一种定维度飞行的多旋翼飞行器及飞行控制方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及无人飞行器领域，尤其涉及一种多旋翼式无人飞行器的飞行控制方法及应用了该飞行控制方法的多旋翼式无人飞行器。
【背景技术】
[0002]无人飞行器在航空拍摄、飞行表演、防灾救险、科学考察等领域有着广阔的应用。尤其是随着电子技术的飞速发展，小型、微型无人机在远程遥控、续航时间、飞行品质上有了明显的突破，成为了近几年兴起的通用航空领域关注焦点，被普遍认为具有良好的发展前景。
[0003]当前，无人飞行器，尤其是四轴多旋翼无人飞行器已经开始进入消费级市场，相较于传统的固定翼飞行器，多旋翼式飞行器飞行简单，能够以直上直下，随时悬停的飞行方式进行飞行，极大推进了无人飞行器进入普通消费市场的步伐。但是，当前采用专业遥控设备，在6通道甚至8通道的环境下来实现对无人飞行器的操纵方式，对于普通用户而言，其操纵难度仍然是比较复杂的，这也降低了对新手用户的友好度。复杂的、多维度的操作模式，导致大量初学者，因为无法实现理想的飞行控制效果，而放弃了对无人飞行器的进一步了解，妨碍了这个行业的迅速发展。
[0004]因此，本申请关注的第一个重要问题是，如何能够让无人飞行器更加容易的被操作，并被操作者所喜欢。
[0005]针对上述问题，本申请发明人敏锐的发现，广大消费者其实已经比较习惯于去控制在地面这样一个二维世界进行运动的遥控设备，比如遥控车，此时消费者只需要控制遥控车前进后退、左右转弯，换句话说，只需要在四个方向上操纵遥控车。
[0006]而无人飞行器虽然给人带来了最新鲜体验，但是由于飞行器是在空中飞行，所以其操作难度也大大增加，因为，在二维平面方向的操作之外，还增加了垂直方向上的操作维度。
[0007]因此，为了能够一步步的让消费者领略和习惯无人飞行器的乐趣，有必要，让消费者也就是用户，对无人机的飞行过程的熟悉，成为一个阶段性的过程。所以，需要以某种控制方式，使得用户能够简便的让无人飞行器在空中一定高度漂浮，其飞行高度相对固定的情况下，仅让无人飞行器在前后左右的四个维度上移动，如此能够简化操作，降低学习门槛。
[0008]换句话说，让无人机以一个固定的相对高度漂浮起来，这个时候，用户操控无人机，在这个距离地面保持相对固定距离的虚拟二维空间，操纵无人机移动，等到用户能够习惯这样的操作之后，并且引发了兴趣之后，再去实施更为复杂的操作。
[0009]此外，本申请同时还关注第二个重要的问题在于，对于某些无人飞行器的实际使用场合下，存在进行一些特定的飞行表演技巧的需求，比如让无人飞行器相对于某个目标保持特定距离进行围绕飞行或者拍摄，现在这种飞行表演或者飞行动作的实现，需要由有丰富经验的飞手来进行实际控制，由于人工操作的不确定性，这种飞行表演的效果与稳定性大打折扣。
[0010]此时，需要提供一些对无人飞行器飞行的辅助操作，比如能够设定成，让无人飞行器相对于一个特定目标的距离相对固定的情况下，进行飞行。具体的，比如让无人飞行器相对于一面墙，保持2米左右距离的情况飞行，此时飞手可以简单的在与墙面平行的空间维度上进行自由的移动控制。而该控制方法中，无人飞行器相对于墙面的距离，由某种方法进行控制，实现锁定，保证距离不发生变化。换句话说，实现了所谓多个维度中，某个维度固定的飞行方式。
[0011]因此，如上所述的本申请提出了一种具备智能定维度飞行模式的无人飞行器。该无人飞行器可以经由设定，使得该飞行器保持一个相对于某一维度参考目标为特定距离的飞行控制方式，按照这种方式，该无人飞行器被操控移动。如此，确保了飞行体验的同时，简化了用户的操作难度，能够给用户提供一个过渡性的适应，并且在一些特定场合下，也降低了飞行操控的复杂程度，能够简便的实现更为复杂的飞行任务。
[0012]总之本申请要解决的技术问题包括:
1.提供一种新的飞行控制方式，降低了用户入门飞行控制的操作难度；
2.提供一种新的飞行控制方式，能够在简便的操作要求下，实现特殊的飞行效果，智能完成多种飞行任务；
3.提供一种新的飞行控制方式，能够将无人飞行器的操纵方式从三维降到二维，甚至一维，在特定环境下，解放了用户不得不投入到飞行操控上的精力。
[0013]现有技术中，申请号为201110324680.9，发明名称为《一种固定翼无人机的定高飞行控制系统与方法》的专利，公开了一种固定翼无人机的定高飞行控制系统与方法，该方法以气压高度传感器作为高度测量元件，以外接锂电池对全套系统进行供电，传感器经过滤风装置进行保护，以减少在高空中风压对其影响，从而降低误差。当经过气压高度传感器测得相关信息后经由I2C总线将数据发送到单片机系统，在单片机中进行一系列的数据计算，即得到相应的高度信息，最终通过飞机上的升降舵及油门联动ro控制，操控舵机角度变化和油门大小，并在程序中加入高度过升、过降保护程序，进一步提高安全性，实现无人机的自主定高。
