模型飞机及其飞行控制方法和系统与流程

本发明涉及一种模型飞机及其飞行控制方法和系统。

背景技术：

随着科技的发展，模型飞机如今已经得到了越来越广泛的应用。模型飞机的运动方式较为复杂，因而对于模型飞机的控制对于操控者来说也较难掌握，尤其是在模型飞机降落时，操控者很可能出现误操作或者难以掌控降落的位置和速度的情况，并且这种情况一旦出现就可能造成模型飞机的损坏甚至坠机等严重后果。同时，模型飞机在降落时出现的损坏会大大增加用户的成本，非常不利于模型飞机在大众中的普及和应用的推广。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的模型飞机在降落过程中容易因操作不当而造成损坏，不利于模型飞机应用的普及推广的缺陷，提出一种模型飞机及其飞行控制方法和系统。

本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种模型飞机的飞行控制方法，其特点是，包括：

S₁、设定模型飞机的降落点；

S₂、计算模型飞机的降落跑道，该降落跑道由水平跑道和倾斜跑道交替连接而成，以一跑道原点为起点，以该降落点为终点，该跑道原点到该降落点的水平距离依该模型飞机的类型而定，水平跑道的下降率系数为零，倾斜跑道的下降率系数随着倾斜跑道的水平长度的变化而变化；

S₃、获取模型飞机的当前位置，计算模型飞机的返航路线，该返航路线以模型飞机的当前位置为起点，以该跑道原点为终点；

S₄、将该返航路线和该降落跑道组成模型飞机的回航线路，控制模型飞 机按照该回航线路飞行。

其中，S₁中的降落点可以为操作者指定的模型飞机的降落位置，也可以为通过其它方式预设的模型飞机的降落位置；S₂中的降落跑道是指模型飞机在空中进入降落模式后所飞行的跑道，进入降落模式的位置即为跑道原点，降落跑道是由水平跑道和倾斜跑道交替连接而成，即一段水平跑道再一段倾斜跑道，再一段水平跑道，再一段倾斜跑道……，或者一段倾斜跑道再一段水平跑道，再一段倾斜跑道，再一段水平跑道……，水平跑道和倾斜跑道的个数可以根据跑道原点的高度以及飞行情况自由设定，其中该跑道原点到该降落点的水平距离可以通过模型飞机的上位机配置，每一段水平跑道的下降率系数相同，均为零，每一段倾斜跑道的下降率系数不同，假定每一段倾斜跑道的降落高度一致，那么倾斜跑道的水平长度越长，下降率系数越小，即在两段降落高度一致的倾斜跑道中，水平长度长的倾斜跑道的下降率系数小于水平长度短的倾斜跑道的下降率系数；S₃中的当前位置可以用于模型飞机的所在位置的三维坐标表示；S₄中由返航路线和降落跑道组成的回航线路以模型飞机的当前位置为起点，以该降落点为终点。通过本发明，模型飞机不再需要操作者的手动控制，就能实现模型飞机自动回航，减少了因为操作不当而造成的损坏，同时，本技术方案将模型飞机的回航线路分成返航路线和降落跑道两部分，并且分别采用不同的计算方式，提高了降落的准确性，进一步实现了模型飞机的自主智能飞行。

较佳地，S₁包括：

S₁₁、记录模型飞机的原点坐标并将该原点坐标作为模型飞机的降落点。

其中，该原点坐标是指模型飞机上电时所在位置的三维坐标，包括所在位置的经度、纬度和高度。以原点坐标作为降落点使得模型飞机能够准确地回归，简化了模型飞机的操作。

较佳地，S₁还包括：

S₁₂、记录模型飞机起飞时的飞行方向并设定模型飞机在该降落点降落时的飞行方向与起飞时的飞行方向相同。

较佳地，S₃还包括从以模型飞机的当前位置为起点，以该跑道原点为终点的路线中选取距离最短且模型飞机的转角最小的路线作为返航路线。

本技术方案能够减少模型飞机返航时的能源消耗和时间消耗。

较佳地，S₄还包括以下步骤中的一种或几种：

利用模型飞机的九轴传感器实时地调整模型飞机的各通道控制输出量，其中，九轴传感器具有三轴角加速度传感器、三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器，三轴磁阻传感器用于获取该模型飞机的航向角，此步骤可以保证模型飞机的稳定飞行；

