飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)與方法
【專利摘要】發(fā)明涉及了一種飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)與方法。其系統(tǒng)由軌跡生成與發(fā)送模塊、軌跡接收與巡航模塊和提供參考坐標(biāo)的室內(nèi)定位系統(tǒng)和室外全球定位系統(tǒng)組成；其方法的操作步驟包括：軌跡生成與發(fā)送工作流程、軌跡接收工作流程甲、軌跡接收工作流程乙和巡航與控制工作流程。采用本發(fā)明，不僅可以實(shí)現(xiàn)飛行器在機(jī)場(chǎng)、展廳、寫(xiě)字樓、倉(cāng)庫(kù)、地下停車場(chǎng)、軍事訓(xùn)練基地等室內(nèi)環(huán)境的自主巡航，更能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境與室外環(huán)境混合場(chǎng)所的自主巡航，可用于監(jiān)控、救災(zāi)等領(lǐng)域。本發(fā)明其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉；其方法操作簡(jiǎn)便、性能優(yōu)越，適用于各種室內(nèi)外混合環(huán)境中的飛行器自主巡航。
【專利說(shuō)明】飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種自主巡航系統(tǒng)與方法，特別是一種飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)、微電子技術(shù)、智能控制技術(shù)和導(dǎo)航控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，微小型飛行器得到了快速的發(fā)展。微小型飛行器被廣泛應(yīng)用于軍事應(yīng)用、搶險(xiǎn)救災(zāi)、地理測(cè)繪、農(nóng)林業(yè)應(yīng)用和管線巡檢等方面。在各種應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜環(huán)境中，飛行器的自主巡航越來(lái)越受到人們重視。自主巡航就是利用導(dǎo)航控制技術(shù)自主飛行，所以導(dǎo)航是關(guān)鍵。
[0003]導(dǎo)航一般分為自主式導(dǎo)航和非自主式導(dǎo)航兩種。非自主導(dǎo)航系統(tǒng)除需要裝在載體上的導(dǎo)航設(shè)備外，還需要設(shè)在其他地方的設(shè)備配合工作，才能產(chǎn)生導(dǎo)航信息；而自主導(dǎo)航系統(tǒng)則僅需載體上的導(dǎo)航設(shè)備即可產(chǎn)生導(dǎo)航信息。目前的非自主式導(dǎo)航系統(tǒng)主要是無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，包括衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、伏爾(VOR)導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒(Doppler)導(dǎo)航系統(tǒng)、塔康(TACAN)導(dǎo)航系統(tǒng)和勞蘭導(dǎo)航系統(tǒng)，自主式導(dǎo)航系統(tǒng)主要是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0004]當(dāng)前，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)越來(lái)越成熟。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是指利用慣性傳感器、基準(zhǔn)方向及最初的位置信息來(lái)確定運(yùn)載體的方位、位置和速度的自主式航位推算導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航是一種自主式的推算航位系統(tǒng)，它不需要依賴任何外界信息，只依靠其本身就能得到導(dǎo)航所需的各參數(shù)。由于不需和外界發(fā)生信息交換，故其在各種復(fù)雜環(huán)境中，不受外界條件的影響和限制，工作獨(dú)立性強(qiáng)、隱蔽性好。
[0005]慣性導(dǎo)航的主要缺點(diǎn)是誤差隨時(shí)間累積和每次使用時(shí)都需要進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)。為減小誤差，提高系統(tǒng)精度，有效方法之一是考慮采用組合導(dǎo)航技術(shù)，依靠定位誤差不隨時(shí)間積累的輔助導(dǎo)航系統(tǒng)提供的信息來(lái)補(bǔ)償和抑制慣性導(dǎo)航隨時(shí)間而增長(zhǎng)的誤差，達(dá)到提高整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的目的。目前常用方式為慣性導(dǎo)航組合全球定位系統(tǒng)和磁導(dǎo)航等方案。但在機(jī)場(chǎng)、展廳、寫(xiě)字樓、倉(cāng)庫(kù)、地下停車場(chǎng)、軍事訓(xùn)練基地等室內(nèi)環(huán)境，全球定位系統(tǒng)等無(wú)法準(zhǔn)確定位，從而無(wú)法對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差進(jìn)行有效修正。為了能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外混合精確導(dǎo)航，必須在室內(nèi)利用室內(nèi)定位技術(shù)等方法對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行誤差修正。
