飞行器传感器校准系统和方法与流程

本公开总体上涉及用于飞行器传感器校准(诸如陀螺仪和加速度计)的系统和方法。

背景技术：

诸如无人机的飞行器可以在车辆中运输。无人机可以从车载平台快速部署以供使用。这些无人机可能依赖于其机载陀螺仪和加速度计传感器来稳定飞行。无人机部件可能变得不稳定并且需要在使用之前重新校准，尤其是在相对于车辆可能发生的震颤事件之后。震颤事件的示例可以包括但不限于冲撞、碰撞、猛烈撞击等。在一些情况下，如果无人机搭载在车辆上/中并且车辆经过坑洼、路沿、减速带等，则这些震颤事件中的一者或多者可能会使无人机的传感器不稳定。在此类情况下，操作无人机对于旁观者和/或无人机操作员可能是成问题的。此外，在没有校准的情况下，无人机可能会炸机。

技术实现要素：

本公开描述了用于使用基于车辆的平台集成来校准无人机的一个或多个部件的系统和方法。无人机可以包括自主无人机或由飞手操作的无人机。无人机的部件(诸如陀螺仪和/或加速度计)可以在基于车辆的控制器(在一些情况下可以位于无人机中)检测到震颤事件之后自动触发以重新校准。在其他情况下，如果系统和方法确定车辆在不平坦的表面上操作，则可以在一定数量的飞行循环之后或者甚至在每个飞行循环之前重新校准无人机部件。

通常，所述系统和方法可以确定无人机和/或车辆当前是否位于水平表面上。当确定无人机在水平表面上时，控制器可以执行部件的校准过程/例程。在确定无人机当前没有定位在水平表面上的情况下，可以将无人机重新定位在水平配置中。自主无人机可以基于计算的偏移进行自调整以将其自身定位在水平表面上。在一些情况下，可以确定无人机相对于车辆是否水平。还可以确定车辆本身是否相对于从属表面(诸如地面)水平。在一些情况下，可以将车辆重新定位到水平表面。当车辆不能重新定位到水平表面时，可以计算偏移并将其作为输入应用到校准例程。

相机可以用于确定无人机当前是否位于水平表面上。另外，车辆和/或无人机加速度计和陀螺仪测量值可以用于确定如上所述的相对取向或偏移。

有利地，本文公开的系统和方法允许无人机的陀螺仪和加速度计传感器基于各种车辆和/或无人机水平状况而自动校准。这种重新校准确保在无人机的寿命期间准确且稳定的无人机飞行，而无需持续的人工干预。该校准可以自动地执行辅助用作一系列应用(例如，最后一英里递送)的起飞/递送平台的自主车辆。

附图说明

参考附图阐述具体实施方式。使用相同的附图标记可以指示类似或相同的项。各种实施例可以利用除了在附图中示出的元件和/或部件之外的元件和/或部件，并且一些元件和/或部件可能不存在于各种实施例中。附图中的元件和/或部件不一定按比例绘制。在整个本公开中，根据上下文，可以可互换地使用单数和复数术语。

图1描绘了可以实施用于提供本文所公开的系统和方法的技术和结构的说明性架构。

图2示出了车辆角度指示器的显示。

图3是本公开的示例性方法的流程图。

图4是本公开的另一个示例性方法的流程图。

具体实施方式

现在转到附图，图1示出了可实施本公开的技术和结构的说明性架构100。车辆102可以被配置为运输无人机104。车辆102和无人机104可以通过网络106彼此通信地联接。该网络106可以包括短程或远程无线通信中的任何一种或组合，诸如蓝牙、低功耗蓝牙、近场通信、可见光通信、wi-fi，蜂窝、专用短程通信(dsrc)、射频(rf)、zigbee、z-wave等或任何合适的车辆对无人机通信协议。

车辆102可以包括飞行器(av)平台108、校准控制器110、远程信息处理控制单元112、人机接口114和一个或多个相机116。av平台108可以包括用于无人机着陆和/或起飞的特别专用的表面或舱室。在一些情况下，av平台108可以具有可缩回的盖，所述可缩回的盖封闭容纳无人机104的舱室。替代地，av平台108可以包括车辆102的另一个平坦表面，诸如卡车的货厢或车辆102的车顶。

