本發(fā)明涉及測量領域，具體涉及一種基于四向角度校正的無人機及校正控制方法。

背景技術：

今年，隨著社會經(jīng)濟和科學技術的發(fā)展，在軍事和民用領域，航空技術受到了廣泛的關注。未來航空技術也是重要的發(fā)展趨勢。隨著航空技術的發(fā)展，越來的越多的科技設備都可以裝載于無人機中，例如監(jiān)測傳感設備、通訊設備、定位設備、拍攝設備等，都廣泛的應用于航空技術領域中。

其中，通過在無人機中裝載的設備，可以實現(xiàn)對地面的圖像的監(jiān)控、空中高度的測量等，而且不同的高空高度具有不同的監(jiān)測環(huán)境，而且非預期的測量角度(例如傾斜)會使得測量數(shù)據(jù)失真，例如拍攝照片的錯位等，那么精確的在某一高度進行測量變的尤為重要。然而，目前無人機在對地面進行監(jiān)測時，由于受到外界環(huán)境的影響(例如風、氣壓、高度等)，往往無法在期望的角度，利用例如照相機等設備進行準確的拍攝。雖然現(xiàn)有技術中已經(jīng)存在陀螺儀等測量設備來進行角度測量，從而實現(xiàn)角度校正的設備，但是依然無法滿足高精度的測量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種能夠提高測量精度，精確測量傾斜角度變化趨勢后進行無人機的角度校正，從而提高監(jiān)測效率，提高監(jiān)測精度的基于四向角度校正的無人機及校正控制方法。

本發(fā)明提供了一種基于四向角度校正的無人機，包括機體，以及四個與機體連接的機臂及與其對應旋翼及其動力裝置，以及角度校正裝置，其中相鄰機臂之間的夾角為90°；

其中角度校正裝置包括第一、第二、第三、第四測量裝置和標定器，第一、第二、第三、第四測量裝置分別通過連桿設置于四個機臂上，并且第一、第二、第三、第四測量裝置分別能夠收縮后容納于四個機臂內部；

標定器通過柔性連接線設置于機體上，并且標定器能夠收納于機體內部；

其中第一、第二、第三、第四測量裝置都包括外殼、底座、第一距離測量單元和第二距離測量單元，底座的上端與外殼的下端固定連接，第一距離測量單元和第二距離測量單元分別設置于底座的下端；第二距離測量單元的信號發(fā)射方向垂直向下，并且與第一距離測量單元的信號發(fā)射方向的夾角為5°，第一、第二、第三、第四測量裝置設置于同一高度，第一、第二、第三、第四測量裝置的第一、二距離測量單元的信號發(fā)射方向分別在同一平面上，并且第一、第二、第三、第四測量裝置的第二距離測量單元分別位于遠離的標定器的一側；

第一、第二、第三、第四測量裝置的外殼的外壁上分別設置有測距傳感器，測距傳感器的設置位置在水平方向與標定器的下沿齊平；

標定器具有刻度，并且其在刻度范圍內設置具有對測距傳感器發(fā)射的信號進行感應，并且實時的記錄感應位置的感應器；標定器的下端設置有用于測量標定器到地面的垂直距離的標定傳感器。

其中，外殼的內腔容納電子器件。

其中，標定傳感器為高度測量傳感器。

本發(fā)明還提供了一種對基于四向角度校正的無人機進行校正控制的方法，依次包括如下步驟：

(1)控制飛行器，使得飛行器位于飛行空間，控制測量裝置和標定器分別從飛行器的機臂和機體中伸出位于預期的位置；

(2)進行初始化校準：利用第一、第二、第三、第四測量裝置的測距傳感器發(fā)射測距信號至標定器，標定器實時感應測距傳感器發(fā)射測距信號的感應位置，調整測距傳感器發(fā)射測距信號的發(fā)射角度使得發(fā)射信號對準標定器的0點；