[0006]本發(fā)明提出了一種飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)與方法。采用本發(fā)明，不僅可以實(shí)現(xiàn)飛行器在機(jī)場(chǎng)、展廳、寫(xiě)字樓、倉(cāng)庫(kù)、地下停車場(chǎng)、軍事訓(xùn)練基地等室內(nèi)環(huán)境的自主巡航，更能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境與室外環(huán)境混合的自主巡航，可用于監(jiān)控、救災(zāi)等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前飛行器巡航控制方式的技術(shù)弊端，提出一種飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)與方法，其操作簡(jiǎn)便，性能優(yōu)異，適用性強(qiáng)，適用于各種室內(nèi)外混合環(huán)境中的飛行器自主巡航。
[0008]為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)與方法，可使飛行器在室內(nèi)和室外的混合場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)自主巡航。飛行器以無(wú)線方式組網(wǎng)時(shí)，具有擴(kuò)展性，便于增大飛行器自主巡航的范圍。其系統(tǒng)主要由軌跡生成與發(fā)送模塊、軌跡接收與巡航模塊、室內(nèi)定位系統(tǒng)和室外全球定位系統(tǒng)組成，其特征在于:所述軌跡生成與發(fā)送模塊以有線方式和無(wú)線方式與軌跡接收與巡航模塊連接；所述軌跡接收與巡航模塊之間以無(wú)線方式連接；所述軌跡接收與巡航模塊以無(wú)線方式分別與室內(nèi)定位系統(tǒng)和室外全球定位系統(tǒng)連接。
[0009]上述軌跡接收與巡航模塊分別安裝于不同的/7架飛行器中，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模，的大小可變化。不同飛行器中的軌跡接收與巡航模塊之間以無(wú)線方式連接。
[0010]上述軌跡生成與發(fā)送模塊的結(jié)構(gòu):一個(gè)處理器單元甲連接一個(gè)三維軌跡圖形輸入單元、一個(gè)三維軌跡坐標(biāo)輸入單元、一個(gè)三維軌跡圖形生成單元、一個(gè)巡航坐標(biāo)生成單元、一個(gè)巡航坐標(biāo)編碼單元、一個(gè)存儲(chǔ)單元、一個(gè)無(wú)線收發(fā)單元甲、一個(gè)無(wú)線組網(wǎng)單元甲和一個(gè)串行通信接口單元甲，所述三維軌跡坐標(biāo)輸入單元連接三維軌跡圖形生成單元；所述巡航坐標(biāo)生成單元連接三維軌跡圖形輸入單元、三維軌跡圖形生成單元和巡航坐標(biāo)編碼單元；所述存儲(chǔ)單元連接巡航坐標(biāo)編碼單元、無(wú)線組網(wǎng)單元甲和串行通信接口單元甲；所述無(wú)線收發(fā)單元甲連接無(wú)線組網(wǎng)單元甲。
[0011]上述軌跡接收與巡航模塊的結(jié)構(gòu):一個(gè)處理器單元乙連接一個(gè)室外全球定位系統(tǒng)信息接收單元、一個(gè)室內(nèi)外定位信息切換與處理單元、一個(gè)室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單元、一個(gè)巡航信息修正單元、一個(gè)巡航伺服單元、一個(gè)微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元、一個(gè)無(wú)線收發(fā)單元乙、一個(gè)無(wú)線組網(wǎng)單元乙、一個(gè)串行通信接口單元乙、一個(gè)巡航坐標(biāo)解碼單元、一個(gè)巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元、一個(gè)新巡航坐標(biāo)生成單元和一個(gè)原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元，所述室內(nèi)外定位信息切換與處理單元連接室外全球定位系統(tǒng)信息接收單元、室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單元和巡航信息修正單元；所述巡航信息修正單元連接巡航伺服單元；所述微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元連接巡航信息修正單元、巡航伺服單元和原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元；所述新巡航坐標(biāo)生成單元連接巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元和原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元；所述巡航坐標(biāo)解碼單元連接無(wú)線組網(wǎng)單元乙、串行通信接口單元乙和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元；所述無(wú)線收發(fā)單元乙連接無(wú)線組網(wǎng)單元乙。
[0012]上述室內(nèi)定位系統(tǒng)和室外全球定位系統(tǒng)，在飛行器巡航過(guò)程中，對(duì)巡航信息進(jìn)行修正。
[0013]一種飛行器室內(nèi)外混合自主巡航方法，采用上述系統(tǒng)進(jìn)行操作，其特征在于:包括如下操作步驟:1)軌跡生成與發(fā)送工作流程，2)軌跡接收工作流程甲，3)軌跡接收工作流程乙，4)巡航與控制工作流程。