校准控制器110可以包括处理器118和存储器120。存储器120存储指令，所述指令由处理器118执行以执行震颤事件检测、无人机和/或车辆取向分析和/或无人机重新校准的各方面，如全文所公开的。当提及由校准控制器110执行的操作时，应当理解，这包括由处理器118执行指令。校准控制器110可以使用通信接口122通信地联接到网络106。

无人机104可以包括无人机控制器124、陀螺仪126和加速度计128。无人机制器124可以包括处理器130和存储器132。存储器132存储指令，所述指令由处理器130执行以执行无人机校准和无人机操作的各方面，如全文所公开的。当提及由无人机控制器124执行的操作时，应当理解，这包括由处理器130执行指令。无人机控制器124可以使用通信接口134通信地联接到网络106。

如上所述，校准控制器110可以确定是否已经发生震颤事件。震颤事件的确定可以基于任何预定阈值。例如，超过g力阈值1.3以上的变化的阈值可以用作预定阈值。可以使用任何期望的g力阈值。取向或加速度的突然变化也可能指示震颤事件。例如，车辆角度在几分之一秒内发生变化，随后对角度进行重新校正，这可能表明车辆遇到了大的颠簸。

无论所使用的方法如何，当确定震颤事件时，校准控制器110然后继续确定车辆和/或无人机是否处于水平配置中。也就是说，校准控制器110可以相对于车辆102的取向确定无人机104的取向。应当理解，如所设计的，av平台108和车辆102被制造成彼此基本上对准。也就是说，av平台108的参考平面p1基本上与车辆102的参考平面p2平行。无人机104可以基本上垂直于av平台108的参考平面p1起飞和着陆，从而允许无人机104相对于av平台108以水平配置操作。

因此，当无人机104正确地定位在av平台108上时，假设无人机104相对于车辆102是水平的。在一个用例中，校准控制器110可以利用来自一个或多个相机116的图像来确定无人机104是否正确地定位在av平台108中/上。例如，由于先前的着陆程序期间的震颤事件或失准，校准控制器110可以确定无人机104以一定角度停靠在av平台108内。替代地，无人机104可能停靠在av平台108内的外物上，从而使无人机104相对于av平台108以一定角度设定。在又一示例中，如果av平台108包括用于无人机104的固定/对准机构，则校准控制器110可以确定固定机构何时已经与无人机104接合。可以假设，如果已经接合固定/对准机构，则无人机104被定位在与av平台108相关的水平配置中。

可以使用在一段时间内(诸如在车辆102处于运动中时)从车辆102和无人机104两者获得的相对加速度测量值来确定车辆102与无人机104之间的潜在失准。也就是说，当无人机104相对于av平台108的参考平面p1基本上不正交地取向时，可以使用相对加速度测量来识别这种差异。例如，驻在车辆后部的无人机可能已经从其起飞平台倾覆，并且在没有人工干预的情况下可能无法起飞。由于在车辆静止时的重力加速度而引起的相应加速度场可以揭示无人机与车辆之间的相应失准。车辆的传感器，例如卡车货厢相机，可以用于确认该状态是正确的或者无人机加速度计是否有缺陷。

加速度数据可以由校准控制器110从远程信息处理控制单元112或可以确定加速度数据的任何其他车辆部件(诸如一个或多个加速度计113)获得。可以从可以联接到远程信息处理控制单元112的陀螺仪115获得取向信息。当校准控制器110确定无人机104在水平表面上(例如，正确地定位在av平台108上)时，校准控制器110可以向无人机控制器124传输信号以开始校准例程。如果校准控制器110确定无人机104没有在水平表面上，则校准控制器110可以放弃向无人机控制器124传输信号以开始校准例程。

在校准期间，校准控制器110可以评估车辆102是否相对于从属表面s是水平的。如图2所示，提供在人机接口114上的显示器136可以在指示器138中指示车辆102是否从前到后倾斜或者在指示器140中指示是否从左到右倾斜。这些数据可以由校准控制器110传输到无人机控制器124以用于输入到校准例程中。

