本发明涉及一种无人机飞行控制技术，具体为一种基于手机的飞行控制系统。
背景技术：
目前，市面上出现了各种类型的无人机，其飞行控制器大同小异。大多基于计算能力的较弱的微控制器，边缘计算能力较弱，无法实时处理一些复杂的计算需求，如视觉计算等。近年来，一些无人机产品使用了专门的视频处理单元(vpu，videoprocessingunit)，用以处理视觉数据，并辅助无人机的飞行控制。而当今的智能手机普遍配备了无人机飞行控制所需的惯性测量单元、气压计、gps定位模块等传感器，且目前的智能手机普遍具有较强的计算资源，可以用于较大规模的计算任务。
因此，将智能手机的惯性测量单元、气压计、gps定位模块等传感器应用于无人机成为一种可能，而目前能够很好地将智能手机与无人机的融合为一体的飞行控制系统尚未见报道。
技术实现要素：
针对现有技术中的无人机边缘计算能力较弱，无法实时处理一些复杂的计算需求等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种能够很好地将智能手机与无人机的融合为一体的飞行控制系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种基于手机的飞行控制系统，包括动力单元、综合飞控单元、智能手机以及遥控单元，控制过程包括以下步骤：
将智能手机装载飞控应用程序，再将智能手机安装于无人机上；
上电初始化后，运行于无人机中的综合飞控单元进行自检；
如果检测到综合飞控单元与智能手机间的通信正常，则进入飞控模式选择；
当选择进入双飞控模式时，进行遥控模式手机端自检；
如果自检通过，则由用户发出开始指令；
将智能手机装载的飞控应用程序运算输出结果和运行于无人机中的综合飞控单元的飞控程序运算输出结果进行比较，判断智能手机装载的飞控应用程序输出的数据是否合理；
如果合理，则动力单元执行智能手机输出的指令，无人机机体执行相应动作；
综合飞控单元和智能手机中的各类传感器分别感知采集数据，然后将综合飞控单元上的传感器数据发送至智能手机，智能手机将自身传感器数据和综合飞控单元上的传感器数据进行传感器数据融合，再将融合结果送回综合飞控单元；
当用户发出终止指令时，结束一次飞行。
如果判断智能手机装载的飞控应用程序输出的数据不合理，则动力单元执行综合飞控单元输出的指令，无人机机体执行相应动作；
接继综合飞控单元和智能手机中的各类传感器分别向综合飞控单元和智能手机回传采集的感知信号步骤。
如果遥控模式手机端自检失败，则结束双飞控模式。
如果选择飞控模式为综合飞控单元单独控制模式，则检测遥控器接收机的连接是否正常；
如果正常，则由用户发出开始指令；
综合飞控单元运行；
动力单元执行综合飞控单元输出的指令，无人机机体执行相应动作；
综合飞控单元中的各类传感器向综合飞控单元回传采集的感知信号；
当用户发出终止指令时，结束一次飞行。
如果检测到与遥控器接收机的连接失败，则结束此次飞行。
如果检测到综合飞控单元与智能手机间的通信连接失败，则直接进入综合飞控单元单独控制模式，接续判断检测遥控器接收机的连接是否正常步骤。
所述飞控应用程序步骤如下：
读取智能手机端传感器数据和综合飞控单元同步传感器数据进行融合处理；
判断是否启动视觉算法辅助控制；
如果启动视觉算法辅助控制，则获取遥控数据，结合计算机视觉辅助算法进行叠加，得到控制数据；
根据上述控制数据进行飞控解算，输出控制指令，由无人机机体执行相应动作；
如果不启动视觉算法辅助控制，则根据获取的遥控数据直接获得控制数据；
根据上述控制数据进行飞控解算，输出控制指令，由无人机机体执行相应动作；
读取智能手机端传感器数据和综合飞控单元同步传感器数据进行融合处理为：
综合飞控单元将其数据同步到智能手机端，使用拓展卡尔曼滤波器将两端的传感器数据整合到一起，互为验证，消除噪声，获取可信度更高的结果，再将融合结果返回综合飞控单元。
将智能手机装载的飞控应用程序和运行于无人机中的综合飞控单元进行比较为：
通过可达性分析，得出飞控输出结果的合理范围；