利用模型飞机的GPS(全球定位系统)定位模块实时地定位模型飞机的当前位置，其中的当前位置可以用模型飞机的所在位置的三维坐标表示；

利用模型飞机的高度传感器以及九轴传感器计算模型飞机的实时高度，此步骤并没有单纯依靠高度传感器的数据来计算模型飞机的实时高度，而是利用九轴传感器里的加速度传感器的数据得到模型飞机的垂直方向的位移，并结合高度传感器的数据计算模型飞机的实时高度，由此算出的实时高度准确度更高；

利用模型飞机的GPS定位模块实时地定位模型飞机的当前位置以及利用模型飞机的九轴传感器实时地检测模型飞机的航向角，并将当前位置以及航向角与该返航路线比较，在该模型飞机偏离该返航路线超过一阈值时，调整模型飞机的飞行方向，此步骤通过闭环控制实时校正模型飞机的飞行方向，保证了模型飞机能够沿着回航线路飞行并准确降落在设定的降落点。

本发明还提供一种模型飞机的飞行控制系统，其特点是，包括：

一设定模块，用于设定模型飞机的降落点；

一第一计算模块，用于计算模型飞机的降落跑道，该降落跑道以一跑道原点为起点，以该降落点为终点，由水平跑道和倾斜跑道交替连接而成，该跑道原点到该降落点的水平距离依该模型飞机的类型而定，水平跑道的下降率系数为零，倾斜跑道的下降率系数随着倾斜跑道的水平长度的变化而变化；

一第二计算模块，用于获取模型飞机的当前位置，计算模型飞机的返航路线，该返航路线以模型飞机的当前位置为起点，以该跑道原点为终点；

一回航模块，用于将该返航路线和该降落跑道组成模型飞机的回航线路，控制模型飞机按照该回航线路飞行。

较佳地，该设定模块包括：

一第一记录模块，用于记录模型飞机的原点坐标并将该原点坐标作为模型飞机的降落点。

较佳地，该设定模块还包括：

一第二记录模块，用于记录模型飞机起飞时的飞行方向并设定模型飞机在该降落点降落时的飞行方向与起飞时的飞行方向相同。较佳地，该第二计算模块还用于从以模型飞机的当前位置为起点，以该跑道原点为终点的路线中选取距离最短且模型飞机的转角最小的路线作为返航路线。

较佳地，该回航模块还用于以下内容中的一种或几种：

利用模型飞机的九轴传感器实时地调整模型飞机的各通道控制输出量；

利用模型飞机的GPS定位模块实时地定位模型飞机的当前位置；

利用模型飞机的高度传感器以及九轴传感器计算模型飞机的实时高度；

利用模型飞机的GPS定位模块实时地定位模型飞机的当前位置以及利用模型飞机的九轴传感器实时地检测模型飞机的航向角，并将当前位置以及航向角与该返航路线比较，在该模型飞机偏离该返航路线超过一阈值时，调整模型飞机的飞行方向。

本发明还提供一种模型飞机，其特点是，包括上述各优选条件任意组合的一种飞行控制系统。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的模型飞机及其飞行控制方法和系统使得模型飞机能够自动回航，不再需要操作者的手动控制，减少了因为操作不当而造成的损坏，进一步实现了模型飞机的自主智能飞行，有利于模型 飞机在大众中的普及和应用的推广。同时，本发明不仅通过回航线路的设置提高了降落的准确性，还能利用模型飞机内部器件的检测，不断校正飞行方向，进一步实现了模型飞机的自主智能飞行。

附图说明

图1为本发明的实施例的模型飞机的飞行控制方法的流程图。

图2为本发明的实施例的模型飞机的飞行控制方法的飞行过程示意图。

图3为本发明的实施例的模型飞机的飞行控制系统的系统示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

参见图1，一种模型飞机的飞行控制方法包括：

步骤101、记录模型飞机的原点坐标和起飞时的飞行方向。

步骤102、将该原点坐标作为模型飞机的降落点并设定模型飞机在该降落点降落时的飞行方向与起飞时的飞行方向相同。

步骤103、计算模型飞机的降落跑道。计算出的降落跑道为三维跑道，以一跑道原点为起点，以该降落点为终点；由水平跑道和倾斜跑道交替连接而成；该跑道原点到该降落点的水平距离依该模型飞机的类型而定，水平跑道的下降率系数为零，倾斜跑道的下降率系数随着倾斜跑道的水平长度的变化而变化。

