一种无人机控制方法、装置、自动驾驶仪及无人机与流程

本发明涉及无人机控制技术领域，具体而言，涉及一种无人机控制方法、装置、自动驾驶仪及无人机。

背景技术：

目前，固定翼无人机搭载的机载武器大部分是激光制导武器，这些武器的发射需要满足发射窗口，也就是无人机飞行速度、无人机与目标的相对高度和斜距以及离轴角的范围，其中离轴角是激光制导武器轴线相对于武器与目标连线之间的夹角，由于发射前激光制导武器与无人机固连，所以离轴角等效为无人机机头方向与无人机和目标连线之间的夹角。

现有技术中，无人机的航迹控制是通过改变无人机的滚转欧拉角和偏航欧拉角从而达到较高的航迹控制精度，此时的滚转欧拉角和偏航欧拉角无需限制，无人机在外界干扰因素下为了航迹控制精度会产生机头方向与飞行方向差异较大的现象，也就是偏航欧拉角和航迹偏角的夹角较大，进而使得激光制导武器始终无法满足发射窗口的离轴角要求，导致发射失败。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无人机控制方法、装置、自动驾驶仪及无人机，该无人机控制方法能够解决无人机在外界干扰因素下无法满足离轴角约束以至于不能正常发射激光制导武器的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机控制方法，应用于无人机，无人机包括激光制导武器，该方法包括：获取航路点及实时飞行数据信息；根据实时飞行数据信息确定无人机的飞行范围；若飞行范围未在第一预设范围内，则根据第一控制方式控制无人机向所述航路点飞行；若飞行范围在第一预设范围内，则根据第二控制方式控制无人机向航路点飞行，并根据实时飞行数据信息计算得到无人机的离轴角；将离轴角与第二预设范围进行匹配，若离轴角在第二预设范围内，则发射激光制导武器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机控制装置，应用于无人机，无人机包括激光制导武器，该装置包括：获取模块，用于获取航路点及实时飞行数据信息；确定模块，用于根据实时飞行数据信息确定无人机的飞行范围；第一控制模块，用于当飞行范围未在第一预设范围内时，根据第一控制方式控制无人机向航路点飞行；第二控制模块，用于当飞行范围在第一预设范围内时，根据第二控制方式控制无人机向航路点飞行，并根据实时飞行数据信息计算得到无人机的离轴角；发射模块，用于将离轴角与第二预设范围进行匹配，若离轴角在第二预设范围内，则发射激光制导武器。

第三方面，本发明实施例还提供了一种自动驾驶仪，包括存储器和处理器；存储器用于存储一个或多个程序；处理器用于当一个或多个程序被处理器执行时，实现上述的无人机控制方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种无人机，无人机包括上述的自动驾驶仪。

本发明实施例提供的一种无人机控制方法、装置、自动驾驶仪及无人机，通过实时飞行数据信息确定无人机的飞行范围，若飞行范围未在第一预设范围内，则根据第一控制方式控制无人机向航路点飞行；若飞行范围在第一预设范围内，则根据第二控制方式控制无人机向航路点飞行，并根据实时飞行数据信息计算得到无人机的离轴角，并将离轴角与第二预设范围进行匹配，若离轴角在第二预设范围内，则发射激光制导武器。与现有技术相比，采用两种控制方式控制无人机在不同的飞行范围内沿航路点飞行，让离轴角作为控制变量的控制方式持续时间较短，能够提高攻击过程的无人机航迹控制精度，还提高了攻击过程中无人机的安全性；且将离轴角与第二预设范围进行匹配，能够使得无人机在外界干扰因素下满足离轴角约束以便正常发射激光制导武器。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的自动驾驶仪的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的无人机控制方法的流程示意图之一；

图3示出了本发明实施例提供的无人机控制方法的流程示意图之二；

图4示出了本发明实施例提供的无人机控制装置的结构示意图之一；

图5示出了本发明实施例提供的无人机控制装置的结构示意图之二。

图标：10-自动驾驶仪；110-存储器；120-处理器；130-存储控制器；140-外设接口；150-通讯总线/信号线；200-无人机控制装置；210-获取模块；220-确定模块；230-第一控制模块；240-第二控制模块；250-发射模块；251-分解单元；252-匹配单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