返回参考图1，校准控制器110还可以将加速度数据传输到无人机控制器124以用于输入到校准例程中。同样，这些数据可以从车辆102的远程信息处理控制单元112获得，或者直接从加速度计115获得。校准控制器110可以应用平滑函数以使原始加速度数据平滑并提高校准例程的准确性。平滑函数的示例包括但不限于卡尔曼滤波器、粒子滤波器、傅里叶变换、频率分析等)。

校准控制器110还可以被配置成当校准控制器110确定车辆102在不平坦的表面上时，确定允许车辆的驾驶员(或自主驾驶员逻辑)将车辆102驾驶到水平位置的导航指令。这允许在校准控制器110向无人机控制器124传输信号以执行校准例程之前将车辆102调平。可以通过人机接口114呈现导航指令。例如，人机接口114可以向驾驶员显示消息以将车辆重新定位到更平坦的区域。可以基于车辆传感器(例如，相机、激光雷达等)、计算方法(例如，运动恢复结构、slam等)以及从车辆的加速度计数据生成的全局坐标系来确定水平地面的检测，以将生成的地图取向到地球加速度参考系。在另一个示例中，校准控制器110可以使用先验知识资源(诸如地形图、卫星图像和地理位置图)来识别道路或地面可能平坦的区域。在其他情况下，校准控制器110可以考虑树木覆盖物等来优化起飞位置以允许使碰撞风险最小化的最佳飞行路径。

如果无法实现无人机104相对于av平台108的调平，和/或无法实现车辆102的调平，则校准控制器110可以计算指示该调平差异的偏移。例如，如果车辆102停放在下坡上，则由此产生的角度将等于调平差异/偏移。该调平差异/偏移可以作为校准例程的另一个输入传输到无人机控制器124。因此，当校准陀螺仪126和/或加速度计128时，无人机控制器124可以考虑由车辆角度引起的调平差异/偏移。例如，如果车辆前后倾斜五度，则该五度偏移被传送到无人机控制器124并在校准例程期间应用作为输入来调整校准。

图3是本公开的示例性方法的流程图。所述方法包括确定震颤事件的步骤302。同样，可以使用任何期望的标准来确定震颤事件，诸如在车辆102的任何方向上的加速度的突然变化。这可以相对于车辆所经历的g力(重力)来计算。这些数据可以从车辆的加速度计获得。

接下来，所述方法可以包括建立车辆对无人机通信的步骤304。例如，车辆和无人机可以执行允许车辆控制器和无人机控制器彼此通信的握手例程或其他授权/认证过程。如上所述，并非在所有情况下都实施对震颤事件的检测。校准可以根据需要由车辆的校准控制器触发，或者在车辆不能放置在相对于地面/从属表面的水平位置时触发。

所述方法可以包括确定车辆是否在水平地面上的步骤306。如上所述，这可以使用车载车辆传感器来实现，所述车载传感器可以确定车辆是在前后平面中还是在左右平面中俯仰，或者是在这两个平面的组合中。如果车辆是水平的，则所述方法可以包括向无人机传输信号以执行校准例程的步骤308。在接收到该信号之后，无人机控制器可以执行校准例程以校准无人机的陀螺仪和/或加速度计。

如果车辆不水平，则所述方法可以包括将车辆导航到水平表面的步骤310。该步骤可以替代地包括向车辆的驾驶员传输消息以重新定位车辆以找到水平地面。当车辆的校准控制器确定车辆与地面或道路不水平时，可以提示用户找到水平表面。同样，这可以基于车载车辆传感器，诸如加速度计、陀螺仪和/或其他部件。如果找到水平表面，则所述方法可以前进到向无人机传输信号以执行校准例程的步骤308。

当无法实现车辆的调平时，所述方法可以包括确定指示车辆的任何调平差异的偏移的步骤312。如上所述，这可以包括车辆在前后平面或左右平面中相对于地面的角度。所述偏移由车辆的校准控制器传输到无人机控制器。在步骤308中，无人机控制器使用所述偏移作为校准例程的输入。如上所述，其他数据也可以用作校准例程的输入，诸如实时车辆加速度。