[0014]该专利提出了定高飞行的概念，也就是说，该专利的飞行控制方法是以经由气压计检测得到的海拔高度作为飞行控制的依据，控制无人机在一个特定海报的飞行高度进行飞行，并且针对如何避免气压计对海拔高度的误判，提出了改进。然而，该专利并非是以某个特定目标作为参照物，而提出的固定维度的飞行控制方法，换句话说，假设该无人飞行器在城市上空实施定高飞行时，无论城市环境如何，无论该无人飞行器相对于地面的距离如何，其始终保持固定的海拔高度飞行，如果地面上参照物为广场，则该飞行器可能据广场有50米距离；如果地面上参照物是高楼林立的商业区，该飞行器在定高飞行下，如果不加以控制，甚至可能与超出50米海拔高度的建筑物发生碰撞。因此，上述专利不能解决本申请提出的相对于特定参照物，定维度飞行的任务。
[0015]总之，值得注意的是，所谓传统固定翼无人机的定高巡航模式，是通过气压计或者其他高度感应装置，实现对海拔高度的控制，其飞行控制过程简单，并不涉及本申请所关注的多旋翼式无人飞行器在较低飞行高度情况下，与参照物之间通过互动方式，保持距离的冋题。
[0016]现有技术中，另一篇申请号为201410521808.4，发明名称为《一种应用于无人机航空物探的低空飞行控制方法》的专利，公开了一种无人机的低空飞行控制方法，其采用无人机气压高度和无线电高度互补滤波得到信噪比较高的高度信号作为无人机低空飞行高度控制源，飞行高度信号能够滤除高频的地形影响，又能够较好的对地形进行跟踪，可以对丘陵地形以及小坡度山区地形进行有效的航空物探飞行作业工作，使无人机能够以超低空沿地形起伏飞行并能够较好的对地形进行跟踪，有效的规避障碍，通过无人机的平稳飞行则可获取航放系统高质量勘探数据。
[0017]该专利提出了一种在较大范围内，对某个地貌进行观察和数据采集时的一种飞行控制方法，然而从该专利的技术领域以及飞行控制方法来看，该专利关注的是在一个百米量级的范围，实现对无人飞行器的控制，首先是通过气压计判断得出，当前飞行器处于的某个指定海拔高度范围内，然后对气压计和无线电方式分别得到的高度数据进行融合，利用融合数据来控制无人飞行器在爬升、滑翔、拉平、平飞等多种状态中切换，目的是完成一次航空物探任务。
[0018]由于该方法关注的是航空物探任务的完成，因此，该方法中的飞行高度控制，仍然是一种针对特定情况下的，综合应用了海拔高度与无线电高度数据的方法，这种方法仅适用于该专利所提出的航空物探任务，而并不能解决本申请提出的特定需求。
【发明内容】
[0019]本发明的发明目的在于，提供一种针对多旋翼式无人飞行器进行飞行控制的方法，以及应用该飞行控制方法的无人飞行器。该无人飞行器可以在简单设定的条件下，自动完成相对于某个方向的参照物进行相对距离固定的飞行动作，换句话说，在该无人飞行器相对于该参照物的维度上，这个维度的数据是被锁定的，同时，该无人飞行器在其他维度上的飞行控制是完全自由的。
[0020]为了实现本发明目的，本发明提出了一种多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于:设置至少一组定维飞行参数，每组定维飞行参数至少包括维度方向与维度距离；在飞行过程中，采集在所述维度方向上与参照物的距离，判断其与上述维度距离的差值；根据上述判断结果，调整飞行器与参照物之间的距离与上述维度距离相一致。
[0021]根据本发明的另一个方面，本发明所述多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于:反复执行上述调整飞行器与参照物之间距离的过程。
[0022]根据本发明的另一个方面，本发明所述多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于:所述多旋翼飞行器接收并执行其他飞行控制指令。
[0023]根据本发明的另一个方面，本发明所述多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于:根据所设置的定维飞行参数，过滤飞行控制指令；发送该过滤后的飞行控制指令；所述多旋翼飞行器接收并执行过滤后的飞行控制指令。
[0024]根据本发明的另一个方面，本发明所述多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于:在飞行过程中，可针对所述定维飞行参数中的任意一个或其全部组合进行动态调整。
[0025]为了实现本发明目的，本发明还提出了一种多旋翼飞行器，其特征在于具备:至少一个距离传感器，所述距离传感器的朝向可通过机械和/或电子方式调整，所述距离传感器能够在其朝向上测定与障碍物之间的距离参数；存储器，存储设定的定维参数，所述定维参数至