自动返航方法、系统及无人机的制作方法
【专利说明】自动返航方法、系统及无人机 【技术领域】
[0001] 本发明设及飞行控制技术领域，尤其设及一种控制飞行器自动返航的方法、系统 及无人机。 【【背景技术】】
[0002] 在现有的无人机领域，要执行航点飞行(例如使用多旋翼航拍机），必须依靠稳定 的卫星定位信号及磁力计。如果飞行过程中磁力计遭遇干扰，则用户只能W手动姿态模式 飞行。在此模式下飞行时，如果无法正确判断出机头的方向，将无法正确地操作飞机。而且， 在磁力计失效的情况下，飞机也无法执行安全保护措施，并进行自动返航功能。
[0003] 对于多旋翼飞行器而言，由于其本身是无机头的设计，因此若在飞行时磁力计无 效，则很难判断机头的方向，W及飞行器飞行的方向。
[0004]目前常用的解决方案是在无人机上加载两个GNSS(GlobalNavigation SatelliteSystem,全球导航卫星系统)接收机，通过干设法计算来得出无人机的方位(参 考http://www.vectornav.com/products/vn-300DualGPSCompassingAlgorithm)。但此 举无疑会增加无人机的重量及生产成本。
[0005] 另外也可W使用精准度更高的传感器，即使在磁场干扰下也可W准确估算出无人 机的航向和方位，但运又会增加无人机的成本。对于航拍飞行器，基于成本因素，W上所说 的更昂贵的传感器/方案并不适用。
[0006] 再者，全球导航卫星系统(GNSS)可W准确判断出物体的移动方向，对于只能往前 推动前进的机器(例:汽车，固定翼飞机），GNSS提供的速度信息可W用来估计机器的方位。 W此移动方向信息所推算出的移动方向被称为航迹角（TrackAngle)。但是对于多旋翼飞 机，运个假设并不一定正确，原因是多旋翼飞机可W任意往任何方向直线飞行。用户在清楚 飞行器机头的方向前提下，可W在不调整机头的情况下操控飞行器前后左右任意风行。因 此，GNSS的速度信息只能提供多旋翼飞机的运动方向，却无法W此正确判断出飞行器的机 头方向。 【
【发明内容】
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[0007] 本发明旨在克服现有技术中存在的W上问题，提供一种自动返航系统即方法，使 得在不改变现有硬件的前提下，利用低成本的全球导航卫星系统接收机及本发明设计的特 定飞行动作，来达到估计飞行器航向及安全自主返航的效果。
[000引为解决上述技术问题，本发明提供W下技术方案：
[0009] -方面，本发明提供一种自动返航系统，用于飞行器上，所述飞行器上设置有磁力 计，所述自动返航系统包括:判断模块，用于判断所述磁力计是否失效或遇强磁干扰;加速 模块，用于在所述磁力计失效或遇强磁干扰时，对所述飞行器朝机头方向进行加速，该机头 方向假设等同于航迹角，其中，所述判断模块还用于判断所述飞行器加速后的速度是否达 到预设值;处理模块，用于在所述速度达到预设值时根据所述速度获取所述飞行器的航迹 角；其中所述处理模块还用于通过可提供全局或局部座标的定位系统获取所述飞行器的当 前位置W及返航点，从而获得所述飞行器的航向角;所述判断模块，还用于判断所述飞行器 的航向角与所述飞行器的航迹角之间的差值是否小于固定值；W及控制模块用于在所述差 值小于固定值时控制所述飞行器直接返航。
[0010] 另一方面，本发明提供一种飞行器自动返航的方法，所述飞行器上设置有磁力计 所述方法包括:在所述磁力计失效或遇强磁干扰时，假设航迹角等同于机头方向，对所述飞 行器朝机头方向进行加速;判断所述飞行器加速后的速度是否达到预设值;若所述速度达 到预设值，则根据所述速度获取所述飞行器的航迹角；通过一可提供全局或局部座标的定 位系统获取所述飞行器的当前位置W及返航点，从而获得所述飞行器的航向角；判断所述 飞行器的航向角与所述飞行器的航迹角之间的差值是否小于固定值；W及若所述差值小于 固定值，控制所述飞行器直接返航。
[0011] 本发明还提供一种无人机，包括上述自动返航系统。