图4是本公开的另一种方法。所述方法包括确定无人机何时与车辆的飞行器平台水平的步骤402。如果无人机与车辆的飞行器平台不水平，则所述方法可以包括向无人机传输信号以进行重新定位的步骤404。无人机可以起飞和着陆并尝试将其自身定位成对于飞行器平台水平。在一些情况下，所述方法可以在步骤402处终止，直到无人机与飞行器平台水平为止。这可以包括用户在需要时对无人机进行人工干预来调平无人机。如上所述，可以使用由相机捕获的无人机的图像，或者通过检测无人机在飞行器平台内的对准或固定，或者通过本文公开的任何其他方法来确定无人机是否是水平的。

一旦确定无人机与飞行器平台水平，所述方法就可以包括确定车辆何时与地面水平的步骤404。如果车辆是水平的，则所述方法可以包括向无人机控制器传输信号以执行校准例程的步骤406。如果车辆与地面不水平，则所述方法可以包括指示车辆应移动到平坦表面的步骤408。如果车辆无法调平，则所述方法可以包括确定指示车辆的任何调平差异的偏移的步骤。所述方法可以包括将偏移传输到无人机控制器的步骤410。无人机控制器可以将偏移量输入校准例程，并重新校准无人机的陀螺仪和加速度计。

在以上公开中，已经参考了形成以上公开的一部分的附图，附图示出了其中可以实践本公开的具体实现方式。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实现方式，并且可以作出结构上的改变。说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用指示所描述的实施例可包括特定特征、结构或特性，但是每一个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确地描述，本领域技术人员都将认识到结合其他实施例的这种特征、结构或特性。

本文公开的系统、设备、装置和方法的实现方式可包括或利用专用或通用计算机，所述专用或通用计算机包括计算机硬件，诸如例如一个或多个处理器和系统存储器，如本文所讨论的。在本公开的范围内的实现方式还可包括用于携载或存储计算机可执行指令和/或数据结构的物理和其他计算机可读介质。这种计算机可读介质可以是可以由通用或专用计算机系统访问的任何可用介质。存储计算机可执行指令的计算机可读介质是计算机存储介质(装置)。携载计算机可执行指令的计算机可读介质是传输介质。因此，作为示例而非限制，本公开的实现方式可包括至少两种截然不同的计算机可读介质：计算机存储介质(装置)和传输介质。

计算机存储介质(装置)包括ram、rom、eeprom、cd-rom、固态驱动器(ssd)(例如，基于ram)、快闪存储器、相变存储器(pcm)、其他类型的存储器、其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储装置或可用于存储呈计算机可执行指令或数据结构形式的期望程序代码工具并且可由通用或专用计算机访问的任何其他介质。

本文所公开的装置、系统和方法的实现方式可通过计算机网络进行通信。“网络”被限定为使得能够在计算机系统和/或模块和/或其他电子装置之间传输电子数据的一个或多个数据链路。当通过网络或另一种通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的任何组合)向计算机传递或提供信息时，所述计算机适当地将连接视为传输介质。传输介质可包括网络和/或数据链路，所述网络和/或数据链路可用于携载呈计算机可执行指令或数据结构的形式的期望的程序代码工具并且可由通用或专用计算机访问。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

计算机可执行指令包括例如在处理器处执行时致使通用计算机、专用计算机或专用处理装置执行特定功能或一组功能的指令和数据。计算机可执行指令可为例如二进制文件、中间格式指令(诸如汇编语言)，或者甚至是源代码。尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题不一定限于上述特征或动作。而是，所描述的特征和动作被公开作为实施权利要求的示例性形式。

