纵无人机遥控器，通过通过教练口模块将所有的操作指令信息传输到CPU，CPU将无人机遥控器的所有的操作指令信息通过数据传输模块发送到无人机，无人机根据无人机遥控器的操作指令信息而做相应的动作，同时无人机将实际运行轨迹、飞行速度通过数据传输模块传输到CPU记录保存。

在手动模式下，飞手操纵无人机遥控器直接控制无人机，无人机按照无人机遥控器的操作指令飞行，同时无人机遥控器的所有操作指令信息通过教练接口模块发送到CPU，同时无人机上返回的关于无人机飞行状态和位置的信息通过数据传输模块发送到CPU，CPU记录保存。

在手动模式下，能够训练出智能飞机控制模型，步骤如下，地面站通过教练口模块完整地收集到飞手的操作，同时，无人机将它的状态实时传回地面站，所述无人的状态包括无人机的位置、高度、姿态、航向、速度、喷洒量、相对高度，在某一时刻T0，地面站收集到的无人机状态S，收集到飞手的操作A，根据教练口传输延时T1和数传传输延时T2，可以得到S的发生时间为(T0-T2)，A的发生时间为(T0-T1)，得到同一时刻的飞机状态和飞手操作的集合(A, S)，建立一个飞手操作学习网络，把这个集合作为训练数据导入网络，当数据足够多时，训练出一个智能飞机控制模型。

有益效果：

由于采集了飞手的操作无人机遥控器的所有操作指令信息，当无人机坠毁或失联时，能够通过飞手的操作指令信息判断出是否飞手有责任，也便于找到无人机事故的原因。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明手动模式的遥控器直接控制无人机的示意图。

图3为本发明中手动模式的通过智能地面站控制无人机的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详细说明。

本发明在无人机智能地面站上设置了一个教练口模块，所述的教练口模块和训练机中的教练不同，本发明所述的教练口模块单向的向CPU传送数据，并不接收CPU的操作指令信息对无人机遥控器进行任何控制。 本发明中的教练口模块只用来采集无人机控制器的操作指令信息，教练口模块将采集的飞手对无人机遥控器做的操作指令信息发送到无人机智能地面站的CPU中。无人机智能地面站和无人机通过这数据传输模块相互传输数据，无人机智能地面站的CPU接收无人的飞行轨迹的数据，无人机智能地面站的CPU发送操作指令信息给无人机，使无人机按照操作指令信息进行飞行。

无人机智能地面站有三种模式，分别为自动模式、半自动模式和手动模式。

下面通过无人机应用于植保的实施例来对三种模式进行详细说明。

实施例1

植保无人机是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，主要是通过地面遥控或GPS飞控来实现喷洒药剂作业。

在自动模式下，无人机遥控器和教练口模块不参与，在智能地面站中编程，规划好飞行路径、飞行高度、飞行速度以及喷洒药剂的速度等一系列参数，然后通过数据传输模块发送到无人机，无人机按照预定程序来进行植保工作。无人机将飞行的数据发回到智能地面站，智能地面站将这些数据信息进行记录。

在自动模式下，不存在飞手的操作问题，教练口模块也不工作，可以不连接无人机遥控器，所有对无人机的操作都是由智能地面站完成。

但在有些情况下，存在一些不可预料以及情况比较复杂的问题，比如飞鸟比较多，杆子比较多等，这种情况下，需要用到手动模式。

在手动模式下，无人机遥控器通过教练口模块连接到智能地面站，飞手操作无人机遥控器，教练口模块采集飞手的操作指令信息，将飞手的的操作指令信息发送到智能地面站的CPU，CPU将操作指令信息通过数据传输模块发送到无人机，无人机根据指令做相应的飞行动作并将实际的位置、高度、姿态、航向、速度、喷洒量等信息通过数据传输模块发送到CPU，CPU记录保存。