由于无人机的航迹控制是通过改变无人机的滚转欧拉角和偏航欧拉角从而达到较高的航迹控制精度，此时的滚转欧拉角和偏航欧拉角无需限制，无人机在外界干扰因素下为了航迹控制精度会产生机头方向与飞行方向差异较大的现象，例如，无人机在正侧风飞行状态下为了航迹控制精度会产生机头方向与飞行方向差异较大的现象，导致激光制导武器始终无法满足发射窗口的离轴角要求，使得激光制导武器发射失败。

基于上述现有的技术的缺陷，发明人于本发明实施例所提供的一种解决方式为：基于激光制导武器发射的步骤，相应的调整无人机控制方式，使得离轴角与第二预设范围匹配，能够使得无人机在外界干扰因素下满足离轴角约束以便正常发射激光制导武器。

请参阅图1，图1示出了本发明实施例所提供的自动驾驶仪10的结构示意图，该自动驾驶仪10应用于无人机(图未示)。在本发明实施例中，自动驾驶仪10包括存储器110、存储控制器130、一个或多个(图中仅示出一个)处理器120、外设接口140等。这些组件通过一条或多条通讯总线/信号线150相互通讯。

存储器110可用于存储软件程序以及模组，如本发明实施例所提供的无人机控制装置200对应的程序指令/模组，处理器120通过运行存储在存储器110内的软件程序以及模组，从而执行各种功能应用以及数据处理，如本发明实施例所提供的无人机控制方法。

其中，所述存储器110可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。

处理器120可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述的处理器120可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)、语音处理器以及视频处理器等；还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器120也可以是任何常规的处理器等。

外设接口140将各种输入/输入装置耦合至处理器120以及存储器110。在一些实施例中，外设接口140，处理器120以及存储控制器130可以在单个芯片中实现。在本发明其他的一些实施例中，他们还可以分别由独立的芯片实现。

其中，该无人机具有激光制导武器(图未示)以及导弹发动机(图未示)，自动驾驶仪10通过外设接口140与导弹发动机连接，以使处理器120向导弹发动机发送控制指令，进而实现激光制导武器的发射。

可以理解，图1所示的结构仅为示意，自动驾驶仪10可以包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

具体地，请参阅图2，图2示出了本发明实施例所提供的无人机控制方法的一种示意性流程图，该无人机控制方法应用于如图1所示的自动驾驶仪10，在本发明实施例中，该无人机控制方法包括以下步骤：

步骤s1，获取航路点及实时飞行数据信息。

无人机的自动驾驶仪10根据预先装订的目标物体的经度、纬度和高度生成无人机的目标路径，该目标路径由若干个航路点组成，每个航路点均包括序号、纬度、经度和高度信息，自动驾驶仪10控制无人机依次飞往上述航路点，以驶向目标物体。

在本实施例中，实时飞行数据信息包括无人机的经度、纬度、高度、滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角，通过无人机上安装的传感器(图未示)和全球定位系统(globalpositioningsystem，gps)采集得到。具体的，传感器包括姿态传感器和高度传感器，通过姿态传感器可获得无人机的滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角，并将该滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角传输至自动驾驶仪10；通过高度传感器可获得无人机的高度，并将该高度传输至自动驾驶仪10；通过gps可获得无人机的经度和纬度，并将无人机的经度和纬度传输至自动驾驶仪10；其中，由于无人机的经度、纬度、高度、滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角为无人机的实时飞行数据信息，故随着无人机的飞行，获得的实时飞行数据信息是实时更新变化的，自动驾驶仪10根据无人机的经度和纬度随着时间的变化可以计算得到无人机的飞行速度。

步骤s2，根据实时飞行数据信息确定无人机的飞行范围。

在本实施例中，自动驾驶仪10根据实时飞行数据信息确定无人机的飞行范围是否在第一预设范围内，其中，第一预设范围包括速度范围、高度范围和斜距范围。

具体的工作原理为：先根据实时飞行数据信息得到无人机的飞行速度、无人机与目标物体的相对高度以及无人机与目标物体的斜距；再将飞行速度、相对高度以及斜距分别与速度范围、高度范围和斜距范围一一对应进行匹配，若飞行速度未在速度范围内、相对高度未在高度范围内或斜距未在斜距范围内，则飞行范围未在第一预设范围内；若飞行速度在速度范围内、相对高度在高度范围内以及斜距在斜距范围内，则飞行范围在第一预设范围内。

在本实施例中，无人机的飞行速度根据无人机的经度和纬度变化值与时间差值计算得到，无人机与目标物体的相对高度根据无人机的高度和目标物体的高度进行减法运算取绝对值得到，无人机与目标物体的斜距根据无人机的经度和纬度与目标物体的经度和纬度计算得到，可以认为，无人机与目标物体的斜距即为无人机与目标物体在空间上的最短距离。

