[发明专利]一种无人机自主飞行的云端控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及到一种无人机自主飞行的云端控制系统，具体涉及无人机飞行控制领域。

背景技术

无人机飞控系统的自主性是指无人机不依赖操作人员指令，仅依靠自身的监测设备和控制设备的支持完成所规定的任务的能力。无人机的控制方式主要以操作员简单遥控和预编程控制为主，同时无人机自主控制水平已经实现部分功能的智能化。随着无人机飞控系统智能化硬件水平的提高，具有自主控制能力的无人机飞控系统将实现场景的态势感知与模糊记忆学习能力，同时硬件之间的兼容的交互控制将逐渐处于主导地位，将逐渐实现无人机硬件系统的协同作业。在通信保持畅通的情况下，实现无人机自主控制，也可减轻操作员的工作负荷，实现智能自主控制，从而提高作业效能。

目前，无人机自主飞行的面临飞行的实际场景的识别精度差，在航线规划中的空间关系应用考虑欠缺，但是高性能的传感器、三维场景的快速建模以及云处理技术的突破为无人机的自主控制提供了可能。无人机在飞行过程中的自主飞行控制、自主航线规划决策、感知与回避处理机制和任务自适应控制等可以通过构建无人机云端智能自主控制系统形成解决方案。

发明内容

一种无人机自主飞行的云端控制系统对无人机的自主飞行领域提出了一种新的解决思路，利用GIS空间拓扑、倾斜摄影三维建模、云计算方面的成熟技术，引入到PID的飞行控制模式中，进行了飞行决策方面的自主设计，扩展了相应技术的应用范围。

一种无人机自主飞行的云端控制系统是一种基于云服务的无人飞控和数据实时处理的分布式的高性能控制结构。云端控制按照分布式递阶式的结构分为三层：信息感知层、数据组织层、飞行更新层。

在信息感知层，无人机系统具备全面的环境感知能力，包括在高度对抗的环境和恶劣气象(如雷暴、风切变、紊流)条件下，系统通过三轴角速率陀螺、三轴加速度计、三轴磁力计、双嘴空速传感器、气压高度计、5HzGPS接收机、温度传感器、高精度距离传感器等对环境感知和信息处理，对无人机的飞行姿态、航线偏移、航向、高度和马赫数进行实时的监测。

在数据组织层中，云端控制系统根据飞行任务确定无人机的飞行空间范围，根据所述飞行范围和高度调整三维图像航拍装置的图像采集角度，并结合DEM生成初步的航线规划，无人机在起飞后利用三维图像航拍装置执行航拍任务，利用地面站服务器把采集到的航片数据实时传输到后台的飞控云计算端中，在云计算端，利用高性能的云数据计算能力进行三维快速建模，实时的生成三维地形可视化影像数据；根据生成的三维渲染可视化地形影像数据，利用三维环境特征的提取、目标的辨识与识别。

在飞行更新层中，根据三维模型对无人机的状态参数和预设的飞行航线进行拓扑关系的空间分析；基于实时信息、分层分段分区域多方法相融合的实时任务规划策略，并根据无人机当前的位置信息和飞行状态参数，进行飞行态势的评估，确定所述无人机的姿态和航线调整信息。将所述调整信息发送所述无人机地面站服务器，地面站服务器利用通讯链路把信号传输给无人机的自驾仪，自驾仪根据所述调整信息调整当前的航向和速度以完成所述任务的飞行轨迹。

优选地，航拍数据的采集将利用到无人机的倾斜摄影技术，通过在同一航拍飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，确定所述无人机当前所在的空间信息，同时倾斜影像可实现单张影像量测，提高了三维环境特征的提取效率。

进一步，为保证无人机自主飞行控制，系统建立了以在线态势感知为中心的实时自主决策模块，特别引入了GIS中的拓扑空间关系，在对无人机航线规划、起飞和降落位置的地形的空间关系进行了空间位置关系分析，确定所述无人机的调整信息，并利用信息层的各种传感器对计算结果进行分析和验证，对航线和起降位置的合理性提供了再规划依据。

进一步，无人机的云端控制系统中建立了无人机的航线规划库、无人机起降预设模拟库，充分的利用云计算能力，根据无人机的实时姿态信息和空间关系进行飞行模型的动态调整，并实现了根据无人机的当前飞行状态进行后续任务的动态模拟飞行演示，提高无人机的自主智能监控能力。

进一步，无人机系统制定了发生了非预见的事件时的预警模式，在每一个航线点预设了应急航线变换，包括定线盘旋、定点盘旋、原路返航。如遇紧急情况，系统利用专用的返航备用电源变更到预先制定的应急模式中，实现无人机的应急处理机制。

优选的，所述的高分辨率照相机采用哈苏H4D-60相机；

优选的，数据的实时传输利用了4G网络；

本发明的有益效果：