[发明专利]无人机闭环控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种无人机闭环控制系统及控制方法，在无人机飞行过程中，发射声波信号时同步发射同步命令信号，各个声波接收器以接收到同步命令信号的时间作为声波信号发射时间，并在接收到声波信号后确定声波信号从声波发射器到声波接收器的传送时间。进而结合测定的声波信号在空间中的传播速度，得到各个声波发射器与各个声波接收器之间的直线距离，从而确定各个声波发射器的位置并对无人机进行定位。进一步，将实时得到的无人机的位置作为控制反馈量与预设轨迹作比对以得到动态误差量，以修正所述遥控指令，通过反复迭代上述过程进一步缩小动态误差量以完成对无人机的闭环控制。本方案算法简单，且不受多径干扰，测距和定位精度也较高。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种无人机闭环控制系统及控制方法。

背景技术

多旋翼无人机是近年来逐步普及的一种短距离航空器，较多应用在航拍、巡检、快递等无人作业场景之中。这些应用场景中，无人机多在室外空间进行飞行，为使无人机飞行轨迹与预设航道保持一致，通常需要对无人机的空间位置进行定位并进行遥控。室外空间飞行定位技术通常使用的是GPS（Global Positioning System）/北斗等卫星导航定位方法，配合无人机自带的气压计、摄像头等传感器实现较为精确的定位。在另外一些室内应用场景中，无人机受到卫星基站信号减弱或者定位精度不足等影响，通常采用SLAM(simultaneous localization and mapping)即时定位与地图构建等技术，也有气压计和超声波等传感器参与辅助定位以提高精度。室内应用场景中无人机飞行的轨迹受到室内障碍物和复杂规划路径的影响，对无人机有更高的定位精度和控制要求。

为实现对无人机飞行轨迹的精准控制，最佳手段就是采用自动控制原理中常见的闭环控制方法，而此类闭环控制方法，要求对无人机位置能够精准定位并作为反馈量与规划路径位置进行比较，因此如何提高无人机的定位精度成为首要前提。

对于室内场景应用或者不适合利用GPS等卫星信号定位技术的有限空间应用场景，现有的利用摄像头、激光雷达及多种传感器融合技术的SLAM等技术成本相对较高，相对无人机的机载负荷过重并功耗较大，因此需要一种低成本、低功耗、低负荷的无人机定位技术及相应的闭环控制方法来解决这一难题。

通常无人机中超声波传感器参与定位的主要方式是类似于雷达的工作原理，即超声波发射与接收装置都安装在机载平台上，通过发射的超声波经环境反射至接收装置来测定传输时间以判断环境反射物与机载平台之间的距离，完成避障或者测定高度距离等功能。此种利用超声波的方式容易受到环境的干扰，超声波多径、绕射会导致距离判断容易出错。

发明内容

本发明解决的问题是现有对于室内场景下无人机的精准定位的技术中，利用摄像头、激光雷达及多种传感器融合技术的SLAM等技术成本相对较高，相对无人机的机载负荷过重并功耗较大，而利用超声波的方式容易受到环境的干扰，超声波多径、绕射会导致距离判断容易出错。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种无人机闭环控制系统，包括：

无人机；

飞行遥控装置，用于控制所述无人机做飞行运动；

在无人机的机载平台上的不同部位设置有若干个声波发射器，在无人机飞行过程中，所述声波发射器和无人机分别实时同步发射声波信号和同步命令信号；

多个声波接收器和计时器，其中所述声波接收器用于在接收到同步命令信号时启动计时器，并在接收到声波信号时关闭计时器，以确定声波信号从各个声波发射器到各个声波接收器的传送时间；

闭环控制系统处理器，用于基于声波信号从各个声波发射器到各个声波接收器的传送时间和测定的声波信号在空间中的传播速度，确定各个声波发射器与各个声波接收器之间的直线距离，并根据各个声波发射器与各个声波接收器之间的直线距离实时确定各个声波发射器的位置，以及根据各个声波发射器的位置确定无人机的位置。