[0014]上述操作步驟I)軌跡生成與發(fā)送工作流程:三維軌跡圖形輸入單元或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元輸入三維軌跡信息，處理器單元甲判斷輸入的三維軌跡信息是否為三維軌跡圖形，如果不是三維軌跡圖形，則三維軌跡圖形生成單元將三維軌跡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維軌跡圖形，巡航坐標(biāo)生成單元將三維軌跡圖形轉(zhuǎn)換為巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)編碼單元編碼巡航坐標(biāo)，存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)，處理器單元甲選擇巡航坐標(biāo)的發(fā)送方式，當(dāng)以有線方式傳輸通信時(shí)，串行通信接口單元甲和軌跡接收與巡航模塊連接通信，處理器單元甲校驗(yàn)軌跡接收與巡航模塊的校驗(yàn)信息反饋，并判斷軌跡接收與巡航模塊是否完成軌跡接收，如果未完成軌跡接收，則串行通信接口單元甲重新和軌跡接收與巡航模塊連接通信，當(dāng)發(fā)送失敗超過(guò)3次時(shí)，處理器單元甲報(bào)錯(cuò)并由三維軌跡圖形輸入單元或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元重新輸入三維軌跡信息；當(dāng)以無(wú)線方式傳輸通信時(shí)，無(wú)線收發(fā)單元甲和軌跡接收與巡航模塊進(jìn)行無(wú)線通信，無(wú)線組網(wǎng)單元甲識(shí)別設(shè)備號(hào)，處理器單元甲校驗(yàn)軌跡接收與巡航模塊的校驗(yàn)信息反饋，并判斷軌跡接收與巡航模塊是否完成軌跡接收，如果未完成軌跡接收，則無(wú)線收發(fā)單元甲重新和軌跡接收與巡航模塊進(jìn)行通信，當(dāng)發(fā)送失敗超過(guò)3次時(shí)，處理器單元甲報(bào)錯(cuò)并由三維軌跡圖形輸入單元或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元重新輸入三維軌跡信息。
[0015]上述操作步驟2)飛行器處于停止?fàn)顟B(tài)的軌跡接收工作流程甲:當(dāng)飛行器處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，若以有線方式通信，串行通信接口單元乙接收巡航坐標(biāo)；若以無(wú)線方式通信，無(wú)線收發(fā)單元乙接收巡航坐標(biāo)，無(wú)線組網(wǎng)單元乙識(shí)別設(shè)備號(hào)，巡航坐標(biāo)解碼單元解碼巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)，原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元中的原始巡航坐標(biāo)和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元中的預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)在新巡航坐標(biāo)生成單元中進(jìn)行比較，并生成新巡航坐標(biāo)，新巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)到原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元中。
[0016]上述操作步驟3)飛行器處于飛行狀態(tài)的軌跡接收工作流程乙:當(dāng)飛行器處于飛行狀態(tài)時(shí)，無(wú)線收發(fā)單元乙接收巡航坐標(biāo)，無(wú)線組網(wǎng)單元乙識(shí)別設(shè)備號(hào)，處理器單元乙判斷飛行器是否處于懸停狀態(tài)，如果未處于懸停狀態(tài)，微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元停止巡航，飛行器保持懸停狀態(tài)，巡航坐標(biāo)解碼單元解碼巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)，原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元中的原始巡航坐標(biāo)和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元中的預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)在新巡航坐標(biāo)生成單元中進(jìn)行比較，并生成新巡航坐標(biāo)，新巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)到原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元中。
[0017]上述操作步驟4)巡航與控制工作流程:微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元接收原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元中的巡航坐標(biāo)，并計(jì)算巡航坐標(biāo)的巡航信息，室內(nèi)外定位信息切換與處理單元判斷飛行器在室內(nèi)或室外，當(dāng)飛行器在室內(nèi)時(shí)，室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單元接收室內(nèi)定位系統(tǒng)信息；當(dāng)飛行器在室外時(shí)，室外全球定位系統(tǒng)信息接收單元接收室外全球定位系統(tǒng)信息，室內(nèi)外定位信息切換與處理單元接收定位信息并計(jì)算飛行器當(dāng)前位置坐標(biāo)，室內(nèi)外定位信息切換與處理單元計(jì)時(shí)小于0.Ls時(shí)，在巡航信息修正單元中對(duì)微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元計(jì)算的巡航信息進(jìn)行修正，巡航伺服單元接收巡航信息并控制飛行器進(jìn)行巡航，處理器單元乙判斷當(dāng)前巡航坐標(biāo)是否為最后的位置坐標(biāo)，如果不是最后位置坐標(biāo)，則微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元繼續(xù)計(jì)算巡航坐標(biāo)的巡航信息；如果完成最后位置坐標(biāo)的巡航，則飛行器保持懸停狀態(tài)或返回指定的位置。