一种基于星基播放服务的无人机控制方法和系统与流程

1.本发明属于无人机领域，尤其涉及一种基于星基播放服务的无人机控制方法和系统。


背景技术：

2.无人机作为运动速度快，运动空间受限程度小的工具，能够运用于不同类型的空间和场景。无人机的运行需要依靠坐标关系来制定行动的路径。通过卫星定位系统，例如gps、北斗系统，能提供基础的定位信息，来满足基础的路径制定。
3.在实践中，仅仅依靠卫星定位系统的基础定位能力，会出现由于系统提供的定位功能精度不足导致无人机的路径规划不够细致的情况。例如gps会存在提供的精度服务不稳定，容易被干扰和截断。而北斗的定位能力，由于起步较晚，数据采集量不足，并没有针对复杂环境提供足够的定位数据，因此基于北斗的无人机对复杂环境的适应能力也存在不足。


技术实现要素：

4.为了解决或者改善上述问题，本发明提供了一种基于星基播放服务的无人机控制方法和系统，具体技术方案如下：
5.本发明提供一种基于星基播放服务的无人机控制方法，包括：无人机沿初始路径运动，输出用于描述目标区域位置的第一短报文；太空服务器根据所述第一短报文输出第二短报文；所述目标区域的星基播放服务终端根据所述第二短报文输出包括回复标记和目标区域属性的第三短报文；所述太空服务器根据所述回复标记，处理所述第三短报文并输出第四短报文；所述无人机根据所述第四短报文中的目标区域属性，调节控制参数。
6.优选的，所述第一短报文包括任务信息；对应的，所述太空服务器根据所述任务信息输出具有强制指令的所述第二短报文，使收到所述第二短报文且处于所述目标区域的所述星基播放服务终端反馈所述第三短报文。
7.优选的，所述目标区域属性包括定位点或者定位点+地形信息或者定位点+地形信息+环境信息；对应的，所述无人机根据所述第四短报文中的目标区域属性，调节控制参数，包括：赋予所述定位点、地形信息和环境信息不同的权值以解释在所述目标区域的不同位置的运动安全性，根据所述运动安全性的高低，修正所述初始路径，并根据修正后的所述初始路径调节所述控制参数。
8.优选的，所述地形信息用于描述当前位置或者区域是否可以供无人机运动，所述环境信息用于描述当前位置或者区域的环境因素是否会影响无人机的运动；对应的，所述无人机根据所述地形信息和/或所述环境信息，在进入对应的地点时，调节所述控制参数。
9.优选的，所述无人机设置有传感器，并基于所述传感器输出的测量数据实现调节所述控制参数；对应的，所述地形信息和/或所述环境信息的构成结构与所述测量数据契合。
10.优选的，所述任务信息用于描述本身的传感器异常；对应的，所述无人机根据所述第四短报文中的目标区域属性，调节控制参数，包括：所述无人机解析所述目标区域属性，得到对应的定位点和对应的外部测量数据；当所述无人机位于或者即将位于所述定位点，根据所述外部测量数据和自身获取的所述测量数据，实现调节所述控制参数。
11.优选的，所述无人机设置有用于在不同的场景下调节所述控制参数的运动控制算法，所述场景为基于所述测量数据得到的判断值；对应的，所述根据所述外部测量数据和自身获取的所述测量数据，实现调节所述控制参数，包括：以所述外部测量数据作为异常传感器的替代数据以实现场景的判断；所述无人机根据判断得到的场景，选择对应的运动控制算法以调节所述控制参数。
12.优选的，所述星基播放服务基于北斗系统；对应的，所述星基播放服务终端包括：数据处理器，用于获取外部输入的无线信号；短报文发送器，用于将所述无线信号转换为所述第三短报文。
13.优选的，所述无线信号来源于设置有北斗芯片的手机；所述手机通过app获取卫星定位信息和文字信息，并输出为所述无线信号。
14.本发明提供一种基于星基播放服务的无人机控制系统，包括：
15.第一单元，用于使无人机沿初始路径运动，输出用于描述目标区域位置的第一短报文；
16.第二单元，用于使太空服务器根据所述第一短报文输出第二短报文；
17.第三单元，用于使所述目标区域的星基播放服务终端根据所述第二短报文输出包括回复标记和目标区域属性的第三短报文；
18.第四单元，用于使所述太空服务器根据所述回复标记，处理所述第三短报文并输出第四短报文；
19.第五单元，用于使所述无人机根据所述第四短报文中的目标区域属性，调节控制参数。
20.本发明的有益效果为：通过输出第一短报文，能够描述目标区域位置以便于获取符合指定地点的信息；通过太空服务器传递短报文，能够降低地面数据传输的硬件要求；通过第四短报文能够使无人机获取目标区域属性；通过回复标记能够减少不必要的短报文；通过目标区域属性，调节控制参数能够提高无人机控制的能力。
附图说明
