一種飛行器的自主降落方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種飛行器的自主降落方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、軍事上都有很多應(yīng)用。飛行器的自主降落具有以下重要意義： 飛行器的起降是飛行器整個(gè)飛行階段中最容易發(fā)生故障的階段，飛行器自主降落功能是飛 行器自主飛行功能的先決基礎(chǔ)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中飛行器采用的降落方式一般由飛行器的操作者進(jìn)行手動(dòng)降落，操作者 通過(guò)撥桿控制飛行器降落。用戶(hù)手動(dòng)的方式對(duì)用戶(hù)的操作能力有要求，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤操作 使飛行器傾斜、翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致飛行器部件損害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種飛行器的自主降落方法和系統(tǒng)，可較為有效地實(shí)現(xiàn)飛行 器的自動(dòng)、精準(zhǔn)降落。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供以下技術(shù)方案：
[0006] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種飛行器的自主降落方法，包括：
[0007] 獲取飛行器的飛行信息，并基于拍攝的圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)出降落目標(biāo)點(diǎn)的降落位置；
[0008] 根據(jù)所述飛行信息和所述降落位置，預(yù)測(cè)出所述飛行器向所述降落目標(biāo)點(diǎn)降落的 飛行控制策略；
[0009] 根據(jù)預(yù)測(cè)出的所述飛行控制策略控制所述飛行器飛行，使所述飛行器降落到所述 降落位置。
[0010] 第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種飛行器的自主降落系統(tǒng)，包括：
[0011] 信息獲取模塊，用于獲取飛行器的飛行信息，并基于拍攝的圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)出降落 目標(biāo)點(diǎn)的降落位置；
[0012] 預(yù)測(cè)模塊，用于根據(jù)所述飛行信息和所述降落位置，預(yù)測(cè)出所述飛行器向所述降 落目標(biāo)點(diǎn)降落的飛行控制策略；
[0013] 飛行控制模塊，用于根據(jù)預(yù)測(cè)出的所述飛行控制策略控制所述飛行器飛行，使所 述飛行器降落到所述降落位置。
[0014] 第三方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種飛行器的自主降落系統(tǒng)，包括：視覺(jué)傳感器、 慣性測(cè)量單元頂U(kuò)、全球定位系統(tǒng)GPS、處理器和存儲(chǔ)器，其中，
[0015] 所述視覺(jué)傳感器、所述MU、所述GPS，用于在所述處理器的調(diào)度下獲取飛行器的 飛行信息，所述視覺(jué)傳感器還用于拍攝降落目標(biāo)點(diǎn)，生成基于拍攝的圖像數(shù)據(jù)；
[0016] 所述處理器，用于執(zhí)行前述第一方面中所述的飛行器的自主降落方法；
[0017] 所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述視覺(jué)傳感器、所述MU、所述GPS和所述處理器執(zhí)行時(shí) 的數(shù)據(jù)。
[0018] 通過(guò)以上對(duì)本發(fā)明的描述可知，本發(fā)明存在以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例中，飛行器降落的全過(guò)程中可以按照預(yù)測(cè)的飛行控制策略實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn) 的自主降落，對(duì)準(zhǔn)降落過(guò)程中對(duì)降落位置的鎖定減弱了飛行器在降落過(guò)程中的震蕩，使得 降落更平滑，更快速。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種飛行器的自主降落方法的流程方框示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種飛行器的自主降落方法的交互過(guò)程示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種飛行器的偏航角計(jì)算示意圖；
[0024] 圖4-a為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種飛行器的自主降落系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4-b為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種飛行器的自主降落系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4-c為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種飛行器的自主降落系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種飛行器的自主降落系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖.
