无人机飞行控制方法及控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种无人机飞行控制方法及控制系统，该方法包括接收控制命令，采集无人机的位置信息、飞行姿态参数，由所述位置信息及飞行姿态参数获得飞行姿态信息；采集航拍数据，并根据所述控制命令将无人机的飞行姿态信息以及航拍数据输出；根据无人机的飞行姿态信息及航拍数据发出遥感命令；接收并解析该遥感命令；根据解析后的遥感命令、所述无人机的飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令，以控制无人机的飞行方向及飞行速度。上述方案提高了数据交换的简易性、安全性和实时性。
【专利说明】
无人机飞行控制方法及控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及无人机技术，尤其是一种无人机飞行控制方法及控制系统。
【背景技术】
[0002]随着无人机生产厂家越来越多，各个厂家间成本竞争提上了日程，采用新技术提高无人机整体性能就显得尤为重要。由于无人机飞控系统需要以嵌入式的实时软件及硬件为主，系统资源有限制，不能扩充更多的功能，若采用资源充沛的CPU，则必须配以分时系统才能合理管理诸多资源的应用，但是，不能保证飞控系统所需元素的实时性，飞控系统的性能受到很大的影响。
[0003]目前，无人机的方案多以多个处理器来完成各自的功能，如飞控处理器，相机处理器，云台处理器，各处理器之间配以标准的通信接口，这样它们之间虽然能够进行数据交换，但是，需要大量的通信协议，大量软件编写工作，同时数据通信时容易受到外界干扰，而且数据的时效性也受到限制。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的是提供一种无人机飞行控制方法及控制系统，旨在提高数据交换的简易性、安全性和实时性。
[0005]为实现上述目的，本发明提出的无人机飞行控制方法，包括以下步骤:
[0006]步骤I，接收控制命令，采集无人机的位置信息、飞行姿态参数，由所述位置信息及飞行姿态参数获得飞行姿态信息;采集航拍数据并处理，并根据所述控制命令将无人机的飞行姿态信息以及处理后的航拍数据输出；
[0007]步骤2，根据无人机的飞行姿态信息及航拍数据发出遥感命令；
[0008]步骤3，接收并解析该遥感命令;根据解析后的遥感命令、所述无人机的飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令，以控制无人机的飞行方向及飞行速度。
[0009]优选地，所述步骤I具体包括:
[0010]步骤11，接收控制命令，采集无人机的位置信息后连同控制命令一并输出；
[0011]步骤12，采集无人机的飞行姿态参数，由所述位置信息及飞行姿态参数获得飞行姿态信息，根据所述控制命令将上述飞行姿态信息输出；
[0012]步骤13，采集航拍数据并处理，并根据所述控制命令将无人机的飞行姿态信息以及处理后的航拍数据输出。
[0013]优选地，输出的飞行姿态信息以及航拍数据通过无线通信网络传输。
[0014]优选地，所述航拍数据包括图像数据和视频数据。
[0015]优选地，所述无人机飞行姿态信息包括无人机当前飞行方向、速度、位置坐标；
[0016]由无人机的实时经度、实时玮度、移动轨迹、加速度、地磁磁场强度、方向、所在位置高度的空气绝对压强获得所述无人机当前飞行方向、飞行速度、位置坐标。
[0017]本发明还提供一种无人机飞行控制系统，包括:
[0018]GPS模块，采集无人机的位置信息；
[0019]飞行姿态模块，获取无人机的飞行参数；
[0020]航拍模块，获取航拍数据；
[0021 ]遥控模块，接收并解析遥感命令；
[0022]电源模块，用于向处理器供电；
[0023]所述处理器，由控制命令、无人机的位置信息、飞行参数获得飞行姿态信息；根据控制命令将飞行姿态信息及采集并处理的航拍数据输出；由解析后遥感命令及飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令；
[0024]驱动模块，根据所述飞控指令，控制无人机的飞行方向及飞行速度。
[0025]优选地，所述处理器，具有应用处理单元和飞控处理单元;其中:
[0026]所述应用处理单元接收控制命令、接收并处理航拍数据，并根据所述控制命令将无人机的位置信息发送给飞控处理单元，再将处理后的航拍数据及飞控处理单元输出的飞行姿态信息输出；以及输出解析后的遥感命令；
