一种基于AR眼镜的无人机操控增强系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于AR眼镜的无人机操控增强系统，包括：姿态采集单元，作为附加的姿态采集设备设于无人机上，用于对无人机姿态信息的实时采集，所述姿态采集单元与无人机端原搭载机载飞控的传感方式不同；数据传输单元，用于接收姿态采集单元的姿态信息，并转发至AR端；AR显示单元，用于根据姿态信息进行可视化显示，根据显示的无人机姿态由操作员发送操作指令至无人机以控制无人机动作。无人机操作员能够实时获知直观可视化的无人机实时姿态，从而实现人工干预操控，由此避免无人机由于机载飞控系统故障导致的失控甚至坠机事故，也可以减少二次伤害的发生，对无人机的行业应用有显著的实际意义。著的实际意义。著的实际意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于AR眼镜的无人机操控增强系统


[0001]本申请涉及AR成像技术以及无人机远程操控技术，尤其涉及一种基于AR眼镜增强效果后的无人机远程操控系统。

技术介绍

[0002]当前无人机技术广泛应用于工业、农业、交通、运输等各大领域，通过利用机载飞控装置，无人机能够实现自主路径规划与飞行。然而，无人机在传统模式下自主飞行的过程中，如果遇到机载飞控装置突发故障，将会导致无人机失控甚至坠毁。
[0003]针对上述问题，目前已有较成熟的冗余飞控系统或冗余传感器系统作为保障，可以保证飞行控制器工作的延续性。然而在实际工况下，无人机飞控系统仍可能因为某些因素引起主备系统共性故障(如GPS信号遮挡、外界电磁干扰等)导致性能同时下降甚至无法继续工作。此时，需要一套独立于飞控系统外的姿态采集传感系统，该系统传感方式应有别于机载飞控，避免发生共性故障，同时能够实现无人机姿态实时监测，在机载飞控发生故障需要人工遥控干预时为无人机操作员提供操作反馈。
[0004]无人机操作员操控无人机的必要条件是可以直观地获知无人机的具体姿态，之后才能通过手动操纵进行调节。而当无人机执行远距离任务或高空作业时，无人机或是处于视野之外，或是由于高仰角导致的空间位置关系无法观测其姿态，从而导致无人机操作员无法正常操控。因此亟需一种视觉增强系统，使无人机操作员能够实时获知无人机直观可视化的飞行姿态，从而实现操控，由此避免无人机由于机载航电系统故障导致的失控甚至坠机事故，也可以减少二次伤害的发生，对无人机的行业应用有显著的实际意义。
专利
技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是设计一种在无人机机载飞控系统发生故障时，能够为实施人工遥控的无人机操作员提供操作视野和反馈的视觉增强系统。
[0006]为实现这一目的，提供如下技术方案：一种基于AR眼镜的无人机操控增强系统，其特征在于，包括：
[0007]姿态采集单元，作为附加的姿态采集设备设于无人机上，用于对无人机姿态信息的实时采集，所述姿态采集单元与无人机端原搭载机载飞控的传感方式不同；
[0008]数据传输单元，用于接收姿态采集单元的姿态信息，并转发至AR端；
[0009]AR显示单元，用于根据姿态信息进行可视化显示，根据显示的无人机姿态由操作员发送操作指令至无人机以控制无人机动作。
[0010]所述姿态采集单元获取的姿态信息包括三轴姿态角：俯仰角、横滚角和航向角；还包括含有经纬度、高度和三轴速度的状态数据。
[0011]所述姿态采集单元独立于机载飞控工作，同时为避免与机载飞控发生共性故障，姿态采集单元的姿态传感方式与机载飞控不同。
[0012]所述数据传输单元以姿态采集单元为起点，经由数传链路将数据传递给无人机地
面控制站，同时在地面站与AR显示单元之间建立无线数传链路，最终将数据传递给AR眼镜。
[0013]所述AR显示单元离线建立与实际无人机对应的无人机模型，当AR显示单元通过数传链路接收到来自姿态采集单元的无人机姿态信息后，在AR显示单元显示界面对事先建立好的无人机三维模型进行空间三维姿态显示，以反映出当前无人机的姿态。
[0014]所述姿态采集单元执行以下步骤：
[0015]首先对本计算周期读取到的角速度值进行积分，再结合上一计算周期最终的姿态角输出值，得到当前计算周期姿态角的预测值；
[0016]其次，由姿态角的测量传感器获取数据并经过处理得到姿态角的量测值；
[0017]最后，将姿态角的预测值和量测值进行加权融合，得到本计算周期姿态角的输出值。
[0018]所述姿态采集单元获取姿态信息的一种传感方式为通过加速度计和GPS获取三轴姿态角，具体如下：
[0019]加速度计所测量加速度为无人机的实际加速度，通过GPS测得无人机的线运动速度，线速度差分得无人机的运动加速度，实际加速度减去运动加速度补偿得机体坐标系下的重力加速度，通过机体坐标系下的重力加速度在惯性坐标系下的投影关系得到俯仰角和横滚角的量测值，而航向角的量测值由双GPS测向直接获得；