(3)通過標定器測量標定器到地面的垂直距離，用測量得到的標定器到地面的垂直距離減去測距傳感器的信號水平發(fā)射方向到第二距離測量單元的發(fā)射測量起點之間的距離，得到第一距離；

(4)利用第一距離和第一距離測量單元的信號發(fā)射方向關系，分別計算得到第一、第二測量的第一測量單元發(fā)射方向上到地面的第二距離；

(5)利用第一、第二、第三、第四測量裝置的第一、二距離測量單元分別測量對應方向上的第一、二測量距離，將第一、二測量距離分別和第一、二距離分別對比，如果兩者相同則進入步驟(5)，否則則調整搭載平臺的傾斜角后，重復步驟(2)-(4)；

(6)通過測距傳感器測量到標定器的0點的標定距離；

(7)分別利用第一、第二、第三、第四測量裝置的第一、二距離測量單元和測距傳感器實時測量，根據(jù)測量結果實時調整飛行器的傾斜角度。

其中，步驟(7)中根據(jù)測量結果實時調整飛行器的傾斜角度具體為：

a.如果第一測量裝置的第一、二距離測量單元和第三測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器的測量路徑增大，且第一測量裝置的測距傳感器和第三測量裝置的第一距離測量單元的測量路徑減小，則搭載平臺的傾斜角度向第三測量裝置的第一距離測量單元的一側調整；

b.如果第一測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器和第二測量裝置的第一、二距離測量單元的測量路徑增大，且第一測量裝置的第一距離測量單元和第二測量裝置的測距傳感器的測量路徑減小，則搭載平臺的傾斜角度向第一測量裝置的第一距離測量單元的一側調整；

c.如果第二測量裝置的第一、二距離測量單元和第四測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器的測量路徑增大，且第二測量裝置的測距傳感器和第四測量裝置的第一距離測量單元的測量路徑減小，則搭載平臺的傾斜角度向第四測量裝置的第一距離測量單元的一側調整；

d.如果第二測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器和第四測量裝置的第一、二距離測量單元的測量路徑增大，且第二測量裝置的第一距離測量單元和第四測量裝置的測距傳感器的測量路徑減小，則搭載平臺的傾斜角度向第二測量裝置的第一距離測量單元的一側調整；

e.如果第一、第二、三、四測量裝置的第一、二距離測量單元和測距傳感器的測量路徑不變，則搭載平臺的傾斜角度不調整。

其中，飛行器的傾斜角度的調整方式為增大或減小對應旋翼及其動力裝置的功率。

其中，還包括步驟(8)：利用步驟(3)得到的第一距離和步驟(7)中第一距離測量單元實時測量的距離，通過三角函數(shù)得到傾斜角度。

其中，還包括步驟(9)：利用預存的校準的測距傳感器發(fā)射測距信號的路徑長度對應的刻度與傾斜角度的關系，通過感應器實時感應的刻度位置得到傾斜角度。

本發(fā)明的基于四向角度校正的無人機及校正控制方法，可以實現(xiàn)：

1)實時獲取傾斜角度，動態(tài)調整傾斜角度；

2)在現(xiàn)有角度測量后校正的基礎上，對傾斜角度進行進一步的精細測量，能夠提高測量精度，監(jiān)測效率。

附圖說明

圖1為基于四向角度校正的無人機結構示意圖

圖2為角度校正裝置結構示意圖

圖3為標定器的結構示意圖

圖4為角度校正原理示意圖

具體實施方式

下面詳細說明本發(fā)明的具體實施，有必要在此指出的是，以下實施只是用于本發(fā)明的進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域技術熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內容對本發(fā)明做出的一些非本質的改進和調整，仍然屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明提供了一種基于四向角度校正的無人機及校正控制方法，如圖1、2所示，基于四向角度校正的無人機包括機體10，四個與機體10連接的機臂11，旋翼及其動力裝置9，以及角度校正裝置1，其中相鄰機臂11之間的夾角為90°，校正裝置1的結構如圖2所示。