21.图1是根据本发明的基于星基播放服务的无人机控制方法的示意图；
22.图2是根据本发明的基于星基播放服务的无人机控制系统的示意图。
23.主要附图标记说明：
24.1-第一单元，2-第二单元，3-第三单元，4-第四单元。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
26.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
27.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
28.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
29.为了解决或者改善进一步挖掘北斗系统在无人机应用上的潜力的问题，提出如图1所示的一种基于星基播放服务的无人机控制方法，包括；无人机沿初始路径运动，输出用于描述目标区域位置的第一短报文；太空服务器根据所述第一短报文输出第二短报文；所述目标区域的星基播放服务终端根据所述第二短报文输出包括回复标记和目标区域属性的第三短报文；所述太空服务器根据所述回复标记，处理所述第三短报文并输出第四短报文；所述无人机根据所述第四短报文中的目标区域属性，调节控制参数。
30.卫星定位的原理在于，终端根据卫星发射的信号反算自己的位置。北斗系统正式投入使用的时间约为2000年，精度和用户量不足所以地图信息的准确度不足。地图信息，并非仅仅是坐标点的集合，而是坐标点与坐标点属性的集合；例如，某一个区域的坐标点，以三维形式图像后之后，可能看起来是一个建筑物，但是实际上可能是树。至于是树还是建筑物，则可以通过赋予该区域一个属性来识别。
31.无人机如果本身具备图像获取装置，通过实时获取当前区域的图像可以作为导航的辅助。但是实践中，可能会出现图像处理误差或者图像获取/处理失灵的情况。此时，为了继续完成任务，需要其他的信息来辅助无人机继续运动下去。
32.北斗系统(或者类似的能发送短报文的定位系统)的一个优点在于，可以发送短报文。本方案的目的也是借助该短报文，弥补当前借由北斗系统采集到的地图信息的数据量的不足的问题。
33.无人机本身通过北斗，能够获得当前位置的准确位置点。但是，出于保密的目的，并不需要提供如此具体的位置点；而提供当前准确位置点所在的区域，或者将要前往的区域。任务信息同理，最基础的情况下，任务信息的内容可以包括询问当前区域的属性，进一步的情况下可以发出坐标点并询问这些坐标点的属性。其技术目的在于，无人机本身可以设置有各种运动规则/运动算法，可以根据无人机所处环境或者将要面对的环境调整飞行参数。当无人机本身无法正确识别当前所处的环境时，需要他者协助无人机进行运动参数的调整。
34.北斗系统，设置有若干固定卫星(可以作为太空服务器)，用于输出定位信号的同时，也提供短报文功能；显然，卫星可以无条件的转发第一短报文，但是这种行为会面临可能转发垃圾短报文或者非法短报文的问题。此时，根据第一短报文中的任务信息，第一，可以确定无人机本身的属性，即是否应该允许转发第一短报文，具体可以是查看无人机所属的机构，执行任务的类型。第二，是向指定区域发送报文，虽然通信信号在传播过程中广为扩散，但是也可能存在较为特别的报文输出结构，能够使信号主要集中在某一个区域。卫星
根据第一短报文确定某一个区域，然后发送内容基于第一短报文的第二短报文。
35.所述第一短报文包括任务信息；对应的，所述太空服务器根据所述任务信息输出具有强制指令的所述第二短报文，使收到所述第二短报文且处于所述目标区域的所述星基播放服务终端反馈所述第三短报文。
36.第三方(可以是其他无人机或者地面的星基播放服务终端)，理论上可以选择主动接收短报文或者关闭接收短报文。也可以输出用于描述当前区域属性和回复标记的第三短报文，其中，当前区域属性可以是仪器自己分析的得到的结果，也可以是终端使用者主观的结果，回复标记代表该其他终端发出的第三短报文是专门回复第二短报文(本质上是回复第一短报文)。其技术目的在于，第三方的终端，出于友善目的或者强制的协助无人机。
37.所述目标区域属性包括定位点或者定位点+地形信息或者定位点+地形信息+环境信息；对应的，所述无人机根据所述第四短报文中的目标区域属性，调节控制参数，包括：赋予所述定位点、地形信息和环境信息不同的权值以解释在所述目标区域的不同位置的运动安全性，根据所述运动安全性的高低，修正所述初始路径，并根据修正后的所述初始路径调节所述控制参数。
38.实践中，例如，无人机在a区域，自主识别功能失效，只能沿着之前制定的路径(即初始路径)运动。而之前制定的路径的内容可以包括：