可以理解，若速度范围为v1-v2，其中v1小于v2，高度范围为h1-h2，其中h1小于h2，斜距范围为d1-d2，其中d1小于d2，当无人机的飞行速度v大于v1且小于v2，且无人机与目标物体的相对高度大于h1且小于h2，且无人机与目标物体的斜距大于d1且小于d2时，可得到无人机飞行范围在第一预设范围内；当无人机的飞行速度v小于等于v1或大于等于v2，或无人机与目标物体的相对高度小于等于h1或大于等于h2，或无人机与目标物体的斜距小于等于d1或大于等于d2时，可得到无人机飞行范围未在第一预设范围内。

步骤s3，若飞行范围未在第一预设范围内，则根据第一控制方式控制无人机向航路点飞行。

在本实施例中，在无人机的飞行速度、无人机与目标物体的相对高度以及无人机与目标物体的斜距中的任意一个未在相应的范围内时，自动驾驶仪10控制无人机根据第一控制方式向航路点飞行，直至无人机的飞行速度、无人机与目标物体的相对高度以及无人机与目标物体的斜距均在对应的范围内，才改变无人机的控制方式。

在本实施例中，根据第一控制方式控制无人机向航路点飞行的具体原理为：先根据实时飞行数据信息计算得到无人机的航迹倾角和航迹偏角；再依据航迹倾角和航迹偏角控制无人机向航路点飞行。

可以理解，根据实时飞行数据信息中的高度、经度、纬度与离无人机最近航路点的纬度、经度和高度信息进行计算得到无人机的航迹倾角和航迹偏角，再以无人机的航迹倾角和航迹偏角为控制变量的串级控制方式控制无人机向下一个航路点飞行，其中，该航路点并不是无人机飞往的第一个或最后一个航路点。

步骤s4，若飞行范围在第一预设范围内，则根据第二控制方式控制无人机向航路点飞行，并根据实时飞行数据信息计算得到无人机的离轴角。

在本实施例中，在无人机的飞行速度、无人机与目标物体的相对高度以及无人机与目标物体的斜距均在对应的范围内时，自动驾驶仪10控制无人机根据第二控制方式向航路点飞行，同时根据实时飞行数据信息计算得到无人机的离轴角。

在本实施例中，根据第二控制方式控制无人机向航路点飞行的工作原理为：先根据实时飞行数据信息得到无人机的欧拉角信息；再根据欧拉角信息控制无人机向航路点飞行。

可以理解，根据实时飞行数据信息中的滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角得到无人机的欧拉角信息，再以欧拉角作为控制变量的控制方式控制无人机向下一个航路点飞行，其中，该航路点并不是无人机飞往的第一个或最后一个航路点。

步骤s5，将离轴角与第二预设范围进行匹配，若离轴角在第二预设范围内，则发射激光制导武器。

在本实施例中，在无人机的飞行范围在第一预设范围内时，不仅控制无人机以第二控制方式向下一个航路点飞行，还将计算得到的离轴角与第二预设范围进行匹配，若离轴角在第二预设范围内，则发射激光制导武器。

可以理解，无人机的飞行范围在第一预设范围内时，即无人机已飞行至激光制导武器的射程范围内，只要激光制导武器满足发射窗口的要求，就能进行激光制导武器的发射。由于第二控制方式是以欧拉角为控制变量，不仅能够控制无人机的飞行航迹精度，也同时能够保证激光制导武器的正常发射，从而提高了攻击过程中无人机的安全性。

其中，离轴角为无人机机头方向与无人机和目标物体连线之间的夹角，故根据实时飞行数据信息与目标物体的经度、纬度和高度可计算得到离轴角。

在本实施例中，第二预设范围包括滚转欧拉角范围、俯仰欧拉角范围和偏航欧拉角范围，将离轴角与第二预设范围进行匹配的工作原理为：将离轴角分解为滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角；将滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角分别与滚转欧拉角范围、俯仰欧拉角范围和偏航欧拉角范围一一对应进行匹配。

