一种基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统，涉及无人机技术领域。该系统包括：云服务器接收地面控制站发送的起飞指令和航线数据，并经由5G网关透传至飞控模块。飞控模块根据起飞指令和航线数据控制TOF传感器和GPS模块工作。TOF传感器测量飞行高度，将飞行高度传输至飞控模块。GPS模块实时获取飞行信息，将飞行信息传输至飞控模块。当GPS模块检测到无人机到达航线终点时，5G网关启动TOF传感器和摄像头，获取终点标识。飞控模块根据终点标识，利用TOF传感器获取的飞行高度和摄像头获取的视觉图像信息，通过视觉定位技术和PID算法，精确引导无人机降落在指定位置，实现了无人机自动降落的目的。了无人机自动降落的目的。了无人机自动降落的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统


[0001]本专利技术涉及无人机
，具体而言，涉及一种基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统。

技术介绍

[0002]目前，无人机的飞行过程中的导航控制基本都靠GPS进行导航，并通过安装在飞机上的数传模块与地面控制站或者控制中心的信息交互。通常在地面站把航线生成完了以后，通过数传天线将航线下发到无人机的飞控导航系统中，然后下发起飞命令，无人机起飞，按照事先规划的航线飞行，由无人机上安装的GPS模块进行航线定位和航线修正。无人机上的图像信号，经过无人机上的图传模块进行下传，地面站接收无人机通过数传模块发送的无人机状态消息，接收无人机通过图传模块下发的图像信号。地面站如果有什么指令要发送给无人机，通过数传模块发送给无人机。无人机完成航线飞行后，会回到起降点，准备降落。降落过程中，为了精确降落和保证安全，一般会有飞手通过遥控器操作，让飞机降落到指定位置。
[0003]由于GPS精度有限，虽然在野外视野良好的情况下GPS或者RTK的精度能够达到2米以内，但在城市里面因高楼影响下，在无人机下降过程中精度会大大下降，而造成无人机很难降落在指定10到16平方米的范围内的中心区域。因城市中无人机的降落场比较难找，范围也不可能很大，GPS的导航精度大大的限制了无人机在城市中的使用，也就无法实现在无飞手干涉的情况下进行自动起降和异地起降。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统，用以改善现有技术中由于GPS的导航精度而导致无人机无法进行自动起降和异地起降的问题。
[0005]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0006]本申请实施例提供一种基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统，其包括无人机、云服务器、5G网关和地面控制站，无人机包括飞控模块、5G模块和GPS模块，无人机上设置有TOF传感器和摄像头，5G模块、GPS模块、摄像头和TOF传感器分别与飞控模块连接，5G模块经由5G网关与云服务器通信连接，云服务器与地面控制站连接；
[0007]地面控制站用于发送起飞指令和航线数据至云服务器；
[0008]云服务器用于接收起飞指令和航线数据，并将起飞指令和航线数据经由5G网关透传至飞控模块；
[0009]飞控模块用于根据起飞指令和航线数据控制TOF传感器和GPS模块进入工作状态；
[0010]TOF传感器用于测量无人机的飞行高度，并将飞行高度传输至飞控模块；
[0011]GPS模块用于实时获取无人机的飞行信息，并将飞行信息传输至飞控模块，飞行信息包括位置信息、高度信息和地速信息；
[0012]飞控模块用于当飞行高度达到预设高度后，根据航线数据进行对无人机进行调
整，以使无人机按照航线数据进行巡航；
[0013]5G网关用于当GPS模块检测到无人机到达航线终点时，启动TOF传感器和摄像头，以获取地面上的终点标识，并将终点标识经由5G模块传输至飞控模块；
[0014]飞控模块用于控制无人机飞行至终点标识的正上方，若无人机的飞行高度处于第一预设范围内，则控制无人机以第一预设速度下降，并根据TOF传感器获取的飞行高度和摄像头获取的视觉图像信息，基于PID算法，采用第一PID参数控制无人机的水平移动速度，以将无人机的飞行位置控制在距离终点标识的第一距离范围内，若无人机的飞行高度处于第二预设范围内，则控制无人机以第二预设速度下降，并根据TOF传感器获取的飞行高度和摄像头获取的视觉图像信息，采用第二PID参数控制无人机的水平移动速度，以将无人机的飞行位置控制在距离终点标识的第二距离范围内，若无人机的飞行高度处于第三预设范围内，则根据TOF传感器获取的飞行高度和摄像头获取的视觉图像信息，采用第三PID参数控制无人机的水平移动速度和下降速度，以将无人机的飞行位置控制在距离终点标识的第三距离范围内，并控制无人机降落。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，上述地面控制站还用于发送航线数据下载指令和航线数据，航线数据下载指令和航线数据经由云服务器发送至5G网关；
[0016]5G网关用于根据航线数据下载指令接收航线数据，并在航线数据接收完成后，检测航线数据的是否完整，以及航线数据与无人机是否匹配，若两者中任一项存在问题，则发送航线下载失败信息至云服务器，同时发送重新下载请求至云服务器，若两者均不存在问题，则保存航线数据，并将航线数据传输至飞控模块。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，上述飞控模块还用于正常上电后，进行内存自检、flash自检、SSD硬盘自检和IO口自检，并在自检通过后，通过5G模块与云服务器连接。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，上述5G网关用于将摄像头获取的视觉图像信息回传至云服务器，并将飞控模块发出的状态信息透传至云服务器；