[0012] 本发明还提供一种固定翼无人机，包括上述自动返航系统。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:在飞行器上的磁力计失效或遇强磁干 扰的情况下，通过GNSS接收机来判断飞行器的机头方向，W确定飞行器航向W及返航点的 位置，从而实现飞行器的安全返航，且不增加飞行器的硬件成本。 【【附图说明】】
[0014]图1为本发明一实施方式中自动返航系统的功能模块示意图；
[0015]图2为本发明一实施方式中所需调整机头方向的角度的示意图；
[0016] 图3为本发明一实施方式中自动返航的流程图。 【【具体实施方式】】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0018]请参阅图1，图1所示为本发明一实施方式中自动返航系统10的功能模块示意图。
[0019]在本实施方式中，所述自动返航系统10用于飞行器上，所述飞行器上设置有磁力 计W及可提供全局或局部座标的定位系统，所述磁力计用于接收磁感应强度，所述可提供 全局或局部座标的定位系统用于获取飞行器所在的位置W及无人机在飞行过程中东西方 向的速度(VEL_E似及南北方向的速度(VEL_N)。
[0020] 在本实施方式中，定位系统包括全球卫星导航系统、差分全球定位系统、实时动态 全球定位系统、基于射频识别的局部定位系统及超宽带定位系统中的任意一种。
[0021] 在本实施方式中，所述飞行器可W为固定翼无人机、无人直升机或多旋翼飞行器。
[0022] 在本实施方式中，所述自动返航系统包括:判断模块130、加速模块140、处理模块 150W及控制模块160。
[0023]在本实施方式中，判断模块130用于判断所述磁力计是否失效或遇强磁干扰。在本 实施方式中，所述判断模块130通过判断所述磁力计所接收到的所述磁感应强度是否异常 来判断所述磁力计是否失效或遇强磁干扰。
[0024] 在本实施方式中，加速模块140用于在所述磁力计失效或遇强磁干扰时对所述飞 行器朝着机头方向进行加速，该机头方向假设等同于航迹角。其中，所述判断模块130还用 于判断所述飞行器加速后的速度是否达到预设值。在本实施方式中，加速模块140为飞行器 上的电机。电机的输出不同，速度就不同。
[0025]在本实施方式中，所述加速模块140还用于在所述速度未达到预设值时继续对所 述飞行器进行加速。
[0026]在本实施方式中，所述加速模块140对所述飞行器进行加速时需要保持所述飞行 器左右倾角为零。
[0027]在本实施方式中，处理模块150用于在所述速度达到预设值时根据所述速度获取 所述飞行器的航迹角，其中所述处理模块150还用于通过可提供全局或局部座标的定位系 统获取所述飞行器的当前位置W及返航点，从而获得所述飞行器的航向角。在本实施方式 中，所述处理模块150获取所述飞行器的航迹角的算法为:4gnss=atan2(VEL_E，VEL_N)，其 中VEL_E为所述GNSS接收机提供的东西方向速度，VEL_N为所述GNSS接收机提供的南北方向 速度。
[0028] 在本实施方式中，所述定位系统用于获取所述飞行器的当前位置W及返航点，从 而获得所述飞行器的航向角。所述判断模块130还用于判断所述航迹角与所述航向角之间 的差值是否小于固定值。在本实施方式中，所述差值为飞行器的所需调整机头方向的角度， 所述固定值可W为:10度、15度、20度等。
[0029] 请参阅图2,图2所示为所需调整机头方向的角度的示意图，由于飞行器记录了返 航点座标和定位系统提供当前的飞行器所在座标，运两点之间可W形成一个向量（专)。 另外，处理模块150所计算出来航迹角也组成了一个向量运两个向量的夹角（即上 述的差值)便是飞行器必须调整的机头方向（即航向），W达到实现精准返航。
[0030] 飞行器须朝返航点调整的航向角为Φ:
[0031]控制模块160用于在所述差值小于固定值时控制所述飞行器直接返航。
[0032] 所述控制模块160还用于在所述差值不小于固定值时调整所述飞行器的机头方向 (即航向）。在本实施方式中，所述控制模块160调整所述飞行器的航迹角的方法为:通过控 制所述加速模块140对飞行器进行加速，并调整东