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種飛行器的自主降落方法和系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)飛行器的精準(zhǔn) 降落，使得降落更平滑，更快速。
[0029] 為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明 實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述 的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030] 本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)"包括"和"具有"以及他們的 任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，以便包含一系列單元的過(guò)程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè) 備不必限于那些單元，而是可包括沒(méi)有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過(guò)程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固 有的其它單元。
[0031] 以下分別進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0032] 本發(fā)明飛行器的自主降落方法的一個(gè)實(shí)施例，可應(yīng)用于飛行器的控制處理中，尤 其適用于對(duì)小型飛行器的降落控制中，請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的飛 行器的自主降落方法，可以包括如下步驟：
[0033] 101、獲取飛行器的飛行信息，并基于拍攝的圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)出降落目標(biāo)點(diǎn)的降落位 置。
[0034] 在本發(fā)明實(shí)施例中，飛行器的起降是飛行器整個(gè)飛行階段中最容易發(fā)生故障的階 段，飛行器自主降落功能是飛行器自主飛行功能的先決基礎(chǔ)。飛行器受限于鋰電池的電量 以及其他的限制（如拍攝視頻，內(nèi)存卡的大小）和工作需要（如物流領(lǐng)域，需將物品停放于 指定地點(diǎn)），必須具備自主降落于指定位置的功能，例如降落于充電粧附近進(jìn)行自主充電。 飛行器的自主降落可以幫助用戶(hù)自行降落飛行器，從而極大的減小了降落過(guò)程中存在的風(fēng) 險(xiǎn)。因此有必要對(duì)飛行器的自主降落中采用的降落控制算法進(jìn)行研宄，本發(fā)明恰好提供了 飛行器的精準(zhǔn)自主降落方案。在本發(fā)明中，飛行器處于飛行狀態(tài)時(shí)有自己的位置、速度、加 速度、飛行高度等參量，如圖2所示，本發(fā)明中借助于在飛行器中內(nèi)置的多種傳感器（以?xún)?nèi) 置有傳感器1、傳感器2、…、傳感器n為例）從飛行器中反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳感器觀測(cè)，多種傳 感器從飛行器中反饋信號(hào)，由于飛行器處于飛行狀態(tài)時(shí)位置、速度、加速度等都是實(shí)時(shí)變化 的，這些實(shí)時(shí)可能變化的信號(hào)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，從而可以實(shí)時(shí)獲取到飛行器的飛行信息， 其中飛行信息是指飛行器處于飛行狀態(tài)時(shí)的各項(xiàng)飛行狀態(tài)參數(shù)，并且依據(jù)于飛行器內(nèi)置的 多種傳感器的各種類(lèi)型不同，實(shí)時(shí)獲取到的飛行信息的具體參量組成也可以有不同的表示 方式。
[0035] 具體的，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，獲取飛行器的飛行信息，具體可以包括：獲取 如下的至少一種信息作為飛行信息：飛行器的位置信息、速度信息、加速度信息、姿態(tài)信息 和飛行器對(duì)地的高度信息。其中，飛行器的位置信息為處于飛行狀態(tài)時(shí)的實(shí)時(shí)位置，飛行器 的位置信息可以是機(jī)體坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)，在飛行器的不同飛行時(shí)刻都對(duì)應(yīng)有具體的位 置，同樣的，飛行器的速度和加速度也可以描述飛行器的運(yùn)動(dòng)方式，飛行器的姿態(tài)信息可包 括飛行器的橫滾角（英文名稱(chēng)roll)，俯仰角（英文名稱(chēng)pitch)，航向角（英文名稱(chēng)yaw)， 飛行器的姿態(tài)信息用來(lái)控制飛行器保持水平或保持某一姿態(tài)角。