39.1、简单的定位点集合；
40.2、定位点集合+地形信息；
41.3、定位点集合+地形信息+环境信息。
42.如果在广阔的地区，实际上即使自主识别功能失效，那么只要定位点集合没有异常，那么无人机照样能安全通过该区域。但是，如果是复杂区域，那么实时的修正或者载入特定的应对算法来灵活控制无人机就是必须的。
43.第一种情况下，第三方能协助的地方不多，顶多能够给出当前区域的名称；
44.例如，告知a区域的名字，让无人机知道当前区域的名字，来确定是否和已制定的路径匹配。
45.第二种情况下，第三方能够告知当前区域的地形信息，山谷、河谷、树林、城市等，进一步的，第三方能够告知无人机：我(第三方)，坐标1111，位于a山谷。
46.那么无人机就能够知道坐标1111，位于a山谷，结合本身的坐标可以判断自己所在地形，然后根据地形进行运动参数的变更。具体可以参考最近出现的竹林中无人机集群运动的视频。
47.第三种情况下，第三方能够告知当前区域的地形信息和环境信息。
48.例如，第三方能够告知无人机：我(第三方)，坐标1111，位于a山谷，右方2000米处出现龙卷风。无人机可以根据该信息结合本身的位置信息进行控制，(如果设置有能够在龙卷风区域飞行的控制算法，那么就正常通过，否则绕过)。
49.所述地形信息用于描述当前位置或者区域是否可以供无人机运动，所述环境信息用于描述当前位置或者区域的环境因素是否会影响无人机的运动；对应的，所述无人机根据所述地形信息和/或所述环境信息，在进入对应的地点时，调节所述控制参数。
50.所述无人机设置有传感器，并基于所述传感器输出的测量数据实现调节所述控制参数；对应的，所述地形信息和/或所述环境信息的构成结构与所述测量数据契合。
51.即地形信息、环境信息本身的数据内容的格式类似于测量数据，或者地形信息、环境信息本身就是由测量数据组成。通过这种形式，可以让无人机直接使用这些地形信息、环境信息而不用经过额外的数据处理，可以降低无人机数据处理的难度。
52.所述任务信息用于描述本身的传感器异常；对应的，所述无人机根据所述第四短报文中的目标区域属性，调节控制参数，包括：所述无人机解析所述目标区域属性，得到对应的定位点和对应的外部测量数据；当所述无人机位于或者即将位于所述定位点，根据所述外部测量数据和自身获取的所述测量数据，实现调节所述控制参数。
53.所述无人机设置有用于在不同的场景下调节所述控制参数的运动控制算法，所述场景为基于所述测量数据得到的判断值；对应的，所述根据所述外部测量数据和自身获取的所述测量数据，实现调节所述控制参数，包括：以所述外部测量数据作为异常传感器的替代数据以实现场景的判断；所述无人机根据判断得到的场景，选择对应的运动控制算法以调节所述控制参数。
54.无人机，一般会设置有多种传感器，可以根据传感器获得数据，调整运动参数。而且随着算法的发展，无人机能够靠多个传感器的数据来构建当前的环境框架，并能够根据环境框架改变运动参数。
55.由于传感器的种类与数量的关系，很难出现无人机的传感器全部失效的情况。
56.当其中一两个传感器失效时，会导致上述的环境框架的测量和构建产生异常。但是，如果无人机获得第三方的区域属性，可以协助完成环境框架的构建。
57.例如，无人机依靠传感器获得参数h1～h7，其中，根据参数h1～h4可以构建环境s。根据h1、h2、h3和h5可以构建环境k。
58.无人机处在环境s时，载入s1控制算法。
59.当无人机的传感器出现异常，无法获得h4，那么理论上就不能构建环境s，也无法载入s1算法。但是，如果根据第三方知道当前区域属性，那么即使没有h4，也能确定和构建环境s。
60.例如，h4为湿度。环境s为瀑布。即使根据h1～3能够大致确定该区域为瀑布，但是没有湿度，无法确定是否为瀑布，也无法载入s1算法。
61.当从第三方获得信息，当前位置有瀑布，则即使只有h1～3，也能确定和构建环境为瀑布，载入s1算法。控制无人机安全通过瀑布区域。
62.所述星基播放服务基于北斗系统；对应的，所述星基播放服务终端包括：数据处理器，用于获取外部输入的无线信号；短报文发送器，用于将所述无线信号转换为所述第三短报文。
63.所述无线信号来源于设置有北斗芯片的手机；所述手机通过app获取卫星定位信息和文字信息，并输出为所述无线信号。
64.无人机作为民用的或者军用的设备，在使用中出现一种困境。即无人机的使用者无法获得当前区域的精准的地图。
65.无人机本身具备一定的自主控制功能，即无人机不需要操控者实时的、不停止的控制。这种自主控制功能在战场等复杂使用环境上很有用，因为，无人机的操控者并非坐在办公室，而是在复杂环境的现场，难以一直保持对无人机的控制。而无人机的自主控制功能可以确保在无人操作时，能够停留或者前往制定区域而不会掉落。
