本发明涉及无人机技术，尤其涉及的是一种无人机飞行三维模拟显示方法。
背景技术：
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机通常会处于复杂未知的飞行环境，因而在飞行过程中可能需要不断的变换姿态或改变航向，监控端需要对无人机的飞行状况，尤其是在姿态和航向做到实时监控，另外由于云台相机是用来对复杂的飞行环境进行探测的，因而云台的姿态也需要得到实时监控。
而目前更多的是对无人机飞行环境的仿真监控，对无人机和云台的监控做的不够到位，一般来说，是将无人机或云台在飞行过程中的姿态分开进行显示，而且一般使用几张二维图片或图像数据来表示飞机的姿态和航向，监控者无法很直接判断无人机整体的姿态航向及云台的姿态。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种无人机飞行三维模拟显示方法，可以直观实时地显示无人机机体及云台的真实姿态及航向，便于监控。
为解决上述问题，本发明提出一种无人机飞行三维模拟显示方法，所述无人机的机体上设置有第一陀螺仪、第一加速度计和地磁传感器，无人机上搭载有云台，所述云台上设有跟随相机镜头而动的第二陀螺仪和第二加速度计，该显示方法包括以下步骤：
s1：获取所述第一陀螺仪的角加速度数据和第一加速度计的加速度数据，进行数据解算得到机体姿态数据；获取所述第二陀螺仪的角加速度数据和第二加速度计的加速度数据，进行数据解算得到云台姿态数据；
s2：获取所述地磁传感器的地磁数据，根据所述地磁数据调整所述机体的飞行航向，根据所述地磁数据对机体姿态数据的调整差量来调整所述云台姿态数据的偏航角；
s3：建立无人机三维模型，并在所述无人机三维模型上配置云台模型，确定所述无人机三维模型的机体圆心，并以此机体圆心建立机体三轴坐标系，根据所述机体圆心及云台与机体的关系确定所述云台的云台圆心，并以此云台圆心建立云台三轴坐标系；
s4：将调整后的所述机体姿态数据匹配至所述机体三轴坐标系，以控制所述无人机三维模型的机体姿态和航向，同时将调整后的所述云台姿态数据匹配至所述云台三轴坐标系，以控制所述云台模型在无人机三维模型中的云台姿态。
根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中，将所述第一陀螺仪的角加速度数据和第一加速度计的加速度数据根据四元数算法进行解算，得到机体的俯仰角、偏航角和翻滚角，作为所述机体姿态数据；将所述第二陀螺仪的角加速度数据和第二加速度计的加速度数据根据四元数算法进行解算，得到云台的俯仰角、或俯仰角和偏航角，作为所述云台姿态数据。
根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中，获取短时间间隔的两次所述地磁数据，根据两次所述地磁数据确定飞行方向角度，用所述飞行方向角度替换所述机体姿态数据的偏航角，以调整飞行航向；计算所述飞行方向角度与机体姿态数据的偏航角的差量，用所述差量调整所述云台姿态数据的偏航角。
根据本发明的一个实施例，所述步骤s3中，根据一真实无人机建立无人机三维模型，在用于其他真实无人机时，根据所述其他真实无人机的尺寸等比例缩放所述无人机三维模型，并根据云台在真实无人机内的安装位置在所述无人机三维模型上配置或调整云台模型。
根据本发明的一个实施例，以所述无人机三维模型的重心位置为机体圆心，建立机体三轴坐标系。
根据本发明的一个实施例，用于地面站或者遥控器端的显示。
根据本发明的一个实施例，所述机体上设置有数据采集模块、和无线传输模块，所述数据采集模块用于采集所述第一陀螺仪、第一加速度计、地磁传感器、第二陀螺仪和第二加速度计所测得的数据，并通过所述无线传输模块上传至所述地面站或者遥控器端。
根据本发明的一个实施例，所述机体上还设置有环境变量检测传感器，用于检测飞行过程中的环境变量，以上传至所述地面站或者遥控器端进行分析。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
