[发明专利]一种松耦合无人机控制系统

权利要求书

1.一种松耦合无人机控制系统，包括无人机机载系统和地面控制系统；所述无人机机载系统包括：惯性系统模块、摄像头、机载控制器和无线通信模块；所述惯性系统模块、摄像头和无线通信模块均与机载控制器电连接；所述地面控制系统包括地面控制器和无线通信模块，所述地面控制器与无线通信模块电连接；所述无人机机载系统与地面控制系统通过各自的无线通信模块实现数据交互；所述惯性系统模块包括：加速度计、陀螺仪、地磁计；通过摄像头获取环境数据，计算出无人机的姿态和无人机周围环境状态，通过惯性系统模块获得数据也计算无人机的姿态，将两者无人机姿态进行融合，结合无人机周围的环境状态对无人机进行控制；

所述地面控制器与机载控制器均采用松耦合方式控制无人机；该松耦合方式控制无人机的控制方法为：

无人机机载系统端：

机载控制器将得到的数据以不同类别进行分类处理，包括有动力类数据、位置类数据与摄像头类数据，每一个类别中都包括：自身类别测量的原始数据、机载控制器的控制输出期望数据与地面控制器的控制输出期望数据；

当无人机在起飞的情况下或者不需要追踪目标的情况下，机载控制器需要订阅无人机的位置类数据与动力类数据，机载控制器对无人机的加速度数据、姿态数据、地磁计数据与环境气压数据进行分析计算，将数据融合转换为无人机在环境中的坐标数据，由无人机的实际坐标信息计算出无人机接下来需要实现的运动特性，在对运动特性进行分析之后输出动力类脉冲调制控制数据，控制电调将输出数据转换为电机需要的交流控制信号从而控制无人机运动；当无人机需要追踪目标时，机载控制器不仅需要订阅无人机 的位置类数据与动力类数据，还需要订阅摄像头类数据；机载控制器需要将摄像头类的目标深度数据、目标姿态数据、目标特征数据与目标测距数据进行分析计算，将目标进行提取并计算目标相对摄像头的坐标信息，然后通过坐标转换计算出目标相对无人机的坐标数据；由计算出的坐标数据计算无人机的运动特性，再将运动控制输出为电机的控制信息从而实现无人机对目标的追踪；

地面控制系统端：

地面控制器将得到的数据也以不同类别进行分类处理，包括有动力类数据、位置类数据与摄像头类数据；地面控制器会在地面控制系统上按照机载控制器的处理方式实时处理无人机运动需要处理的订阅数据，然后将处理的计算输出结果与类别中存储的机载控制输出进行比较，由多次的比较结果判断机载控制系统的运行状况；地面控制器能保存无线通信传回的所有数据，并将运行情况显示在界面中，还能通过界面中指令修正方式实时对控制中存在的偏差进行修正，并且还能在线实时分析或离线分析数据处理过程从而分析功能软件设计中存在的问题，方便对软件进行调整优化与二次开发；

所述摄像头是英特尔RealSense D435i深度摄像头，其能够通过视觉识别最小0.1m的距离，利用该摄像头能够有效快速地计算出摄像头的姿态信息，其是采用尺度不变特征变换进行图像中的特征提取与匹配得到初步的特征匹配点集合，然后采用随机抽样一致性的方法对得到的初步特征匹配点集合进行筛除其中的匹配精度低的点以及提取图像中匹配精度高的匹配点，利用该方法对当前帧与下一帧的图像中提取匹配精度高的匹配点，使用三角测量原理计算得到相邻两帧的旋转数据与平移数据，根据旋转数据与平移数据即可得到摄像头的姿态变化信息，然后通过摄像头与无人机的坐标关系将摄像头的姿态信息转换为无人机的姿态信息；最后再利用卡尔曼滤波的方式将视觉计算得到的无人机姿态信息与惯性系统得到的姿态信息进行融合得到准确可靠的无人机姿态信息。