[0019]5G网关还用于将云服务器的命令信息透传至飞控模块。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，上述5G网关用于根据飞控模块发出的状态信息，判断实时航向与航线数据是否有偏差，若存在偏差，则计算偏差量，并将偏差量经由5G模块传输至飞控模块，以使无人机进行航向修正。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，上述5G网关用于实时监控无人机的飞行参数，若飞行参数低于预设门限值，则发出告警信号至云服务器，并根据预设飞行方案向飞控模块发出飞行控制。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，上述5G网关用于根据视觉图像信息，对当前降落场景进行分析。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，上述无人机还包括WIFI模块和USB接口模块；
[0024]WIFI模块用于对无人机的配置；
[0025]USB接口模块用于对5G网关进行升级。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，上述5G网关还用于控制飞控模块对5G模块、GPS模块、TOF传感器和摄像头进行测试，若存在问题，则发送该无人机不能起飞的信息至云服务器。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，上述5G网关用于对任一无人机上设置唯一的编号。
[0028]相对于现有技术，本专利技术的实施例至少具有如下优点或有益效果：
[0029]本专利技术提供一种基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统，其包括无人机、云服务器、5G网关和地面控制站，无人机包括飞控模块、5G模块和GPS模块，无人机上设置有TOF传感器和摄像头，5G模块、GPS模块、摄像头和TOF传感器分别与飞控模块连接，5G模块经由5G网关与云服务器通信连接，云服务器与地面控制站连接。地面控制站用于发送起飞指令和航线数据至云服务器。云服务器用于接收起飞指令和航线数据，并将起飞指令和航线数据经由5G网关透传至飞控模块。飞控模块用于根据起飞指令和航线数据控制TOF传感器和GPS模块进入工作状态。TOF传感器用于测量无人机的飞行高度，并将飞行高度传输至飞控模块。GPS模块用于实时获取无人机的飞行信息，并将飞行信息传输至飞控模块，飞行信息包括位置信息、高度信息和地速信息。飞控模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统，其特征在于，包括无人机、云服务器、5G网关和地面控制站，所述无人机包括飞控模块、5G模块和GPS模块，所述无人机上设置有TOF传感器和摄像头，所述5G模块、所述GPS模块、所述摄像头和所述TOF传感器分别与所述飞控模块连接，所述5G模块经由所述5G网关与所述云服务器通信连接，所述云服务器与所述地面控制站连接；所述地面控制站用于发送起飞指令和航线数据至所述云服务器；所述云服务器用于接收所述起飞指令和所述航线数据，并将所述起飞指令和所述航线数据经由所述5G网关透传至所述飞控模块；所述飞控模块用于根据所述起飞指令和所述航线数据控制所述TOF传感器和所述GPS模块进入工作状态；所述TOF传感器用于测量所述无人机的飞行高度，并将所述飞行高度传输至所述飞控模块；所述GPS模块用于实时获取所述无人机的飞行信息，并将所述飞行信息传输至所述飞控模块，所述飞行信息包括位置信息、高度信息和地速信息；所述飞控模块用于当所述飞行高度达到预设高度后，根据所述航线数据进行对所述无人机进行调整，以使所述无人机按照所述航线数据进行巡航；所述5G网关用于当所述GPS模块检测到所述无人机到达航线终点时，启动所述TOF传感器和所述摄像头，以获取地面上的终点标识，并将所述终点标识经由所述5G模块传输至所述飞控模块；所述飞控模块用于控制所述无人机飞行至所述终点标识的正上方，若所述无人机的飞行高度处于第一预设范围内，则控制所述无人机以第一预设速度下降，并根据所述TOF传感器获取的飞行高度和所述摄像头获取的视觉图像信息，基于PID算法，采用第一PID参数控制所述无人机的水平移动速度，以将所述无人机的飞行位置控制在距离所述终点标识的第一距离范围内，若所述无人机的飞行高度处于第二预设范围内，则控制所述无人机以第二预设速度下降，并根据所述TOF传感器获取的飞行高度和所述摄像头获取的视觉图像信息，采用第二PID参数控制所述无人机的水平移动速度，以将所述无人机的飞行位置控制在距离所述终点标识的第二距离范围内，若所述无人机的飞行高度处于第三预设范围内，则根据所述TOF传感器获取的飞行高度和所述摄像头获取的视觉图像信息，采用第三PID参数控制所述无人机的水平移动速度和下降速度，以将所述无人机的飞行位置控制在距离所述终点标识的第三距离范围内，并控制所述无人机降落。2.根据权利要求1所述的基于5G和视觉定位的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述地面控制站还用于发送航线数据下载指...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘良福，罗跃辉，郭黎明，谢雪军，
申请(专利权)人：深圳市天空汽车网络有限公司，
类型：发明
国别省市：