[发明专利]一种无人机航迹规划和远程同步操控方法

说明书

技术领域

本发明涉及无人机控制领域，具体应用在包括手机、平板电脑的智能移动设备与无人机组成的系统。

背景技术

无人机技术已进入全面发展时期，在导航方面已日趋成熟，但是在民用领域，特别是家庭用场所以及娱乐场合方面，仍旧没有一种成熟的无人机系统出现，总结起来有三点原因制约了民用领域无人机的发展；第一点是由于无人机操作难度较大，新手无法快速上手使用，否则就会因为操作的生疏而随时面临炸机的风险，这种结果既是金钱的浪费，又对用户的人身安全造成了一定威胁；第二点是操作系统与无人机交互这一环节，现今大多数地面站均在电脑上面执行，操作过程使用鼠标、键盘这些外部设施，从而导致复杂的操作性以及用户的低体验性，使得用户对使用这类系统兴趣缺乏；第三点，同样是由于大多数地面站均在电脑上面执行，这就制约了使用的场地环境，使得用户只能在电脑能够活动的一定范围内操作无人机。

本系统针对上述三大问题，提出了一种新型无人机航迹控制方法，可以广泛应用于包含手机、平板电脑的智能移动设备上，大大提高了无人机系统的灵活性，通过倾斜、滚转智能移动设备，采集设备上陀螺仪、加速度计输出的角度数据，使无人机做出与设备相同的动作，通过触摸屏来控制无人机的飞行状态，使操作无人机系统变的像玩游戏一样简单，对于推广民用无人机市场有很好的帮助。

发明内容

为了使无人机系统能够提供给用户更低的入门门槛，更好的操作体验性以及更便利的使用环境，本发明提供了一种成本低、适应性好、结构稳定的无人机航迹控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种无人机航迹规划和远程同步操控方法，其特征在于应用的装置为无人机系统，该系统包含如下两大部分：无人机和智能移动设备，智能移动设备上安装有触摸屏、陀螺仪和加速度计；

无人机包括以下部分：

1)航姿参考系统：航姿参考系统包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁罗盘；

2)GPS接收机；

3)定高模块，由气压高度传感器、超声波传感器组成；

4)通讯模块，包括无线数据传输模块和Wi-Fi；当在远距离时使用无线数据传输模块，在近距离时使用Wi-Fi发送与接收数据；

5)飞行控制板，核心处理器为单片机芯片，负责接收上述四种模块发送的信息，数据处理，控制无人机飞行，同时通过串口与通讯模块相连，与智能移动设备通讯；

6)由电机、舵机、电子调速器、电池组成的无人机硬件系统；

无人机飞行模式分为两种：

1)进入远程同步飞行模式后，通过倾斜、滚转智能移动设备，采集智能移动设备上陀螺仪、加速度计输出的角度数据，远程同步操作无人机飞行姿态，达到通过智能移动设备的姿态来同步操控无人机的飞行姿态。智能移动设备接收、显示无人机飞行姿态数据，应用触摸屏设置指令或飞行信息，将指令或飞行信息通过无线数据传输模块或者Wi-Fi发送回无人机。 

2)进入航点飞行模式后，在智能移动设备上设定无人机飞行所要经过的经纬度坐标点，将这些坐标点数据发送回飞行控制板，并与无人机上GPS接收机测得的当前坐标点进行对比，计算出偏航角、偏航距，无人机作为执行端，通过三轴陀螺仪输出的角速度积分后得到角度数据，通过三轴加速度计输出的加速度、三轴磁罗盘输出的磁通量结果计算出另一组角度数据，再将两组角度数据融合成一组，从而得到相对准确的角度数据；将计算出的相对准确角度与预期角度对比，调整舵机转角，达到平稳飞行目的；将无人机的姿态信息，实时传回智能移动设备，并在智能移动设备上显示无人机的姿态信息。

定高飞行方面，在距地面4米以下高度时，气压高度传感器、超声波传感器共同作用测高，在距地面4米以上高度时，气压高度传感器、GPS接收机的高度数据共同作用测高；通讯方面，通过外接无线数据传输模块或者Wi-Fi发送给智能移动设备，同时接收智能移动设备发出的控制信息并执行相应的飞行操作。

智能移动设备为于智能手机或平板电脑这些能够安装android、windows phone、iOS系统的设备，并具有陀螺仪、加速度计这类可计算角度的传感器。

本发明的整体有益效果是：

1、采用智能移动设备作为载体，使本系统可以在更复杂环境下使用，并且移动性大大增强。

2、使用智能移动设备上实现的两种飞行模式，将带给用户更好的操作体验性。

3、降低了用户的入门操作门槛，使用户不必知道无人机的执行过程，只需指定其飞行结果即可。