本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种无人机跟随飞行方法。
背景技术：
无人机是无人驾驶飞机的简称，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备以及自备的程序控制装置操控的不载人飞机。
其凭借体积小、对操作环境要求低、生存能力强等特性，在军用和民用领域得到了快速发展，如，在军事上，无人机可以作为侦察机和靶机，进行军事情报的获取、地面战场的侦察等。在民用方面，无人机可以进行航拍、农业、植物保护、自拍、快递运输、灾难救援、电力巡检、影视拍摄等。
现有用于跟随的无人机多为系留无人机，而系留无人机与地面的信息均是通过有线方式传输，而且无人机飞在正上方，实用中存在诸多限制。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对目标载体进行有效跟随的无人机跟随飞行系统、跟随飞行方法。
第一方面，本发明提供一种无人机跟随飞行系统，用于对速度小于100km/小时的目标载体进行跟随，包括：
差分gps基站，用于安装在目标载体上；
差分gps移动站，用于安装在无人机上；
地面站，用于安装在所述目标载体上；
第一数传电台，用于安装在所述目标载体上
第二数传电台，用于安装在所述无人机上。
优选地，还包括：
摄像头，用于安装在所述无人机上；
第一图传电台，用于安装在所述目标载体上；
第二图传电台，用于安装在所述无人机上；
图像采集卡，用于安装在所述目标载体上。
优选地，所述无人机为多旋翼无人机或多旋翼固定翼混合无人机。
第二方面，本发明提供一种无人机跟随飞行方法，包括如下步骤：
通过差分gps计算无人机相对于目标载体的距离与速度；
地面站设定无人机是否跟随；
如果设定跟随，则地面站设定无人机的跟随角度和跟随距离；
第一数传电台向第二数传电台发送跟随角度和跟随距离；
无人机跟随目标载体飞行；
第二数传电台实时向第一数传电台传送无人机的速度、位置和姿态。
优选地，还包括如下步骤：
摄像头采集其视域范围内的场景信息；
第二数图传电台向第一图传电台发送场景信息；
第一图传电台接收场景信息，并将其存储于图像采集卡中。
优选地，无人机在水平面内跟随目标载体飞行的微分方程为：
其中，h为：高度输入控制量；
m为：机体质量；
θ为：俯仰角；
ψ为：航向角；
φ为：横滚角。
优选地，无人机偏离跟随距离以及跟随速度的误差方程为：
ec＝xk-xt
其中，ec为位移误差；
xk为：目标位置；
xt为：无人机位置；
优选地，地面站能够更改飞行中的无人机的跟随角度和跟随距离。
优选地，无人机使用东北天坐标系。
本发明所提供的无人机跟随飞行方法通过差分gps计算无人机相对于目标载体的距离与速度，并由地面站设定无人机是否跟随；一旦确定跟随，则通过第一数传电台和第二数传电台的双向信息交互，实现无人机对目标载体的有效跟随飞行。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例所提供的无人机跟随飞行系统，用于对速度小于100km/小时的目标载体进行跟随，包括：差分gps基站、差分gps移动站、地面站、第一数传电台和第二数传电台。差分gps基站、地面站和第一数传电台，分别用于安装在所述目标载体上。差分gps移动站和第二数传电台，分别用于安装在所述无人机上。可以通过差分gps计算无人机相对于目标载体的距离与速度。地面站为本发明实施例跟随飞行系统的控制中心，可以通过其设定无人机是否跟随，以及可以通过其实现对无人机跟随距离、跟随速度的调整。第一数传电台和第二数传电台双向连接，本发明实施例跟随飞行系统中目标载体和无人机之间的数据传输均可通过其实现。本发明实施例所提供的无人机跟随飞行方法通过差分gps移动站向差分gps基站发送无人机所在位置，并由地面站设定无人机是否跟随；一旦确定跟随，则通过第一数传电台和第二数传电台的双向信息交互，实现无人机对目标载体的有效跟随飞行。
为了更直观的判断无人机跟随目标载体的过程以及为了留存跟随场景，本发明实施例还包括：摄像头、第一图传电台、第二图传电台和图像采集卡。摄像头和第二图传电台用于安装在所述无人机上；第一图传电台和图像采集卡用于安装在所述目标载体上。摄像头用于采集其视域范围内的场景信息，第二图传电台用于将场景信息传送给第一图传电台，而第一图传电台用于接收场景信息并将场景信息存储于图像采集卡中留存。
在某些情况下，不需要无人机继续跟随目标载体，而需要其在空中悬停。这种情况对无人机的悬停性能就提出了较高的要求。为了满足无人机具有悬停性能的要求，本发明实施例中的所述无人机优选为多旋翼无人机或多旋翼固定翼混合无人机。
使用上述跟随飞行系统对目标载体进行跟随飞行的方法，包括如下步骤：
通过差分gps计算无人机(使用东北天坐标系)相对于目标载体的距离与速度；
地面站设定无人机是否跟随；
如果设定跟随，则地面站设定无人机的跟随角度和跟随距离(无人机与载体之间的距离)；
第一数传电台向第二数传电台发送跟随角度和跟随距离；
无人机跟随目标载体飞行；
第二数传电台实时向第一数传电台传送无人机的速度、位置和姿态；
如果系统配备了摄像头、第一图传电台、第二数图传电台和图像采集卡，则还可以包括如下步骤：
摄像头采集其视域范围内的场景信息；
第二数图传电台向第一图传电台发送场景信息；
第一图传电台接收场景信息，并将其存储于图像采集卡中。
无人机在水平面内跟随目标载体飞行的微分方程为：
其中，h为：高度输入控制量；
m为：机体质量；
ψ为：航向角；
φ为：横滚角。
θ为：俯仰角(无人机为原点向载体引出的射线与载体前进方向的夹角)；
无人机偏离跟随距离以及跟随速度的误差方程为：
ec＝xk-xt
其中，ec为位移误差；
xk为：目标位置；
xt为：无人机位置；
考虑到目标载体的运动轨迹随时可能发生变化，而一旦目标载体的运动轨迹发生变化，如果无人机仍按照初始设置的跟随角度和跟随距离进行跟随，则此时的跟随时无效的，因此为了实现对目标载体的有效跟随，本发明实施例中的地面站能够更改飞行中的无人机的跟随角度和跟随距离。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。