通过对机体和云台组合进行三维建模，将检测到的姿态数据和航向数据匹配至无人机三维模型和云台模型中，以真实无人机的实时姿态和航向数据控制无人机三维模型和云台模型的姿态和航向变换，同时通过地磁数据对航向进行调整，实现更为精准的航向控制；可以实时调整模型的姿态和航向，还可通过三维模型的转动显示效果切换角度来示出模型，可以更直观且同时地显示无人机及云台的真实姿态及航向。
附图说明
图1为本发明一实施例的无人机飞行三维模拟显示方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参看图1，在一个实施例中，无人机飞行三维模拟显示方法中，无人机的机体上设置有第一陀螺仪、第一加速度计和地磁传感器，无人机上搭载有云台，云台上设有跟随相机镜头而动的第二陀螺仪和第二加速度计。但不限制于此，在无人机的机体内或云台上还可以设置其他的传感器。
该显示方法包括以下步骤：
s1：获取所述第一陀螺仪的角加速度数据和第一加速度计的加速度数据，进行数据解算得到机体姿态数据；获取所述第二陀螺仪的角加速度数据和第二加速度计的加速度数据，进行数据解算得到云台姿态数据；
s2：获取所述地磁传感器的地磁数据，根据所述地磁数据调整所述机体的飞行航向，根据所述地磁数据对机体姿态数据的调整差量来调整所述云台姿态数据的偏航角；
s3：建立无人机三维模型，并在所述无人机三维模型上配置云台模型，确定所述无人机三维模型的机体圆心，并以此机体圆心建立机体三轴坐标系，根据所述机体圆心及云台与机体的关系确定所述云台的云台圆心，并以此云台圆心建立云台三轴坐标系；
s4：将调整后的所述机体姿态数据匹配至所述机体三轴坐标系，以控制所述无人机三维模型的机体姿态和航向，同时将调整后的所述云台姿态数据匹配至所述云台三轴坐标系，以控制所述云台模型在无人机三维模型中的云台姿态。
在无人机机体上的第一陀螺仪可以实时测得机体飞行中的角加速度，而加速度计则可以测出机体飞行中的加速度，优选的，第一陀螺仪和加速度计都是三轴的。
云台虽然搭载在无人机机体上，但是由于拍摄视野的需要，云台相机一般会发生转动，在相机镜头上设置第二陀螺仪和第二加速度计，分别测得相机镜头在飞行过程中的角加速度和加速度。
由于陀螺仪和加速度计在工作中可能出现误差未被校正，容易导致测量的航向与实际出现偏差，因而需要这些传感器测到的数据进行调整，通过地磁传感器测得的数据可以实现调整，地磁传感器是通过感应地磁得到的数据，因而在位置感应方面更准确。
在一个实施例中，无人机飞行三维模拟显示方法用于地面站或者遥控器端的显示，从而实现无人机姿态、航向及云台姿态的监控，可以理解，当然也可以用于其他设备或其他方面的显示。
在步骤s1中，地面站或者遥控器端获取第一陀螺仪的角加速度数据和第一加速度计的加速度数据，进行数据解算得到机体姿态数据；还获取第二陀螺仪的角加速度数据和第二加速度计的加速度数据，进行数据解算得到云台姿态数据。
在一个实施例中，机体上设置有数据采集模块、和无线传输模块，数据采集模块内置在机体中，并连接第一陀螺仪、第一加速度计、地磁传感器、第二陀螺仪和第二加速度计，至少采集这些传感器所测得的数据，并通过无线传输模块上传至地面站或者遥控器端。地面站或者遥控器端相应设有收发数据的无线传输模块。无线传输模块例如可以是wift模块、zigbee模块、gprs模块或者蓝牙模块等，具体不作为限制。在飞行过程中，无线传输模块实时地将数据采集模块采集的数据传输给地面站或者遥控器端，以供地面站或者遥控器端实时地进行监控查看，及时地调整姿态和航向。
在一个实施例中，步骤s1中，地面站或者遥控器端将第一陀螺仪的角加速度数据和第一加速度计的加速度数据根据四元数算法进行解算，得到机体的俯仰角、偏航角和翻滚角，作为机体姿态数据；还将第二陀螺仪的角加速度数据和第二加速度计的加速度数据根据四元数算法进行解算，得到云台的俯仰角、或俯仰角和偏航角，作为云台姿态数据。