可以理解，若滚转欧拉角范围为a1-a2，其中a1小于a2，俯仰欧拉角范围为b1-b2，其中b1小于b2，偏航欧拉角范围为c1-c2，其中c1小于c2，当离轴角分解的滚转欧拉角a大于a1且小于a2，且离轴角分解的俯仰欧拉角b大于b1且小于b2，且离轴角分解的偏航欧拉角c大于c1且小于c2时，可得到无人机的离轴角在第二预设范围内，满足激光制导武器发射窗口的要求，可进行激光制导武器的发射；当离轴角分解的滚转欧拉角a小于等于a1或大于等于a2，或离轴角分解的俯仰欧拉角b小于等于b1或大于等于b2，或离轴角分解的偏航欧拉角c小于等于c1或大于等于c2时，则表明无人机的离轴角未在第二预设范围内，不满足激光制导武器发射窗口的要求，不能进行激光制导武器的发射。

如图3所示，无人机控制方法还包括以下步骤：

步骤s6，依据第一控制方式控制所述无人机继续飞行。

可以理解，在激光制导武器发射后，自动驾驶仪10将从第二控制方式改变为第一控制方式控制无人机返航或是飞往下一个目标物体处。

进一步地，在本实施例中，当激光制导武器发射后，自动驾驶仪10可根据预设的延迟时间控制无人机从第二控制方式改变为第一控制方式进行行驶。

如图4所示，为本发明实施例提供的无人机控制装置200的结构示意图，所述无人机控制装置200应用于无人机中，需要说明的是，本实施例所提供的无人机控制装置200其基本原理及产生的技术效果与前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考前述方法实施例中的相应内容。所述无人机控制装置200包括获取模块210、确定模块220、第一控制模块230、第二控制模块240及发射模块250。

所述获取模块210用于获取航路点及实时飞行数据信息。

可以理解，获取模块210可以执行上述步骤s1。

所述确定模块220用于根据所述实时飞行数据信息确定所述无人机的飞行范围。

可以理解，确定模块220可以执行上述步骤s2。

所述第一控制模块230用于当飞行范围未在第一预设范围内时，根据第一控制方式控制无人机向所述航路点飞行。

可以理解，第一控制模块230可以执行上述步骤s3。

第二控制模块240用于当飞行范围在所述第一预设范围内时，根据第二控制方式控制无人机向所述航路点飞行，并根据实时飞行数据信息计算得到无人机的离轴角。

可以理解，第二控制模块240可以执行上述步骤s4。

发射模块250用于将离轴角与第二预设范围进行匹配，若离轴角在第二预设范围内，则发射激光制导武器。

在本实施例中，发射模块250包括分解单元251和匹配单元252。

分解单元251用于将离轴角分解为滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角。

匹配单元252用于将滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角分别与滚转欧拉角范围、俯仰欧拉角范围和偏航欧拉角范围进行匹配，若滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角均在滚转欧拉角范围、俯仰欧拉角范围和偏航欧拉角范围内，则发射激光制导武器。

可以理解，发射模块250可以执行上述步骤s5。

综上所述，本发明实施例中提供的无人机控制方法、装置、自动驾驶仪及无人机，自动驾驶仪通过装订的目标物体的目标经度、纬度和高度，生成无人机的航路点，并通过无人机上安装的传感器和gps获得无人机的飞行速度、高度、滚转欧拉角、俯仰欧拉角和偏航欧拉角等实时飞行数据信息；同时根据实时飞行数据信息计算无人机的飞行速度是否满足速度范围、无人机与目标物体的相对高度是否满足高度范围、无人机与目标物体的斜距是否满足斜距范围；若飞行速度未在速度范围内、相对高度未在高度范围内或斜距未在斜距范围内，则自动驾驶仪使用第一控制方式控制无人机向航路点飞行；若飞行速度在速度范围内、相对高度在高度范围内以及斜距在斜距范围内，则自动驾驶仪使用第二控制方式控制无人机向航路点飞行，并计算无人机的离轴角，将无人机的离轴角与第二预设范围进行匹配，若离轴角在第二预设范围内，则发射激光制导武器，激光制导武器发射完成后，则使用第一控制方式控制无人机飞行。

可见，采用两种控制方式控制无人机在不同的飞行范围内沿航路点飞行，让离轴角作为控制变量的控制方式持续时间较短，能够提高攻击过程的无人机航迹控制精度，并提高了攻击过程中无人机的安全性；且将离轴角与第二预设范围进行匹配，能够使得无人机在外界干扰因素下满足离轴角约束以便正常发射激光制导武器；同时，无需人员干预控制即可完成攻击过程，降低了人员操作难度和人员误操作风险，提高了无人机攻击目标的效率和可靠性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。