[0027]所述飞控处理单元根据所述控制命令接收所述飞行参数，结合无人机的位置信息获得无人机的飞行姿态信息并输出；以及根据解析后的遥感命令、所述飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令。
[0028]优选地，该系统还包括:
[0029]存储模块，用于存储航拍数据、飞行姿态信息；
[0030]所述应用处理单元接收存储命令，将所述航拍数据及飞行姿态信息存储至所述存储模块，并在所述存储空间不足时发出提醒信息。
[0031 ] 优选地，该系统还包括:
[0032]无线网络传输模块，用于根据所述控制命令传输飞行姿态信息及航拍数据，根据存储命令传输提醒?目息。
[0033]优选地，所述航拍模块包括:
[0034]图像传感器，用于采集图像信息；
[0035]摄像头，用于采集视频信息。
[0036]优选地，所述GPS模块采集无人机的实时经度和实时玮度;所述飞行姿态模块包括:
[0037]陀螺仪，采集无人机移动轨迹和加速度；
[0038]磁力计，采集无人机磁场强度和方向；
[0039]气压计，采集无人机所在位置高度的空气绝对压强。
[0040]本发明的技术方案，通过处理器采用独立核接收并处理数据获得飞控指令给驱动模块，保证了飞控系统各元素的实时性;采用多核辅以分时操作系统，如安卓系统，完成数据网络传输，航拍视屏处理等复杂功能，数据交互以内部通信管道形式或通过内部桥接方式进行，内部数据快速通道传输数据具有效率高、速度快的优点，保证了数据交换的简易性、安全性和实时性，综上，实现了简单，快速，安全的完成通信;相对现有技术，采用一个集成化设计的处理器代替了多个处理器工作，不需要进行大量的软件编写工作，降低了设计高端无人机的成本;此外飞控处理功能，视屏处理功能，云台处理功能，还可扩展3G远程通信功能集成于一体。
【附图说明】
[0041]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0042]图1为本发明一实施例提供的无人机飞行控制方法的流程图；
[0043]图2为本发明另一实施例提供的无人机飞行控制方法的流程图；
[0044]图3为本发明一实施例提供的无人机飞行控制系统的框架图；
[0045]图4为图3中的信号流程图。
[0046]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0047]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0049]另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0050]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，除非另有明确的限定。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。
[0051]另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0052]本发明提出一种无人机飞行控制方法，参见图1、图3，该方法包括以下步骤:
[0053]步骤I，接收控制命令，采集无人机的位置信息、飞行姿态参数，由所述位置信息及飞行姿态参数获得飞行姿态信息;采集航拍数据并处理，并根据所述控制命令将无人机的飞行姿态信息以及处理后的航拍数据输出；
[0054]步骤2，根据无人机的飞行姿态信息及航拍数据发出遥感命令；
[0055]步骤3，接收并解析该遥感命令;根据解析后的遥感命令、所述无人机的飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令，以控制无人机的飞行方向及飞行速度。
[0056]这里的控制命令可通过人为触发显示终端110发出，也可通过服务器根据事先设置的规则自动发出，显示终端110可以是手机、平板电脑等；
[0057]在控制无人机飞行之前，需要通过显示终端110显示无人机的飞行姿态信息及无人机周围状态，据此通过遥控器150发出遥控命令控制无人机的飞行，通过显示终端110发送一个请求，并根据该请求生成一个控制命令，例如请求获得无人机的飞行姿态信息及无人机周围状态的控制命令，这个控制命令可通过无线网络传输模块90传输给处理器60，处理器60接收该控制命令后，通过GPS模块10采集无人机的位置信息，通过飞行姿态模块20采集飞行姿态参数，由所述位置信息及飞行姿态参数获得飞行姿态信息;再由航拍模块30采集航拍数据，处理器60根据所述控制命令对采集的航拍数据进行处理，并根据所述控制命令将无人机的飞行姿态信息以及处理后的航拍数据输出。