步骤104、获取模型飞机的当前位置，计算模型飞机的返航路线。该返航路线以模型飞机的当前位置为起点，以该跑道原点为终点。为了减少模型飞机在返航时的能源消耗和时间消耗，可以进一步地，从以模型飞机的当前位置为起点、以该跑道原点为终点的路线中选取距离最短且模型飞机的转角最小的路线作为返航路线。所谓转角最小是指以最小的转弯角度转向跑道原 点的方向，比如说向左转90度可以面向跑道原点，向右则需要270度才会面向跑道原点，那么模型飞机会自动选择向左转。

步骤105、将该返航路线和该降落跑道组成模型飞机的回航线路，控制模型飞机按照该回航线路飞行。在模型飞机按照该回航线路飞行的过程中，由于气流或者其它外界因素的干扰，模型飞机可能出现颠簸或偏离回航线路，步骤105还执行以下步骤以保证模型飞机的平稳飞行和准确回航：

利用模型飞机的九轴传感器实时地调整模型飞机的各通道控制输出量；

利用模型飞机的GPS定位模块实时地定位模型飞机的当前位置；

利用模型飞机的高度传感器以及九轴传感器计算模型飞机的实时高度，通过闭环控制保证模型飞机的实时高度与回航线路保持一致；

利用模型飞机的GPS定位模块实时地定位模型飞机的当前位置以及利用模型飞机的九轴传感器实时地检测模型飞机的航向角，并将当前位置以及航向角与该返航路线比较，在该模型飞机偏离该返航路线超过一阈值时，调整模型飞机的飞行方向。

以图2为例，说明模型飞机的飞行过程：图中G表示地面，在模型飞机上电时，模型飞机在位置A，即A点坐标为原点坐标，也为降落点的坐标；模型飞机沿着箭头x的方向起飞，飞至位置B，即B点坐标为模型飞机的当前位置，位置C为计算出的跑道原点；由位置B飞回位置A的飞行路线构成了回航线路，包括由位置B到位置C的返航路线y以及由位置C回到位置A的降落跑道。从图2可以看出降落跑道可以为由水平跑道和倾斜跑道交替连接的分段跑道，其中第1、3和5段为水平跑道，第2、4和6段为倾斜跑道。其中每一段水平跑道的的下降率系数相同，均为零，每一段倾斜跑道的降落高度相同，第2段倾斜跑道的水平长度小于第4段倾斜跑道的水平长度，且小于第6段倾斜跑道的水平长度，第2段倾斜跑道的下降率系数大于第4段倾斜跑道的下降率系数，且大于第6段倾斜跑道的下降率系数。

参见图3，本实施例的模型飞机的飞行控制系统包括：

一第一记录模块201，用于记录模型飞机的原点坐标并将该原点坐标作 为模型飞机的降落点。

一第二记录模块202，用于记录模型飞机起飞时的飞行方向并设定模型飞机在该降落点降落时的飞行方向与起飞时的飞行方向相同。

一第一计算模块203，用于计算模型飞机的降落跑道，计算出的降落跑道为三维跑道，以一跑道原点为起点，以该降落点为终点；由水平跑道和倾斜跑道交替连接而成，该跑道原点到该降落点的水平距离依该模型飞机的类型而定，水平跑道的下降率系数为零，倾斜跑道的下降率系数随着倾斜跑道的水平长度的变化而变化。

一第二计算模块204，用于获取模型飞机的当前位置，计算模型飞机的返航路线。该返航路线以模型飞机的当前位置为起点，以该跑道原点为终点。为了减少模型飞机在返航时的能源消耗和时间消耗，可以进一步地，该第二计算模块还用于从以模型飞机的当前位置为起点，以该跑道原点为终点的路线中选取距离最短且模型飞机的转角最小的路线作为返航路线。

一回航模块205，用于将该返航路线和该降落跑道组成模型飞机的回航线路，控制模型飞机按照该回航线路飞行。该回航模块205还用于利用模型飞机的九轴传感器实时地调整模型飞机的各通道控制输出量；利用模型飞机的GPS定位模块实时地定位模型飞机的当前位置；利用模型飞机的高度传感器以及九轴传感器计算模型飞机的实时高度；利用模型飞机的GPS定位模块实时地定位模型飞机的当前位置以及利用模型飞机的九轴传感器实时地检测模型飞机的航向角，并将当前位置以及航向角与该返航路线比较，在该模型飞机偏离该返航路线超过一阈值时，调整模型飞机的飞行方向。

本实施例的模型飞机包括该飞行控制系统、九轴传感器、GPS定位模块和高度传感器，还包括现有模型飞机的其它器件。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。