66.通过自主控制功能，使第三方协助无人机完成任务成为可行的方案。具体无人机可以实现的任务种类不限，本实施例以军事用途为例子。
67.现实中，通过大数据处理，能够结合军事人员和平民拍摄的短视频，确定军事目标的位置和属性。
68.那么同样的，北斗卫星可以设置一个处理服务器，或者卫星可以将短报文(加密后)集中发射给某一个处理服务器。服务器根据短报文所包括的信息，基于一般性或者特殊的大数据处理算法，可以分析得到某一个区域的区域属性。
69.例如，人员n1～n99，反馈短报文，短报文的内容包括区域坐标、区域属性，回复标记。
70.其中，通过短报文的区域坐标集合，可以确定具体的区域范围。
71.根据区域属性，可以确定当前区域是否属于危险区域，例如存在持有防空设备的人员或者防空系统；或者确定该区域存在目标，例如敌方军事人员、设备或者其他打击目标。
72.回复标记，可以包括用于协助无人机运动的辅助信息和用于控制无人机运动的指示信息。例如，无人机需要协助时，通知无人机当前区域的属性，让无人机自主控制是否避开或者更改运动参数；而发现重要目标，需要无人机进行侦查或者打击。
73.具体的实施例：
74.无人机从a区域到d区域，距离100km。无人机可以在2m～2km的空中飞行。
75.无人机理论上，可以一直在2km的空中飞行，可以省油，但是容易被检测并被击落。但是，如果，如果无人机在5m的空中飞行，则不容易被检测。但是无人机本身无法知道会在哪一个区域应该高空飞行以防止碰到树枝、建筑物或者被路人击落，在哪一个区域应该低空飞行以降低被防空系统攻击的风险。
76.在本方案的基础上的解决方式：
77.根据卫星图像识别a区域到d区域，可以大致确定一条路线，然后结合北斗定位，可以编辑得到一个原始的路径。
78.放飞无人机，无人机根据原始的路径飞行。
79.在a区域和d区域，分布有持有北斗终端的人员或者设备。这些第三方，通过北斗终端，可以确定当前的位置，通过肉眼观察或者设备的测量功能，获得区域属性，输出短报文。然后第三方可以转移以降低风险。
80.处理服务器，获取短报文，集合其中的位置坐标信息和对应的区域属性，例如a1区域危险，b2区域无风险，c1区域为作战区域，d1区域为平民区等。
81.无人机获取区域属性(为什么不是全部获取
···
因为是短报文而不是长报文)，根据风险等级可以调节运动参数，最简单来说，可以飞高或者飞低。复杂一点，可以让无人机执行复杂的功能，例如执行侦查与打击任务，进入c1区域则开启电磁对抗，进入d1区域则不允许使用武器等。
82.上述实施例内容，理论上可以让每一个人员配备一个无人机控制器，实时指导路过的无人机也可以替代。
83.但是实际上会遇到很多问题，第一，无人机控制需要一定的培训，不是谁都能直接控制，而且还会涉及控制权的分配问题。反而编辑短报文非常简单，甚至不需要培训，并且
耗时短，降低人员的风险。如此，就能够在短时间内容获取大量的信息。
84.成本问题，无人机控制器需要硬件支持
·····
类似手机之类的通信器材，具有地域性，并不能做到真正的全球通。而北斗终端
···
既然带在身上，一定是有其必要性，不会考虑成本，并且也不会担心突然中断，除非北斗卫星本身被攻击
···
。
85.进一步的，可以设置一个短报文发射器，然后在设置有北斗芯片的手机安装app，app可以获取本身北斗芯片采集的位置信息，然后将app获取的文字信息传输到短报文发射器，让短报文发射器转发给卫星。
86.本发明提供一种基于星基播放服务的无人机控制系统，包括：
87.第一单元，用于使无人机沿初始路径运动，输出用于描述目标区域位置的第一短报文；
88.第二单元，用于使太空服务器根据所述第一短报文输出第二短报文；
89.第三单元，用于使所述目标区域的星基播放服务终端根据所述第二短报文输出包括回复标记和目标区域属性的第三短报文；
90.第四单元，用于使所述太空服务器根据所述回复标记，处理所述第三短报文并输出第四短报文；
91.第五单元，用于使所述无人机根据所述第四短报文中的目标区域属性，调节控制参数。
92.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
93.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
94.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。