[0058]操控者(也可以是服务器)根据显示终端110的无人机的飞行姿态信息及航拍数据，通过遥控器150发出遥控命令；
[0059]遥控模块40接收遥控命令，并解析该遥感命令后发送给处理器60通过对解析后的遥感命令数据以及飞行姿态信息数据进行数据融合计算，并通过控制算法，最后生成控制无人机各驱动器(例如马达)转速的飞控指令，通过各马达的转速之间的配合最终使得对无人机的飞行方向和飞行速度达到目标值。
[0060]本发明的技术方案，通过处理器采用独立核接收并处理数据获得飞控指令给驱动模块，保证了飞控系统各元素的实时性;采用多核辅以分时操作系统，如安卓系统，完成数据网络传输，航拍视屏处理等复杂功能，数据交互以内部通信管道形式或通过内部桥接方式，综上，实现了简单，快速，安全的完成通信;相对现有技术，一个处理器代替了多个处理器工作，且不需要进行大量的软件编写工作；此外飞控处理功能，视屏处理功能，云台处理功能，还可扩展3G远程通信功能集成于一体
[0061]进一步地，步骤I具体包括:
[0062]步骤Sll，接收控制命令，采集无人机的位置信息后连同控制命令一并输出；
[0063]控制命令可通过无线网络传输模块90传输给处理器60的应用处理单元61，应用处理单元61接收该控制命令后，通过GPS模块10采集无人机的位置信息，并将控制命令及位置信息一并输出给处理器60的飞控处理单元62;
[0064]步骤S12，采集无人机的飞行姿态参数，由所述位置信息及飞行姿态参数获得飞行姿态信息，根据所述控制命令将上述飞行姿态信息输出；
[0065]飞控处理单元62接收控制命令后采集无人机的飞行姿态参数，并结合接收的无人机的位置信息等数据计算出无人机飞行姿态信息(包括当前飞行方向、移动速度、位置坐标)，实现定点，定高等功能;并将无人机飞行姿态信息传输至应用处理单元61;
[0066]步骤S13，采集并处理航拍数据，并根据所述控制命令将无人机的飞行姿态信息以及处理后的航拍数据输出；
[0067]应用处理单元61接收无人机飞行姿态信息，同时通过航拍模块30采集航拍数据(用于显示无人机周围状况、例如落地、起飞，周围有何障碍物等，以了解飞行环境)，并根据控制命令将飞行姿态信息以及航拍数据传送出去，例如传送至显示终端110;
[0068]优选地，所述步骤3与步骤4之间还包括:
[0069]步骤S3S，存储所述航拍数据及飞行姿态信息，并在存储空间不足时，发送提醒信息。还可以存储航拍数据及飞行姿态信息的时间、大小等信息。
[0070]所述显示终端或者服务器通过无线通信网络收发信息。所述航拍数据包括图像数据和视频数据。
[0071]利用配置的摄像头、摄像机、相机来完成视频、照片的拍摄，同时通过wifi模块实时传输到手机，完成实时画面查看，便于控制无人机的飞行方向和角度在实时传输的同时，也会把拍摄的视频和照片存储在SD卡里，如果SD卡存储空间不足，会发送SD卡存储空间不足提醒信息到手机，告知用户。用户可以选择是否需要实时传输、保存；同时，实时采集电池当前状态信息，并发送电池状态信息到手机APP软件上。
[0072]所述无人机飞行姿态信息包括无人机当前飞行方向、速度、位置坐标；由无人机的实时经度、实时玮度、移动轨迹、加速度、地磁磁场强度、方向、无人机所在高度的空气绝对压强获得所述无人机当前飞行方向(包括上升、下降、水平面的各个方向)、飞行速度、位置坐标。无人机的实时经度、实时玮度、移动轨迹、加速度、地磁磁场强度、方向、空气绝对压强这些参数都能通过不同的模块进行采集，并传输给处理器60，处理器60对上述参数进行处理和计算，能获得无人机当前飞行方向、飞行速度、位置坐标;上述的参数具有实时性，在不同的处理器之间进行同时数据通信时容易受到外界干扰，而且数据的时效性也受到限制，而在本实施例中，只限于同一处理器内部的数据传输，不存在上述问题，因此实现了简单、快速、安全的完成数据通信。
[0073]本发明一实施例提供一种无人机飞行控制系统，参见图2，该系统包括GPS模块10、飞行姿态模块20、航拍模块30、遥控模块40、电源模块50、处理器60、驱动模块70;其中GPS模块10用于采集无人机的位置信息；飞行姿态模块20用于获取无人机的飞行参数;航拍模块30用于获取航拍数据;遥控模块40用于接收并解析遥感命令；电源模块50用于向处理器供电；所述处理器60由控制命令、无人机的位置信息、飞行参数获得飞行姿态信息;根据控制命令将飞行姿态信息及采集并处理的航拍数据输出；由解析后遥感命令及飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令。