其中，在飛行器領(lǐng)域中，航 向角也稱(chēng)之為偏航角，如圖3所示，可以利用圖像處理技術(shù)求解降落目標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)志方向，以 及飛行器的機(jī)頭方向與標(biāo)志方向的偏航角。飛行器對(duì)地的高度信息是指飛行器的飛行高 度，飛行器處于飛行狀態(tài)時(shí)隨著飛行器的姿態(tài)信息的變換，飛行器的飛行高度也可能實(shí)時(shí) 變化。
[0036] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，獲取飛行器的飛行信息，具體可以通過(guò)全球定位系統(tǒng) (GPS，Global Positioning System)、慣性測(cè)量單元（IMU，Inertial Measurement Unit)、 視覺(jué)傳感器獲取飛行器正在飛行時(shí)的飛行信息。
[0037] 具體的，在飛行器中可以?xún)?nèi)置GPS、IMU、視覺(jué)傳感器中的一種或多種，從而可以通 過(guò)GPS、MU、視覺(jué)傳感器來(lái)實(shí)時(shí)獲取飛行器的飛行信息，其中，視覺(jué)傳感器可以超聲波傳感 器（英文名稱(chēng)ultrasonic)和攝像機(jī)（英文名稱(chēng)camera)。進(jìn)一步的，在本發(fā)明的一些實(shí) 施例中，飛行器中的頂U(kuò)可內(nèi)置有三軸陀螺儀，三軸加速度計(jì)，三軸磁力計(jì)。舉例說(shuō)明如下： 本發(fā)明中，內(nèi)置于飛行器的傳感器主要包括但不限于以下幾種：GPS，camera，ultrasonic， MU。其中，GPS用于在室外提供飛行器的位置信息和速度信息。攝像機(jī)可以有一個(gè)或多個(gè)， 當(dāng)飛行器中內(nèi)置有一個(gè)攝像機(jī)時(shí)，通過(guò)單個(gè)攝像機(jī)和超聲波傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的視 覺(jué)測(cè)試，若有兩個(gè)或者更多的攝像機(jī)時(shí)，多個(gè)攝像機(jī)可以組成立體視覺(jué)系統(tǒng)，在室內(nèi)室外情 況下提供飛行器的位置信息和速度信息，同時(shí)利用攝像機(jī)檢測(cè)出降落目標(biāo)點(diǎn)的降落位置的 標(biāo)記，利用圖像處理技術(shù)求解標(biāo)記的降落位置以及飛行器的機(jī)頭方向與標(biāo)志方向的偏航 角，如圖3所示。立體視覺(jué)測(cè)速原理為：通過(guò)兩個(gè)攝像機(jī)基于圖像的匹配（例如鎖定兩個(gè)圖 像中的相同物體或者目標(biāo)），可以通過(guò)三角測(cè)量得到深度，進(jìn)而得到圖像上每一個(gè)像素點(diǎn)的 3D坐標(biāo)，通過(guò)前后兩幀的匹配，就可以知道飛行器在兩幀之間運(yùn)動(dòng)了多少，從而確定出飛行 器的飛行速度。另外，超聲波傳感器用于提供飛行器對(duì)地的高度信息，另外測(cè)高度也可能需 要附加激光測(cè)距儀或氣壓計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。頂U(kuò)通過(guò)內(nèi)置的三軸陀螺儀，三軸加速度計(jì)，三軸磁力 計(jì)提供飛行器的姿態(tài)信息，加速度和速度信息。本發(fā)明中可以采用GPS和視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全 環(huán)境下的定位測(cè)速，為室內(nèi)室外自主降落提供了先決條件。
[0038] 需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)飛行器內(nèi)置的多種傳感器可以得到飛行 器的飛行信息，對(duì)于不同傳感器的特點(diǎn)可以得到不同類(lèi)型的飛行信息，并且各種傳感器具 有各自獨(dú)立或者相互配合的信息獲取方式。其中，頂U(kuò)可以提供速度信息，但是提供的速 度信息誤差會(huì)隨時(shí)間累積，前述攝像機(jī)組成的立體視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)偶爾存在視覺(jué)信號(hào)丟失的問(wèn) 題，即視覺(jué)信號(hào)看不見(jiàn)時(shí)，可結(jié)合MU來(lái)對(duì)飛行信息進(jìn)行微調(diào)。例如，飛行器移動(dòng)過(guò)程中攝 像機(jī)看不到地上的marke