本领域技术人员将了解，本公开可在具有许多类型的计算机系统配置的网络计算环境中实践，所述计算机系统配置包括内置式车辆计算机、个人计算机、台式计算机、膝上型计算机、消息处理器、手持式装置、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、网络pc、小型计算机、大型计算机、移动电话、pda、平板电脑、寻呼机、路由器、交换机、各种存储装置等。本公开还可在分布式系统环境中实践，其中通过网络链接(通过硬连线数据链路、无线数据链路或通过硬连线数据链路与无线数据链路的任何组合)的本地和远程计算机系统两者都执行任务。在分布式系统环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储装置两者中。

此外，在适当的情况下，本文中描述的功能可在以下中的一者或多者中执行：硬件、软件、固件、数字部件或模拟部件。例如，一个或多个专用集成电路(asic)可被编程为执行本文所描述的系统和程序中的一者或多者。某些术语在整个说明书和权利要求中用于指代特定系统部件。如本领域技术人员将理解，部件可以通过不同的名称来指代。本文档不意图区分名称不同但功能相同的部件。

应注意，上述传感器实施例可包括计算机硬件、软件、固件或其任意组合，以执行它们的至少一部分功能。例如，传感器可以包括被配置为在一个或多个处理器中执行的计算机代码，并且可以包括由计算机代码控制的硬件逻辑/电路。这些示例性装置在本文出于说明目的而提供，而非旨在进行限制。如相关领域的技术人员将知道，本公开的实施例可以在另外的类型的装置中实施。

本公开的至少一些实施例已经涉及计算机程序产品，其包括存储在任何计算机可用介质上的这种逻辑(例如，以软件的形式)。这种软件当在一个或多个数据处理装置中被执行时致使装置如本文所描述那样进行操作。

尽管上文已经描述了本公开的各种实施例，但是应当理解，它们仅通过示例而非限制的方式呈现。相关领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出在形式和细节上的各种改变。因此，本公开的广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一者限制，而是应仅根据所附权利要求及其等效物来限定。已经出于说明和描述目的呈现了前述描述。前述描述并不意图是详尽的或将本公开限制于所公开的精确形式。根据以上教导，许多修改和变化是可能的。此外，应注意，前述替代实现方式中的任一者或全部可以按任何所期望的组合使用，以形成本公开的附加混合实现方式。例如，相对于特定装置或部件描述的功能中的任一者可以由另一个装置或部件执行。此外，虽然已经描述了特定装置特性，但是本公开的实施例可以涉及许多其他装置特性。另外，尽管已用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了实施例，但是应当理解，本公开不一定受限于所描述的特定特征或动作。而是，将特定特征和动作公开为实施实施例的说明性形式。除非另外特别说明，或者在所使用的上下文中另外理解，否则尤其诸如“能够”、“可以”、“可能”或“可”的条件语言通常意图传达，虽然其他实施例可能不包括，但是某些实施例可以包括某些特征、元件和/或步骤。因此，此类条件语言通常并不意图暗示一个或多个实施例无论如何都需要所述特征、元件和/或步骤。

根据本发明，提供了一种系统，所述系统具有：处理器；和存储器，所述存储器存储指令，所述处理器执行所述指令以：确定震颤事件；确定无人机何时相对于车辆的飞行器平台水平，所述车辆包括校准控制器；确定所述车辆何时相对于从属表面水平；以及由所述校准控制器向无人机控制器传输信号以校准所述无人机的陀螺仪或加速度计。

根据一个实施例，所述处理器被配置为确定对应于所述车辆相对于所述从属表面的角度的偏移；以及将偏移传输到所述无人机控制器以用于输入到用于校准所述无人机的所述陀螺仪或所述加速度计的校准例程中。

根据一个实施例，所述处理器被配置为由所述校准控制器向所述无人机控制器传输信号以进行重新定位；以及在所述无人机被重新定位之后确定所述无人机相对于所述飞行器平台是水平的。

根据一个实施例，所述处理器被配置为：确定车辆加速度数据；并且将所述车辆加速度数据传输到所述无人机控制器以用于输入到用于校准所述无人机的所述陀螺仪或所述加速度计的校准例程中。

根据一个实施例，所述处理器被配置为应用平滑函数以使所述加速度数据平滑并改善所述无人机的所述陀螺仪或所述加速度计的校准。