[0074]具体的，所述处理器60具有应用处理单元61和飞控处理单元62;其中:所述应用处理单元61接收控制命令、对采集的航拍数据进行处理，并根据所述控制命令将无人机的位置信息发送给飞控处理单元，再将处理后的航拍数据及飞控处理单元62输出的飞行姿态信息输出；以及输出解析后的遥感命令;所述飞控处理单元62根据所述控制命令接收所述飞行参数，结合无人机的位置信息获得无人机的飞行姿态信息并输出；以及根据解析后的遥感命令、所述飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令;驱动模块70根据所述飞控指令，控制无人机的飞行方向及飞行速度，与飞控处理单元62之间通过UART协议进行数据传输。将飞控指令传输给多轴驱动器120，通过控制多轴驱动器120的转速以达到控制无人机的飞行方向及飞行速度的目的。
[0075]为实现更多的功能，该系统还包括存储模块80，存储模块80可以是SD卡;存储模块80用于存储航拍数据、飞行姿态信息，与应用处理单元61之间通过SD1协议进行数据传输；显示终端110发出存储命令后，所述应用处理单元62接收存储命令，将所述航拍数据及飞行姿态信息存储至所述存储模块80，并在所述存储空间不足时发出提醒信息给显示终端110。
[0076]电源模块50包括电池51和电源管理模块52，电源管理模块52采集当前电量信息，并通过应用处理单元61发送到显示终端110。操作者可通过显示终端110的提示更换电池51，以保证无人机的正常飞行。
[0077]该系统还包括无线网络传输模块90，无线网络传输模块90用于根据所述控制命令传输飞行姿态信息及航拍数据，与应用处理单元61之间通过SD1协议进行数据传输，根据存储命令传输提醒信息。完成显示终端110与应用处理单元61之间的数据传输。
[0078]所述航拍模块30包括图像传感器31和摄像头32，图像传感器31用于采集图像信息，与应用处理单元61之间通过MIPI协议进行数据传输;摄像头32用于采集视频信息，与应用处理单元61之间通过USB协议进行数据传输。
[0079]所述GPS模块10采集无人机的实时经度和实时玮度;所述飞行姿态模块20包括陀螺仪21、磁力计22、气压计23;陀螺仪21采集无人机移动轨迹和加速度，与飞控处理单元62之间通过SPI协议进行数据传输;磁力计22采集地磁磁场强度和方向，与飞控处理单元62之间通过IIC协议进行数据传输;气压计23采集无人机所在位置高度的空气绝对压强，通过对于绝对压强进行计算，能够获得无人机的飞行高度;气压计23与飞控处理单元62之间通过IIC协议进行数据传输。
[0080]处理器60可采用手机芯片LC1813，LC1813是一款异构处理器，其AP(Applicat1nProcessor应用处理器)侧是4个ARM A7内核，可以跑安卓系统，实现无线图传等复杂功能。其CP(请发明人补充英文全称)侧是单个ARM926核，可以跑实时性操作系统，如threadx。内部通信通过内部桥接方式，简单，快速，安全的完成通信。
[0081]上述的处理器60采用上述异构处理器的手机芯片后，多核多系统技术，飞控系统是独立核并辅以实时操作系统，保证飞控系统各元素(如陀螺仪采集，算法，电机控制等)的实时性，应用系统是多核并辅以分时系统，如安卓系统，完成其他复杂功能，如网络，视屏处理等。同时，各操作系统之间的数据交互以内部通信管道形式，这样，通信简单，安全，实时。这样，飞控处理功能，视屏处理功能，云台处理功能，还可扩展3G远程通信功能集成于一体。
[0082]此外，开可以设置LED指示灯130及调试信息口 140，在进行信息数据调试时，LED指示灯130及调试信息口 140均通过GP1协议与飞控处理单元62之间进行数据传输，调试设备连接在调试信息口 140上，调试数据正常与否可通过LED指示灯130进行显示，例如显示绿灯，为正常，显示红灯，为异常。本系统在保证飞控系统数据交互的同时，还极易扩展更多，更复杂的功能，例如可以通过扩展内部处理单元，通过原有的数据接口连接更为复杂高级的采集器件，从而完成更复杂的功能，例如通过连接双目摄像头采集图像数据，通过扩展的内部处理单元按照设定的算法对图像数据进行处理，以同步性更高的图像;还可以扩展不同的数据接口，以连接扩展的采集器件，从而扩展更为复杂的功能。