其中，角度校正裝置包括第一、第二、第三、第四測量裝置和標定器7，第一、第二、第三、第四測量裝置分別通過連桿設置于四個機臂11上，并且第一、第二、第三、第四測量裝置分別可以收縮后容納于四個機臂11內部，從而可以節(jié)約空間，提高效率的同時在測量裝置不工作時進行保護，標定器7通過柔性連接線設置于機體10上，并且標定器7可收納于機體10內部；

其中第一、第二、第三、第四測量裝置都包括外殼2、底座3、第一距離測量單元4、第二距離測量單元5，底座3的上端與外殼2的下端固定連接，外殼2的內腔可容納電子器件，例如處理電路等；第一距離測量單元4、第二距離測量單元5分別設置于底座3的下端；第二距離測量單元5的信號發(fā)射方向垂直向下，并且與第一距離測量單元4的信號發(fā)射方向的夾角為5°，第一、第二、第三、第四測量裝置設置于同一高度，第一、第二、第三、第四測量裝置的第一、二距離測量單元的信號發(fā)射方向分別在同一平面上，并且第一、第二、第三、第四測量裝置的第二距離測量單元分別位于遠離的標定器的一側。

第一、第二、第三、第四測量裝置的外殼2的外壁上分別設置有測距傳感器6，測距傳感器6的設置位置在水平方向上與標定器7的下沿齊平，即定標器7的下沿與測距傳感器位于同一高度，這樣可以通過標定器7來測量垂直距離，根據(jù)測量裝置的設計尺寸，通過標定器7測量的垂直距離減去測距傳感器6的水平方向到第二距離測量單元的發(fā)射測量起點之間的距離，得到在沒有發(fā)生傾斜時第二距離測量單元測量的垂直距離，通過計算同時得到第一距離測量單元到底面的距離。

在進行校正工作時，因為標定器7受到重力的作用，而柔性連接線并不會限制標定器7的移動，因此，當飛行器傾斜的時候，標定器7依然會受到重力的作用，自身不會發(fā)生相對的傾斜，那么可以利用標定器7進行標定。如圖3所示，標定器7具有刻度，中間為0，向上為正，向下為負，并且其在刻度范圍內具有感應器，從而可以對測距傳感器6發(fā)射的信號進行感應，實時的記錄感應位置。

圖4為角度校正原理示意圖，首先，通過標定器7進行初始化校準，第一、第二、第三、第四測量裝置的測距傳感器6分別發(fā)射測距信號，并且發(fā)射信號對準標定器7的0點，在進行校正的過程中，如果沒有發(fā)生傾斜，則第二距離測量單元5的信號發(fā)射方向垂直向下，并且第一距離測量單元4的信號發(fā)射方向與其夾角為5°。當發(fā)生在某一方向的傾斜時，標定器7受到重力的作用依然垂直向下，測距傳感器6的發(fā)射信號路徑e、f、g、h、第一、二距離測量單元的發(fā)射信號路徑a，b都會發(fā)生偏移，圖3為第一測量裝置的變化情況(第二、三、四裝置原理類似)，當飛行裝置朝右側傾斜的時候，測距傳感器6的發(fā)射信號路徑e變短，發(fā)射信號對準標定器7的負刻度，第一、二距離測量單元的發(fā)射信號路徑a，b同時變大為a’，b’,那么通過判斷各個路徑就可以得到傾斜角度的情況，從而對搭載平臺進行角度的調整。

本發(fā)明還提供了一種對基于四向角度校正的無人機進行校正控制的方法，依次包括如下步驟：

(1)控制飛行器，使得飛行器位于飛行空間，控制測量裝置和標定器分別從飛行器的機臂和機體中伸出位于預期的位置；

(2)進行初始化校準：利用第一、第二、第三、第四測量裝置的測距傳感器發(fā)射測距信號至標定器，標定器實時感應測距傳感器發(fā)射測距信號的感應位置，調整測距傳感器發(fā)射測距信號的發(fā)射角度使得發(fā)射信號對準標定器的0點；