在手动模式下，智能地面站记录下飞手的操作指令信息以及无人机的飞行信息以及喷洒信息。

在手动模式下，可以是通过带有教练口模块的智能地面站将操作指令信息发送到无人机上，无人机根据无人机遥控器的操作指令信息而做相应的动作，同时无人机将实际运行轨迹、飞行速度通过数据传输模块传输到地面站。也可以是飞手操纵无人机遥控器直接控制无人机，同时遥控器将所有的操作指令信息以及无人机上飞控反馈的无人机的各种状态、位置信息都会通过教练接口模块发送到地面站，地面站接收并保存所有的指令信息；同时无人机上返回的关于无人机飞行状态和位置等信息通过数据传输模块发送到地面站记录保存。因为智能地面站能够记录飞手的操作指令信息，在无人机坠毁的情况下，就可以通过智能地面站记录的飞手操作指令信息和对应的飞机状态，来判断飞手的操作是否存在失误，如果飞手操作完全正确，那可以从其他方面来判断是什么问题导致无人机坠毁。正是由于教练口模块的存在，才能够准确的判断无人机坠毁的责任问题。

在手动模式下，因为有教练口的存在，地面站可以完整地收集到飞手的操作；同时，还能接收到无人机的各种状态信息（包括无人机的位置、高度、姿态、航向、速度、喷洒量、相对高度等）。在某一时刻T0，地面站收集到的无人机状态S，收集到飞手的操作A，根据教练口传输延时T1和数传传输延时T2，可以得到S的发生时间为(T0-T2)，A的发生时间为(T0-T1)，由此我们就得到同一时刻的飞机状态和飞手操作的集合(A, S)，建立一个飞手操作学习网络，把这个集合作为训练数据导入网络，当数据足够多时，就可以训练出一个智能飞机控制模型。

所述的智能飞机控制模型具有以下作用：

训练飞手用：根据当前无人机的飞行状态判断新飞手的操作是否得当，如果出现危险操作地面站则强制切断新飞手的遥控信号，控制无人机平稳悬停或降落；如果出现不合理的操作，地面站可根据具体情况给飞手打分，作为飞手考核的依据；

安全方面考虑:在半自动和自动工作模式下作业时，若教练接口出现断链情况，地面站可以根据之前学习的植保数据判断给出正确的操作指令，纠正无人机的状态；自动模式下植保作业，遇到特殊情况，地面站能根据无人机当前的状态信息给出正确的纠正指令，如遇突然的大风，地面站判断无人机状态有危险，给出悬停或降落的指令；

责任认定方面：在无人机出现事故后，在事故发生的时间段，查看飞机的状态信息，及对应飞手的操纵信息，判断是否是人为原因导致事故的发生。

半自动模式和手机模式相比不同的是，智能地面站对无人机遥控器的操作动作进行预设，比如，操作手柄控制飞机向左飞一定距离，操作手柄，到达一定距离后，松开，这样存在一问题，不能精确的操作，智能地面站通过|CPU对左飞的动作进行预设，手柄向左动一下，无人机向左移动确定的距离，这样就能够精确的控制。无人机植保的半自动模式主要是由飞机上的飞控和遥控器联合控制，事先将一些预设参数包括地块测绘信息、无人机飞行速度、高度、流量、喷幅等，这些预设参数发送到飞控，由飞控去控制。遥控器在喷洒过程中只需要向前推杆喷洒，向右推杆一下即可。期间飞控会回传无人机植保的状态信息。

所以在半自动模式下，智能地面站对无人机遥控器的操作指令以及参数进行预设，当智能地面站中CPU接收到教练口模块的操作指令后，智能地面站将对应的预设的操作指令通过数据传输模块发送给无人机，无人机接收后，按照智能地面站的对应的预设指令进行飞行，同时将飞行的信息发送给智能地面站。从半自动模式可以看出， 由于教练口模块的存在，采集了无人机遥控器的操作指令信息，才可以半自动控制，从而提高了手动的精确度。同时由于智能飞机控制模型的存在，所述智能飞机控制模型的输入是飞控传回来的数据和教练口的数据，在手动模式下学习有经验的飞手的操作习惯，将这些习惯自动抽象成半自动模式下的预设，使得新手在半自动模式下操作飞机也可以达到有经验飞手的水平。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。