[发明专利]一种无人机飞行控制系统以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行控制器技术领域，特别是涉及一种无人机飞行控制系统以及方法。

背景技术

目前装载高集成度飞行控制器(简称飞控)的无人机广泛应用于农业、军事、航模运动和消费级产品中，在农业、军事和消费级产品应用中，无人机的用途越来越广，比如农业植保、火力、敌情侦察、航拍测绘等。

就目前而言，高集成度的飞行控制器带给飞手非常大的便利，早期的旋翼无人机如直升机只有陀螺仪作为辅助来控制直升机飞行姿态，后来随着多旋翼无人机的迅速发展，各类无人机飞行控制器也如雨后春笋般涌现出来，其中各类开源飞控，如法国的开源KK飞控，MWC(MultiWii Copter)开源飞控，APM开源飞控和Pixhawk开源飞控；商业飞控，如大疆A2飞控、NAZA系列飞控，零度飞控，极飞(XAircraft)super X飞控等等。这些飞控基本都集成了加速度传感器、气压传感器、电子罗盘传感器(GPS)等，能够实现自稳飞行、定高飞行、定点飞行等控制，飞行控制过程中大大降低了操作难度和复杂性。不过随着消费级无人机的兴起，这些传统的飞行控制模式逐渐在向人性化、可靠性方向发展，比如失控返航、失控保护、飞行路线规划等等，这就要求飞行控制器不仅要在可靠性方面做出一定改进，还需要增加硬件和软件来实现一些人性化的功能来解决当前遇到的某些问题。

失控返航和飞行路线规划是目前比较流行的无人机地面站设置，但是无论哪种设置，都是基于电子罗盘传感器和气压传感器实现定点和定高飞行的，如果飞行过程中遇到障碍物，无人机是无法感知障碍物的存在而撞机坠毁的。特别在高楼林立的都市，一旦启动失控返航，无人机将会按照地面站设定高度和路线返航，很容易撞到高大的建筑物上。所以，设计一种可以实现无人机自动避障的飞行控制器，可以有效帮助无人机自动实现躲避障碍物按照设定的方向移动。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机飞行控制系统以及方法，以解决现有无人机按照设定路线进行航行时容易撞到障碍物的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无人机飞行控制系统，包括：摄像装置、遥控器、处理器以及航姿操纵机构；

其中，所述摄像装置至少包括两个设置在无人机上的摄像头，用于获取所述无人机当前所处环境的双目图像；

所述处理器与所述摄像装置相连，用于获取所述双目图像；对所述双目图像进行图像处理，生成三维重建模型；根据所述三维重建模型检测所述无人机当前所处环境中是否存在障碍物；如果是，则确定所述障碍物与所述无人机的距离；并通过无线传输获取所述遥控器的指令，同时根据确定得到的所述距离生成避障指令，以控制所述航姿操纵机构执行相应的避障动作；

所述处理器与所述摄像装置相连，用于获取所述双目图像；对所述双目图像进行图像处理包括使用ORB算法提取特征，并在每个超像素块中进行融合作为该超像素块的特征；

所述处理器能够进行参数学习，采用极大似然估计方法实现求解条件随机场模型的参数问题，通过学习训练出分类模型。

可选地，所述处理器采用微控制器以及FPGA实现；所述微处理器与所述FPGA协同运行，用于对生成的图像数据进行亚像素提取后再做三维重建，并根据三维重建模型计算所述障碍物与所述无人机的距离。

可选地，所述微处理器为STM32F407ZET6微控制器，采用LQFP144封装，具有144个引脚，还具备浮点运算单元。

可选地，所述FPGA还用于对所述摄像头产生行同步HSYNC和场同步VSYNC，以使两个摄像头同步工作。

可选地，还包括：传感器模块，包含MTI姿态传感器、六轴姿态传感器、三轴磁场传感器以及气压计；其中，所述MTI姿态传感器采用MTI-300；所述六轴姿态传感器采用MPU-6000；所述三轴磁场传感器采用HMC5883L；所述气压计采用MS5611高分辨率气压传感器。

可选地，所述遥控器采用2.4GHz的FUTABA遥控器。

可选地，还包括：激光雷达探测器，用于实时探测所述无人机当前所处环境是否存在障碍物，并将获取到的障碍物信息发送至所述处理器；所述处理器用于接收所述障碍物信息，确定所述障碍物的位置。

本发明还提供了一种无人机飞行控制方法，包括：

通过设置在无人机上的摄像头获取所述无人机当前所处环境的双目图像；

获取所述双目图像，对所述双目图像进行图像处理，生成三维重建模型；