在三轴垂直坐标系中，俯仰角是围绕x轴旋转而形成的角度，偏航角是围绕y轴旋转而形成的角度，翻滚角是围绕z轴旋转而形成的角度。
在步骤s2中，地面站或者遥控器端获取地磁传感器的地磁数据，根据地磁数据调整的飞行航向，根据地磁数据对机体姿态数据的调整差量来调整云台姿态数据的偏航角。
具体的，在一个实施例中，步骤s2中，获取短时间间隔的两次所述地磁数据，根据两次所述地磁数据确定飞行方向角度，用行方向角度替换所述机体姿态数据的偏航角，以调整飞行航向；计算所述飞行方向角度与机体姿态数据的偏航角的差量，用所述差量调整所述云台姿态数据的偏航角。由于云台是设置在机体上的，因而机体偏航角偏差事实上等于云台偏航角也有偏差了，但地磁传感器设置在机体上，且由于云台自转的原因，无法用地磁数据的方向角度直接替换云台的偏航角，采用差量进行调整可以克服该问题。而采用同一个地磁传感器获得的地磁数据以不同的方式调整机体的偏航角和云台的偏航角，大大减小器件成本。
在步骤s3中，地面站或者遥控器端建立无人机三维模型，并在无人机三维模型上配置云台模型，无人机三维模型并非一定要还原真实无人机的模样，只要具有无人机的构造，并能明显地显示出无人机的飞行姿态及航向即可。在确定无人机三维模型后，确定无人机三维模型的机体圆心，由于圆心的确定对于无人机的姿态和航向来说至关重要，圆心的不同会导致在相同的数据情况下无人机的姿态和航向均不同，以此机体圆心建立机体三轴坐标系，根据机体圆心及云台与机体的关系确定云台的云台圆心，以此云台圆心建立云台三轴坐标系。
机体三轴坐标系中，从机头至机尾方向的为z轴，绕此z轴旋转的角度为翻滚角，从机体顶部至底部方向的为y轴，绕此y轴旋转的角度为偏航角，从一侧机臂至另一侧机臂方向的为x轴，绕此x轴旋转的角度为俯仰角。云台三轴坐标系与机体三轴坐标系除圆心位置不同外其他可以相同。
在一个实施例中，步骤s3中，根据一真实无人机建立无人机三维模型，但是无人机的类型有多种，各有各的不同的，尺寸大小也各异，该初始建立的无人机三维模型在用于其他真实无人机时，根据其他真实无人机的尺寸等比例缩放无人机三维模型，当然在显示过程中，可以以适当比例缩小来看。由于无人机上云台的安装位置也会因情况而已，因而该初始建立的无人机三维模型在用于其他真实无人机时，还根据云台在真实无人机内的安装位置在无人机三维模型上配置或调整云台模型。
在一个实施例中，以无人机三维模型的重心位置为机体圆心，建立机体三轴坐标系。第一陀螺仪、第一加速度计、地磁传感器、第二陀螺仪和第二加速度计较佳的也是设置在真实无人机的重心位置处。
在步骤s4中，在机体三轴坐标系和圆心确定后，将调整后的机体姿态数据匹配至机体三轴坐标系，匹配的方式是将这些机体姿态数据的原始圆心与机体三轴坐标系的圆心匹配，而后数据对应到机体三轴坐标系中，控制无人机三维模型的机体姿态和航向符合机体姿态数据在该机体三轴坐标系中的角度，同时将调整后的云台姿态数据匹配至云台三轴坐标系，以控制云台模型在无人机三维模型中的云台姿态。
在一个实施例中，机体上还设置有环境变量检测传感器，用于检测飞行过程中的环境变量，以上传至所述地面站或者遥控器端进行分析。环境变量检测传感器例如可以是温度传感器、气压传感器、湿度传感器等，检测得到的温度数据、气压数据和湿度数据可以用于地面站或者遥控器端对于环境天气的分析，以判断是否继续控制无人机飞行操作。
本发明通过对机体和云台组合进行三维建模，将检测到的姿态数据和航向数据匹配至无人机三维模型和云台模型中，以真实无人机的实时姿态和航向数据控制无人机三维模型和云台模型的姿态和航向变换，同时通过地磁数据对航向进行调整，实现更为精准的航向控制；可以实时调整模型的姿态和航向，还可通过三维模型的转动显示效果切换角度来示出模型，可以更直观且同时地显示无人机及云台的真实姿态及航向。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。