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的系統(tǒng)由軌跡生成與發(fā)送模塊、軌跡接收與巡航模塊和提供參考坐標(biāo)的室內(nèi)定位系統(tǒng)和室外全球定位系統(tǒng)組成；其方法包括如下操作步驟:1)軌跡生成與發(fā)送工作流程，2)軌跡接收工作流程甲，3)軌跡接收工作流程乙，4)巡航與控制工作流程。本發(fā)明一方面，可以用三維軌跡圖形和三維軌跡坐標(biāo)形式輸入飛行器巡航坐標(biāo)，操作簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性和實(shí)用性強(qiáng)。另一方面，軌跡接收與巡航模塊存在于飛行器中，飛行器有架，具有可擴(kuò)展性。同時(shí)，采用室內(nèi)定位系統(tǒng)和室外全球定位系統(tǒng)修正巡航信息，既提高了自主巡航系統(tǒng)的精確度，又實(shí)現(xiàn)了飛行器的室內(nèi)外混合自主巡航。本發(fā)明其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉；其方法操作簡(jiǎn)便，性能優(yōu)越，廣泛適用于大規(guī)模的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航場(chǎng)所。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0019]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。
[0020]圖2是圖1示例的實(shí)現(xiàn)飛行器室內(nèi)外混合自主巡航的軌跡生成與發(fā)送模塊框圖。
[0021]圖3是圖1示例的實(shí)現(xiàn)飛行器室內(nèi)外混合自主巡航的軌跡接收與巡航模塊框圖。
[0022]圖4是圖1示例的實(shí)現(xiàn)軌跡生成與發(fā)送的工作流程圖。
[0023]圖5是圖1示例的實(shí)現(xiàn)飛行器停止?fàn)顟B(tài)時(shí)的軌跡接收的工作流程圖。
[0024]圖6是圖1示例的實(shí)現(xiàn)飛行器飛行狀態(tài)時(shí)的軌跡接收的工作流程圖。
[0025]圖7是圖1示例的實(shí)現(xiàn)巡航與控制的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
實(shí)施例一:
參見(jiàn)圖1，本飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)，由軌跡生成與發(fā)送模塊(I)、軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./7 )、室內(nèi)定位系統(tǒng)(3)和室外全球定位系統(tǒng)(4)組成，其特征在于:所述軌跡生成與發(fā)送模塊(I)以有線方式和無(wú)線方式與軌跡接收與巡航模塊(2.1、
2.2、…、2./7)連接；所述軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./7)之間以無(wú)線方式連接；所述軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0以無(wú)線方式分別與室內(nèi)定位系統(tǒng)(3)和室外全球定位系統(tǒng)(4)連接。上述軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0分別安裝于不同的η架飛行器中，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模，η的大小可變化。
[0027]參見(jiàn)圖2，軌跡生成與發(fā)送模塊(I)的結(jié)構(gòu):一個(gè)處理器單元甲(10)連接一個(gè)三維軌跡圖形輸入單元(5 )、一個(gè)三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6 )、一個(gè)三維軌跡圖形生成單元(7 )、一個(gè)巡航坐標(biāo)生成單元(8 )、一個(gè)巡航坐標(biāo)編碼單元(9 )、一個(gè)存儲(chǔ)單元(11 )、一個(gè)無(wú)線收發(fā)單元甲(12)、一個(gè)無(wú)線組網(wǎng)單元甲(13)和一個(gè)串行通信接口單元甲(14)，所述三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6 )連接三維軌跡圖形生成單元(7 );所述巡航坐標(biāo)生成單元(8 )連接三維軌跡圖形輸入單元(5)、三維軌跡圖形生成單元(7)和巡航坐標(biāo)編碼單元(9);所述存儲(chǔ)單元
(11)連接巡航坐標(biāo)編碼單元(9)、無(wú)線組網(wǎng)單元甲(13)和串行通信接口單元甲(14);所述無(wú)線收發(fā)單元甲(12)連接無(wú)線組網(wǎng)單元甲(13)。
[0028]參見(jiàn)圖3，軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./?)的結(jié)構(gòu):一個(gè)處理器單元乙
(20)連接一個(gè)室外全球定位系統(tǒng)信息接收單兀(15)、一個(gè)室內(nèi)外定位信息切換與處理單兀
