一种无人机定点绕飞方法、装置以及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人机定点绕飞方法以及装置，通过获取目标的图像信息以及飞机的飞行姿态信息；根据图像信息以及飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角；根据飞机与目标之间偏航的夹角、飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度；通过飞行速度，生成驱动飞机进行定点环绕飞行的控制指令。本申请实现了无人机定点绕飞的自动操控，防止了因人为误操作导致意外情况的发生，并且避免了因为卫星定位不精确无法实现精确定点绕飞的情况，大大提升了精度。此外，本发明专利技术还提供了一种具有上述技术优点的无人机定点绕飞系统。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机定点绕飞方法、装置以及系统
本专利技术涉及无人机
，特别是涉及一种无人机定点绕飞方法、装置以及系统。
技术介绍
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。由于无人驾驶飞机对未来空战有着重要的意义，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。同时由于无人机具备上述优点，使得其在民用领域的应用也极其广泛。包括：警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等行业。与此同时，人们也对无人机的性能提出了更高的要求。无人机定点飞行技术可以让无人机围绕目标位置进行定点跟踪和监控，极大地提升无人机的性能，是无人机技术研究中的一个热门技术点。传统的无人机操作是指地面控制人员通过遥控器将控制指令上传至飞行控制器，或者通过地面站在GPS卫星导航地图上设定飞行路径点以完成定点巡航控制。若要实现对感兴趣区域有针对性的巡航，也只有通过以上两种方式来实现。一方面，由操作人员手动控制飞行器的飞行动作执行定点环绕飞行，因为飞行器的航向变化频繁并且变化速度快，极易造成操作失误导致无人机坠毁；另一方面，通过地面站在GPS卫星导航地图上设定对感兴趣区域的巡航，又因地图范围过大或定位信息不准确而无法实现精细化的监察和监视。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无人机定点绕飞方法、装置以及系统，无须人为进行控制，避免了人为的误操作导致无人机坠毁；同时，又能实现精确地飞行。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种无人机定点绕飞方法，包括：获取目标的图像信息以及飞机的飞行姿态信息；根据所述图像信息以及所述飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角；根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度；通过所述飞行速度，生成驱动飞机进行定点环绕飞行的控制指令。可选地，所述根据所述图像信息以及所述飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角包括：获取目标跟踪框在图像坐标系中的中心位置；结合相机内部参数，将图像坐标系的目标跟踪框中心位置投射到相机坐标系中；根据所述飞行姿态信息，确定飞机与相机之间的夹角，将相机坐标系中的跟踪框中心位置投射到机身坐标系中；根据所述飞机姿态信息，将机身坐标系中的跟踪框中心位置投射到世界坐标系中；确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角。可选地，所述根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度包括：根据所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，将速度分级为前后平面的方向和上下平面的方向，计算飞机上下平面内的速度和前后平面的速度。可选地，所述根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度包括：获取目标的角速度以及飞行的角速度；根据公式确定飞机的线速度和/或角速度；其中，Kp、TD为PD控制器的内部可调整的参数；e(t)目标与飞机机头在偏航方向的夹角。本专利技术还提供了一种无人机定点绕飞装置，包括：获取模块，用于获取目标的图像信息以及飞机的飞行姿态信息；确定模块，用于根据所述图像信息以及所述飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角；计算模块，用于根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度；生成模块，用于通过所述飞行速度，生成驱动飞机进行定点环绕飞行的控制指令。可选地，所述确定模块包括：获取单元用于获取目标跟踪框在图像坐标系中的中心位置；第一投射单元，用于结合相机内部参数，将图像坐标系的目标跟踪框中心位置投射到相机坐标系中；第二投射单元，用于根据所述飞行姿态信息，确定飞机与相机之间的夹角，将相机坐标系中的跟踪框中心位置投射到机身坐标系中；第三投射单元，用于根据所述飞机姿态信息，将机身坐标系中的跟踪框中心位置投射到世界坐标系中；确定单元，用于确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角。可选地，所述计算模块具体用于：根据所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，将速度分级为前后平面的方向和上下平面的方向，计算飞机上下平面内的速度和前后平面的速度。