[0083]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种无人机飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，接收控制命令，采集无人机的位置信息、飞行姿态参数，由所述位置信息及飞行姿态参数获得飞行姿态信息；采集航拍数据并处理，并根据所述控制命令将无人机的飞行姿态信息以及处理后的航拍数据输出； 步骤2，根据无人机的飞行姿态信息及航拍数据发出遥感命令； 步骤3，接收并解析该遥感命令;根据解析后的遥感命令、所述无人机的飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令，以控制无人机的飞行方向及飞行速度。2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述步骤I具体包括: 步骤11，接收控制命令，采集无人机的位置信息后连同控制命令一并输出； 步骤12，采集无人机的飞行姿态参数，由所述位置信息及飞行姿态参数获得飞行姿态信息，根据所述控制命令将上述飞行姿态信息输出； 步骤13，采集航拍数据并处理，并根据所述控制命令将无人机的飞行姿态信息以及处理后的航拍数据输出。3.根据权利要求2所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，输出的飞行姿态信息以及航拍数据通过无线通信网络传输。4.根据权利要求1所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述航拍数据包括图像数据和视频数据。5.根据权利要求4所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述无人机飞行姿态信息包括无人机当前飞行方向、速度、位置坐标； 由无人机的实时经度、实时玮度、移动轨迹、加速度、地磁磁场强度、方向、无人机所在位置高度的空气绝对压强获得所述无人机当前飞行方向、飞行速度、位置坐标。6.一种无人机飞行控制系统，其特征在于，包括: GPS模块，采集无人机的位置信息； 飞行姿态模块，获取无人机的飞行参数； 航拍模块，获取航拍数据； 遥控模块，接收并解析遥感命令； 电源模块，用于向处理器供电； 所述处理器，由控制命令、无人机的位置信息、飞行参数获得飞行姿态信息；根据控制命令将飞行姿态信息及采集并处理的航拍数据输出；由解析后遥感命令及飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令； 驱动模块，根据所述飞控指令，控制无人机的飞行方向及飞行速度。7.根据权利要求6所述的无人机飞行控制系统，其特征在于: 所述处理器，具有应用处理单元和飞控处理单元;其中: 所述应用处理单元接收控制命令、接收并处理航拍数据，并根据所述控制命令将无人机的位置信息发送给飞控处理单元，再将处理后的航拍数据及飞控处理单元输出的飞行姿态信息输出；以及输出解析后的遥感命令； 所述飞控处理单元根据所述控制命令接收所述飞行参数，结合无人机的位置信息获得无人机的飞行姿态信息并输出；以及根据解析后的遥感命令、所述飞行姿态信息形成用于控制无人机各驱动器运行的飞控指令。8.根据权利要求7所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，该系统还包括: 无线网络传输模块，用于根据所述控制命令传输飞行姿态信息及航拍数据。9.根据权利要求6所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述航拍模块包括: 图像传感器，用于采集图像信息； 摄像头，用于采集视频信息。10.根据权利要求6所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述GPS模块采集无人机的实时经度和实时玮度;所述飞行姿态模块包括: 陀螺仪，采集无人机移动轨迹和加速度； 磁力计，采集无人机磁场强度和方向； 气压计，采集无人机所在位置高度的空气绝对压强。
【文档编号】G05D1/10GK105929839SQ201610345061
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】徐小明
【申请人】深圳市金鹰悦飞科技有限公司