(3)通過標定器測量標定器到地面的垂直距離，用測量得到的標定器到地面的垂直距離減去測距傳感器的信號水平發(fā)射方向到第二距離測量單元的發(fā)射測量起點之間的距離，得到第一距離；

(4)利用第一距離和第一距離測量單元的信號發(fā)射方向關系(5°的夾角)，分別計算得到第一、第二測量的第一測量單元發(fā)射方向上到地面的第二距離；

(5)利用第一、第二、第三、第四測量裝置的第一、二距離測量單元分別測量對應方向上的第一、二測量距離，將第一、二測量距離分別和第一、二距離分別對比，如果兩者相同則進入步驟(5)，否則則調整搭載平臺的傾斜角后，重復步驟(2)-(4)；

(6)通過測距傳感器測量到標定器的0點的標定距離；

(7)分別利用第一、第二、第三、第四測量裝置的第一、二距離測量單元和測距傳感器實時測量，根據(jù)測量結果實時調整飛行器的傾斜角度。

其中，步驟(7)中根據(jù)測量結果實時調整飛行器的傾斜角度具體為：

a.如果第一測量裝置的第一、二距離測量單元和第三測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器的測量路徑增大，且第一測量裝置的測距傳感器和第三測量裝置的第一距離測量單元的測量路徑減小，則搭載平臺的傾斜角度向第三測量裝置的第一距離測量單元的一側調整；

b.如果第一測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器和第二測量裝置的第一、二距離測量單元的測量路徑增大，且第一測量裝置的第一距離測量單元和第二測量裝置的測距傳感器的測量路徑減小，則搭載平臺的傾斜角度向第一測量裝置的第一距離測量單元的一側調整；

c.如果第二測量裝置的第一、二距離測量單元和第四測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器的測量路徑增大，且第二測量裝置的測距傳感器和第四測量裝置的第一距離測量單元的測量路徑減小，則搭載平臺的傾斜角度向第四測量裝置的第一距離測量單元的一側調整；

d.如果第二測量裝置的第二距離測量單元、測距傳感器和第四測量裝置的第一、二距離測量單元的測量路徑增大，且第二測量裝置的第一距離測量單元和第四測量裝置的測距傳感器的測量路徑減小，則搭載平臺的傾斜角度向第二測量裝置的第一距離測量單元的一側調整；

e.如果第一、第二、三、四測量裝置的第一、二距離測量單元和測距傳感器的測量路徑不變，則搭載平臺的傾斜角度不調整。

其中，飛行器的傾斜角度的調整方式為增大或減小對應旋翼及其動力裝置的功率。

其中，利用預存的校準的測距傳感器發(fā)射測距信號的路徑長度對應的刻度與傾斜角度的關系，通過感應器實時感應的刻度位置得到傾斜角度。

本發(fā)明中的參數(shù)部分可以通過直接設置、測量的方式獲取，其他參數(shù)可以通過計算或其他本領域公知的方式獲得，另外本發(fā)明是在在不明顯傾斜的情況下進行的精確微調整，對于一些傾斜較大，或者極端的情況下不適用的技術方案都應當排除，本發(fā)明是在合理的預期下完成，任何不適用的參數(shù)、公式、方案也都應排除。

盡管為了說明的目的，已描述了本發(fā)明的示例性實施方式，但是本領域的技術人員將理解，不脫離所附權利要求中公開的發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以在形式和細節(jié)上進行各種修改、添加和替換等的改變，而所有這些改變都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍，并且本發(fā)明要求保護的產(chǎn)品各個部門和方法中的各個步驟，可以以任意組合的形式組合在一起。因此，對本發(fā)明中所公開的實施方式的描述并非為了限制本發(fā)明的范圍，而是用于描述本發(fā)明。相應地，本發(fā)明的范圍不受以上實施方式的限制，而是由權利要求或其等同物進行限定。