无人机智能航向控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机智能航向控制方法。
【背景技术】
[0002] 无人机因其具有费效比低、部署迅速和零伤亡等特点，被广泛应用于军事和民用 领域。控制人员通过传统遥控操作控制无人机的飞行动作，可在灾难场景监测、航拍、搜救、 基础设施监察等领域发挥重要作用。
[0003] 传统遥控中的无人机航向控制是指在正常（无智能航向）模式下，操纵杆的前向 与无人机头的前向严格对应，操纵杆的前后左右对应着无人机体前后左右的飞行动作。这 种传统的控制方式存在着很大的问题。一方面，当控制人员对无人机控制不够熟悉的情况 下，容易造成无人机航向混乱导致无人机坠毁；另一方面，当无人机与控制人员距离超出视 距范围（如大范围自然场景航拍、搜索等），或因复杂天气状况（如云、雾、霾等）影响，控制 人员无法判断无人机机头方向时，极易造成误操作，导致无人机坠毁甚至失联。因此，在现 有无人机控制系统中引入智能航向控制算法非常重要和紧迫。
[0004] 现有的无人机控制系统中，在飞行距离超过视距范围时一般采取GPS定位返航的 方法，即使用GPS记录飞行器的起飞点，通过地面站或遥控器控制，使得无人机根据已记录 的起飞点返航。但因无人机所处的自然环境复杂，极易因电磁干扰或高层建筑遮挡造成GPS 定位信号丢失，进而导致无人机坠毁。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0006] 为此，本发明的目的在于提出一种无人机智能航向控制方法。该方法可以提升无 人机的飞行安全性，并简化操控性。
[0007] 为了实现上述目的，本发明公开了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，贝U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。
[0008] 根据本发明实施例的无人机智能航向控制方法，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，可 以大大简化无人机的操作并提高其飞行安全性。
[0009] 另外，根据本发明上述实施例的无人机智能航向控制方法还可以具有如下附加的 技术特征：
[0010] 在一些示例中，所述起飞点处的北东地坐标系下的航向指在北东地坐标系下，无 人机机头与正北方向的夹角。
[0011] 在一些示例中，所述起飞点处的GPS坐标指起飞点的经炜度坐标。
[0012]在一些示例中，设初始航向为0。，切换到初始航向锁定模式时航向为0i，则遥控 器的输入参数与控制算法施加在无人机上的控制量之间的关系为：
[0013] x' in=cos( 0 厂 0 0) ?xin_sin( 0 厂 0 0) ?yin
[0014] y' in=sin( 0「0 0) ?xin+cos( 9「0 0) ?yin，
[0015] 其中，遥控器的输入参数包括pitch方向输入参数XijProll方向上输入参数yin， 控制算法施加在无人机上的控制量为x'idPy'in〇
[0016] 在一些示例中，在返航点锁定模式下，设起飞点处的北东地坐标系下的坐标为 (x。，y(l)，GPS坐标的炜度坐标为lab，经度坐标为lorv则飞行器飞行过程中当前北东地坐 标（Xi,yj与GPS坐标（lati,lorO之间的转换关系为：
[0017]
[0021] 则k取值方式为：
【主权项】
1. 一种无人机智能航向控制方法，其特征在于，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。
2. 根据权利要求1所述的无人机智能航向控制方法，其特征在于，所述起飞点处的北 东地坐标系下的航向指在北东地坐标系下，无人机机头与正北方向的夹角。
3. 根据权利要求1所述的无人机智能航向控制方法，其特征在于，所述起飞点处的GPS 坐标指起飞点的经炜度坐标。
4. 根据权利要求1所述的无人机智能航向控制方法，其特征在于，设初始航向为0d， 切换到初始航向锁定模式时航向为9i，则遥控器的输入参数与控制算法施加在无人机上 的控制量之间的关系为： X'in=cos( 0 厂 0 0) ?Xin-Sin( 0 厂 0 0) ?yin y' in=sin( 0 厂 0 0) ?xin+cos( 0 厂 0 0) ?yin， 其中，遥控器的输入参数包括pitch方向输入参数Xil^Proll方向上输入参数yin，控 制算法施加在无人机上的控制量为X'idPy' in〇
5. 根据权利要求1所述的无人机智能航向控制方法，其特征在于，在返航点锁定模式 下，设起飞点处的北东地坐标系下的坐标为（?,L)，GPS坐标的炜度坐标为Iatci，经度坐标 为IoiV则飞行器飞行过程中当前北东地坐标（Xi，yi)与GPS坐标（Iati,Ioni)之间的转换 关系为：
6. 根据权利要求1所述的无人机智能航向控制方法，其特征在于，在以起飞点为极点 的极坐标系下，切换到返航点锁定模式时，北东地坐标系下的坐标为（Xi，Yi)，无人机当前偏 航角为9yaw，此时极角9i=atan2(yXi-Xci)，则遥控器输入参数与控制算法施加在无 人机上的控制量之间关系为： Xrin=cos( 0i- 0 yaw) ?Xin-Sin(e- 0 yaw) ?yin l'in=sin( 0 - 0 yaw) ?xin+cos( 0 - 0 yaw) ?yin, 其中，遥控器的输入参数包括pitch方向输入参数Xil^Proll方向上输入参数yin，控 制算法施加在无人机上的控制量为X'idPy' in〇
7.根据权利要求1-6任一项所述的无人机智能航向控制方法，其特征在于， 在返航点锁定模式下，设选择飞行的安全半径为Rsafe，则当飞行器与起飞点的距离
【专利摘要】本发明提供一种无人机智能航向控制方法，包括：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，在普通遥控模式下起飞；选择初始航向锁定模式或返航点锁定模式；若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实现智能航向控制；若选择返航点锁定模式，则在以起飞点为极点的极坐标下实现智能航向控制。根据本发明实施例的无人机智能航向控制方法，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，可以大大简化无人机的操作并提高其飞行安全性。
【IPC分类】G05D1-10
【公开号】CN104714556
【申请号】CN201510134932
【发明人】戴琼海, 李一鹏, 李修, 施泽南
【申请人】清华大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月26日