可达性分析，融合了控制指令、传感器数据、飞控运算结果和动力输出等数据，得出了一个安全的飞控运算结果范围；
将手机端和综合飞控单元端的两个飞控运算结果转化为两个向量，比较两向量夹角，夹角超过一个阈值，则放弃手机端飞控运算结果，执行综合飞控单元端运行结果。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明在双飞控模式下，利用手机自身的传感器资源进行飞控运算，手机端飞控失效时由综合飞控单元接管，保障飞行安全。
2.本发明系统可在手机端飞控应用程序进程突然挂起或终止/手机与综合飞控单元板间通信突然失效时，综合飞控单元会检测到与手机间通信中断，停止向手机端发送数据，切换到综合飞控单元的单飞控模式；若遥控器数据是通过手机的4/5g通信、wifi模块或蓝牙模块获取的，则综合飞控单元控制无人机缓缓下降到距离起飞点约0.8m的高度时停止电机转动。利用机体和起落架的缓冲保护手机，可控落地，同时停转的螺旋桨也不会与可能存在的障碍物发生碰撞，防止其他损害。
3.本发明能够利用手机自带较强的计算资源和各种传感器，完成带有计算机视觉辅助的飞行控制任务。
附图说明
图1为本发明系统总体流程图；
图2为本发明系统硬件结构框图；
图3为本发明双飞控模式流程图；
图4为本发明中手机端飞控程序流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1～3所示，本发明一种基于手机的飞行控制系统，包括动力单元、综合飞控单元、智能手机以及遥控单元，控制过程包括以下步骤：
将智能手机装载飞控应用程序，再将智能手机安装于无人机上；
上电初始化后，运行于无人机中的综合飞控单元进行自检；
如果检测到综合飞控单元与智能手机间的通信正常，则进入飞控模式选择；
当选择进入双飞控模式时，进行遥控模式手机端自检；
如果自检通过，则由用户发出开始指令；
将智能手机装载的飞控应用程序运算输出结果和运行于无人机中的综合飞控单元的飞控程序运算输出结果进行比较，判断智能手机装载的飞控应用程序输出的数据是否合理；
如果合理，则动力单元执行智能手机输出的指令，无人机机体执行相应动作；
综合飞控单元和智能手机中的各类传感器分别向综合飞控单元和智能手机回传采集的感知信号；
当用户发出终止指令时，结束一次飞行。
如果判断智能手机装载的飞控应用程序
输出的数据不合理，则动力单元执行综合飞控单元输出的指令，无人机机体执行相应动作；
接继综合飞控单元和智能手机中的各类传感器分别向综合飞控单元和智能手机回传采集的感知信号步骤。
否则，如果遥控模式手机端自检失败，则结束双飞控模式。
如果选择飞控模式为综合飞控单元单独控制模式，则检测遥控器接收机的连接是否正常；
如果正常，则由用户发出开始指令；
综合飞控单元运行；
动力单元执行综合飞控单元输出的指令，无人机机体执行相应动作；
综合飞控单元中的各类传感器向综合飞控单元回传采集的感知信号；
当用户发出终止指令时，结束一次飞行。
否则，如果检测到与遥控器接收机的连接失败，则结束此次飞行。
如果检测到综合飞控单元与智能手机间的通信连接失败，则直接进入综合飞控单元单独控制模式，接续判断检测遥控器接收机的连接是否正常步骤。
将智能手机装载的飞控应用程序和运行于无人机中的综合飞控单元进行比较为：
通过可达性分析，融合控制指令、传感器数据、飞控运算结果和动力输出数据，得出飞控输出结果的合理范围。
本发明中，可达性分析的目的是综合电机输出设定值、传感器值以及控制指令，判断飞控程序运行结果是否正确，比如四个电机各自的输出综合起来是否会引起侧翻等事故。
将手机端飞控应用程序和综合飞控单元端的两个飞控运算结果转化为两个向量，比较两向量夹角，夹角超过一个阈值，则放弃手机端飞控运算结果，执行综合飞控单元端运行结果。
如图4所示，飞控应用程序步骤如下：
读取智能手机端传感器数据和综合飞控单元同步传感器数据进行融合处理；
判断是否启动视觉算法辅助控制；
如果启动视觉算法辅助控制，则获取遥控数据，结合计算机视觉辅助算法进行叠加，得到控制数据；