可选地，所述计算模块包括：速度获取单元，用于获取目标的角速度以及飞行的角速度；速度计算单元，用于根据公式确定飞机的线速度和/或角速度；其中，Kp、TD为PD控制器的内部可调整的参数；e(t)目标与飞机机头在偏航方向的夹角。本专利技术还提供了一种无人机定点绕飞系统，包括：图像获取装置、惯性测量单元、飞行控制器、PD控制器以及处理器；其中，所述图像获取装置用于获取目标的图像信息；所述惯性测量单元用于获取飞机的飞行姿态信息；所述处理器分别与所述飞行控制器、所述图像获取装置以及所述惯性测量单元相连，用于根据所述图像信息以及所述飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角，并计算飞行速度；通过所述飞行速度，生成驱动飞机进行定点环绕飞行的控制指令；所述飞行控制器用于根据所述控制指令生成飞行控制指令，所述PD控制器用于根据所述飞行控制指令控制飞机进行定点环绕飞行。可选地，所述惯性测量单元包括：加速度计以及陀螺仪；所述加速度计用于将获取的加速度信息发送至所述处理器，所述陀螺仪用于将获取到的角速度信息发送至所述处理器。本专利技术所提供的无人机定点绕飞方法以及装置，通过获取目标的图像信息以及飞机的飞行姿态信息；根据图像信息以及飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角；根据飞机与目标之间偏航的夹角、飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度；通过飞行速度，生成驱动飞机进行定点环绕飞行的控制指令。本申请实现了无人机定点绕飞的自动操控，防止了因人为误操作导致意外情况的发生，并且避免了因为卫星定位不精确无法实现精确定点绕飞的情况，大大提升了精度。此外，本专利技术还提供了一种具有上述技术优点的无人机定点绕飞系统。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的无人机定点绕飞方法的一种具体实施方式的流程图；图2为本专利技术所提供的无人机定点绕飞方法的一种具体实施方式中确定目标方位的方法流程图；图3为本专利技术实施例提供的无人机定点绕飞装置的结构框图；图4为本专利技术所提供的无人机定点绕飞系统的结构框图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所提供的无人机定点绕飞方法的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机定点绕飞方法，其特征在于，包括：获取目标的图像信息以及飞机的飞行姿态信息；根据所述图像信息以及所述飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角；根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度；通过所述飞行速度，生成驱动飞机进行定点环绕飞行的控制指令。

【技术特征摘要】
1.一种无人机定点绕飞方法，其特征在于，包括：获取目标的图像信息以及飞机的飞行姿态信息；根据所述图像信息以及所述飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角；根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度；通过所述飞行速度，生成驱动飞机进行定点环绕飞行的控制指令。2.如权利要求1所述的无人机定点绕飞方法，其特征在于，所述根据所述图像信息以及所述飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角包括：获取目标跟踪框在图像坐标系中的中心位置；结合相机内部参数，将图像坐标系的目标跟踪框中心位置投射到相机坐标系中；根据所述飞行姿态信息，确定飞机与相机之间的夹角，将相机坐标系中的跟踪框中心位置投射到机身坐标系中；根据所述飞机姿态信息，将机身坐标系中的跟踪框中心位置投射到世界坐标系中；确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角。3.如权利要求1或2所述的无人机定点绕飞方法，其特征在于，所述根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度包括：根据所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，将速度分级为前后平面的方向和上下平面的方向，计算飞机上下平面内的速度和前后平面的速度。4.如权利要求3所述的无人机定点绕飞方法，其特征在于，所述根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度包括：获取目标的角速度以及飞行的角速度；根据公式确定飞机的线速度和/或角速度；其中，Kp、TD为PD控制器的内部可调整的参数；e(t)目标与飞机机头在偏航方向的夹角。5.一种无人机定点绕飞装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取目标的图像信息以及飞机的飞行姿态信息；确定模块，用于根据所述图像信息以及所述飞行姿态信息，确定飞机与目标之间偏航的夹角、以及飞机与目标在俯仰方向的夹角；计算模块，用于根据所述飞机与目标之间偏航的夹角、所述飞机与目标在俯仰方向的夹角，计算飞行速度；生成模块，用于通过所述飞行速度，生成驱动飞机进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彬，田清亮，周剑，
申请(专利权)人：成都通甲优博科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51