[0020]所述姿态采集单元获取姿态信息的另一种传感方式为通过磁罗盘获取三轴姿态角，具体如下：
[0021]穿过机载磁罗盘的地磁场经过校磁补偿后在惯性坐标系下是模长和方向不变的恒定矢量，通过机体坐标系下磁罗盘对地磁场的测量值在惯性坐标系下的投影关系得到三轴姿态角的量测值。
[0022]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0023]采用上述技术方案，无人机操作员能够获知直观可视化的无人机实时姿态，从而实现人工干预操控，由此避免无人机由于机载飞控系统故障导致的失控甚至坠机事故，也可以减少二次伤害的发生，对无人机的行业应用有显著的实际意义。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的系统组成和数据流图；
[0025]图2是AR眼镜所视界面示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0027]本专利技术为一种基于AR眼镜的无人机操控增强系统，可应用于无人飞行器超视距飞行状态下的操控增强和应急人工干预。该系统主要包括姿态采集、数据传输以及AR显示三个功能单元。其中姿态采集单元独立于机载飞控工作，获取的参数包括三轴姿态角：俯仰角、横滚角和航向角，同时根据实际需求，也可包含经纬度、高度和三轴速度等无人机实时状态数据。数据传输单元以上述姿态采集单元为起点，将获得的无人机实时状态数据经由专用数传链路传递给无人机地面控制站，同时在地面站与AR眼镜之间建立一个小功率无线数传链路，最终将数据传递给AR眼镜。对于AR显示单元，首先离线建立对应的无人机模型，
当AR眼镜接收到来自无人机的姿态信息后，对事先建立好的三维模型进行空间三维姿态显示，反映出当前无人机的姿态。无人机操作员只需佩戴AR眼镜，即可直观地观测到实时的无人机姿态，以便进行人工遥控干预。为使观测更加全面，将经纬度以地图的形式标注显示，同时将高度、速度等参数标记在相应位置，进一步增强辅助操控效果。
[0028]在无人机机载飞行控制器发生故障且所述增强系统能够正常工作的前提下，通过所述增强系统的姿态采集单元实现姿态信息的实时采集和监测功能，并通过数据传输单元将姿态信息发送至无人机操作员佩戴的AR眼镜，AR显示单元将姿态信息可视化，为无人机操作员的人工遥控提供操作视野和反馈。
[0029]所述增强系统包括姿态采集、数据传输以及AR显示三个功能单元。
[0030]所述姿态采集单元获取的姿态信息包括三轴姿态角：俯仰角、横滚角和航向角；同时根据实际需求，也可包含经纬度、高度和三轴速度等无人机实时状态数据。
[0031]所述姿态采集单元独立于机载飞控工作，同时为避免与机载飞控发生共性故障，姿态采集单元的姿态感知机理应有别于机载飞控。
[0032]所述数据传输单元以权利要求3所述的姿态采集单元为起点，经由数传链路将数据传递给无人机地面控制站，同时在地面站与AR眼镜之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于AR眼镜的无人机操控增强系统，其特征在于，包括：姿态采集单元，作为附加的姿态采集设备设于无人机上，用于对无人机姿态信息的实时采集，所述姿态采集单元与无人机端原搭载机载飞控的传感方式不同；数据传输单元，用于接收姿态采集单元的姿态信息，并转发至AR端；AR显示单元，用于根据姿态信息进行可视化显示，根据显示的无人机姿态由操作员发送操作指令至无人机以控制无人机动作。2.根据权利要求1所述的基于AR眼镜的无人机操控增强系统，其特征在于：所述姿态采集单元获取的姿态信息包括三轴姿态角：俯仰角、横滚角和航向角；还包括含有经纬度、高度和三轴速度的状态数据。3.根据权利要求1所述的基于AR眼镜的无人机操控增强系统，其特征在于：所述姿态采集单元独立于机载飞控工作，同时为避免与机载飞控发生共性故障，姿态采集单元的姿态传感方式与机载飞控不同。4.根据权利要求1所述的基于AR眼镜的无人机操控增强系统，其特征在于：所述数据传输单元以姿态采集单元为起点，经由数传链路将数据传递给无人机地面控制站，同时在地面站与AR显示单元之间建立无线数传链路，最终将数据传递给AR眼镜。5.根据权利要求1所述的基于AR眼镜的无人机操控增强系统，其特征在于：所述AR显示单元离线建立与实际无人机对应的无人机模型，当AR显示单元通过数传链路接收到来自姿态采集单元的无人机姿态信息后，在AR显示单元显示界面对事先建立好的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：何玉庆，常彦春，杨丽英，黄朝雄，李思梁，刘博典，张远航，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：