根据上述控制数据进行飞控解算，输出控制指令，由无人机机体执行相应动作；
如果不启动视觉算法辅助控制，则根据获取的遥控数据直接获得控制数据；
根据上述控制数据进行飞控解算，输出控制指令，由无人机机体执行相应动作；
读取智能手机端传感器数据和综合飞控单元同步传感器数据进行融合处理为：
综合飞控单元将其数据同步到智能手机端，使用拓展卡尔曼滤波器将两端的传感器数据整合到一起，互为验证，消除噪声，获取可信度更高的结果，再将融合结果返回综合飞控单元。
本实施例中，遥控器数据是一个控制量，视觉辅助结果是另一个控制量，控制数据是根据之前获取遥控器数据和计算机视觉辅助这两部分的结果得出来的，最终使用的控制量是二者相加的结果。
本发明利用手机自带的惯性测量单元、气压计、gps定位模块等传感器，在手机端运行飞控应用程序并进行运算，再经usb通信接口将运算结果发送至综合飞控单元，由综合飞控单元直接控制动力系统的运行。
本发明方案中，在手机端和综合飞控单元端同时运行着飞行控制程序；由综合飞控单元基于其飞控程序运算结果判断手机端飞控应用程序运算结果是否合理，合理则使动力系统执行手机端飞控程序运算结果，不合理则使动力系统执行综合飞控单元端飞控程序运算结果。
在手机端飞控应用程序中，和飞行控制程序并行运行着基于计算机视觉的飞行控制辅助程序，完成手势识别控制，手势跟随，光流定位等功能。
本发明中，不合理的飞控运算结果包括：智能手机与综合飞控单元间通信中断所致飞控运算结果停止刷新；超出值域的运算结果；明显会导致姿态维持稳定失败的运算结果；与综合飞控单元运算结果差异过大的运算结果。
如图1所示，本发明系统的硬件组成包括无人机动力系统(具有电机，电调，电池)、综合飞控单元(具有微控制器，惯性导航器件，压力传感器，遥控器接收机接口)、部署了飞控应用程序的安卓智能手机，遥控组件(具有专业航模遥控器或自制无线遥控器，或部署了遥控器应用程序的手机)以及电压适配模块，综合飞控单元与智能手机进行通讯连接，综合飞控单元接收遥控单元的信号，综合飞控单元输出端输出指令信号接至动力单元；电压适配模块的输入端接有电池，输出端的工作电压分别接至综合飞控单元、智能手机。
飞控应用程序运行在手机端运行，综合飞控单元外设组件上也运行着另一套飞控程序。起飞前，智能手机端和综合飞控单元会完成传感器矫正，并同步相关传感器数据。
手机端飞控应用程序包括一套视觉控制模块，以手机摄像头和视觉算法完成手势控制，跟踪拍摄等功能。
综合飞控单元外设组件包括一套足够满足飞行控制所需的微控制器，惯性导航器件，压力传感器，遥控器接收机接口。
在整机运行过程中，使用专业航模遥控器或自制无线遥控器，综合飞控单元负责接收遥控器控制数据，并通过usb串口通信线路上传到手机端。
手机端飞控应用程序接收到综合飞控单元或另一部运行遥控器应用程序的手机发送的遥控数据，结合手机自带的各种传感器进行飞控计算，并将结果经usb-串口通信线路发送到综合飞控单元。
为预防突发因素(如单粒子翻转，飞控应用进程被异常终止，手机与综合飞控单元外设组件间通信误码/中断)导致综合飞控单元外设组件并未接收到争取的飞控运算结果，综合飞控单元外设组件会在接收到无效飞控运算结果的情况下接管飞行控制。
为判断综合飞控单元所接收到的飞控结果是否有效，综合飞控单元端会根据自身飞控程序运算结果与接收到的飞控运算结果进行比较。正常情况下，综合飞控单元会根据接收到的飞控运算控制飞行；结果当相差过大时，综合飞控单元会接管飞行控制，根据自身运行的飞控程序运算结果控制飞行。
当手机端飞控应用程序进程突然挂起或终止/手机与综合飞控系统板间通信突然失效时，综合飞控单元会检测到与智能手机间通信中断，停止向智能手机端发送数据，即刻切换到综合飞控系统的单飞控模式；若遥控器数据是通过手机的4/5g通信、wifi模块或蓝牙模块获取的，则综合飞控系统控制无人机缓缓下降到距离起飞点约0.8米的高度时停止电机转动。利用机体和起落架的缓冲保护手机，可控落地，同时停转的螺旋桨也不会与可能存在的障碍物发生碰撞，防止其他损害。
本发明还可以单纯作为智能设备移动电源工作使用。