(16)、一個(gè)室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單兀(17)、一個(gè)巡航信息修正單兀(18)、一個(gè)巡航伺服單元(19)、一個(gè)微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)、一個(gè)無(wú)線收發(fā)單元乙(22)、一個(gè)無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)、一個(gè)串行通信接口單元乙(24)、一個(gè)巡航坐標(biāo)解碼單元(25)、一個(gè)巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26 )、一個(gè)新巡航坐標(biāo)生成單元(27 )和一個(gè)原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28 )，所述室內(nèi)外定位信息切換與處理單元(16)連接室外全球定位系統(tǒng)信息接收單元(15)、室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單元(17)和巡航信息修正單元(18);所述巡航信息修正單元(18)連接巡航伺服單元(19);所述微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)連接巡航信息修正單元(18)、巡航伺服單元(19)和原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28);所述新巡航坐標(biāo)生成單元(27)連接巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)和原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28);所述巡航坐標(biāo)解碼單元(25)連接無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)、串行通信接口單元2 (24)和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26);所述無(wú)線收發(fā)單元乙(22)連接無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)。[0029]實(shí)施例二:本飛行器室內(nèi)外混合自主巡航方法采用上述系統(tǒng)進(jìn)行自主巡航。其特征在于包括如下操作步驟:1)軌跡生成與發(fā)送工作流程(29)，2)軌跡接收工作流程甲
(30),3)軌跡接收工作流程乙(31)，4)巡航與控制工作流程(32)。
[0030]參見(jiàn)圖4，步驟I)軌跡生成與發(fā)送工作流程(29):三維軌跡圖形輸入單元(5)或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6)輸入三維軌跡信息，處理器單元I (10)判斷輸入的三維軌跡信息是否為三維軌跡圖形，如果不是三維軌跡圖形，則三維軌跡圖形生成單元(7)將三維軌跡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維軌跡圖形，巡航坐標(biāo)生成單元(8)將三維軌跡圖形轉(zhuǎn)換為巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)編碼單元(9)編碼巡航坐標(biāo)，存儲(chǔ)單元(11)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)，處理器單元甲(10)選擇巡航坐標(biāo)的發(fā)送方式，當(dāng)以有線方式傳輸通信時(shí)，串行通信接口單元甲(14)和軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./7)連接通信，處理器單元甲(10)校驗(yàn)軌跡接收與巡航模塊(2.1、
2.2、…、2./7)的校驗(yàn)信息反饋，并判斷軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./7)是否完成軌跡接收，如果未完成軌跡接收，則串行通信接口單元甲(14)重新和軌跡接收與巡航模塊(2.1,2.2、…、2./?)連接通信，當(dāng)發(fā)送失敗超過(guò)3次時(shí)，處理器單元甲(10)報(bào)錯(cuò)并由三維軌跡圖形輸入單元(5)或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6)重新輸入三維軌跡信息；當(dāng)以無(wú)線方式傳輸通信時(shí)，無(wú)線收發(fā)單元甲(12)和軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0進(jìn)行無(wú)線通信，無(wú)線組網(wǎng)單元甲(13)識(shí)別設(shè)備號(hào)，處理器單元甲(10)校驗(yàn)軌跡接收與巡航模塊(2.1、
2.2、…、2./7)的校驗(yàn)信息反饋，并判斷軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./7)是否完成軌跡接收，如果未完成軌跡接收，則無(wú)線收發(fā)單元甲(12)重新和軌跡接收與巡航模塊(2.1、
2.2、…、2./0進(jìn)行通信，當(dāng)發(fā)送失敗超過(guò)3次時(shí)，處理器單元甲(10)報(bào)錯(cuò)并由三維軌跡圖形輸入單元(5)或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6)重新輸入三維軌跡信息。
[0031]參見(jiàn)圖5，步驟2)飛行器處于停止?fàn)顟B(tài)的軌跡接收工作流程甲(30):若以有線方式通信，串行通信接口單元乙(24)接收巡航坐標(biāo)；若以無(wú)線方式通信，無(wú)線收發(fā)單元乙
(22)接收巡航坐標(biāo)，無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)識(shí)別設(shè)備號(hào)，巡航坐標(biāo)解碼單元(25)解碼巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo),原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中的原始巡航坐標(biāo)和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)中的預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)在新巡航坐標(biāo)生成單元(27)中進(jìn)行比較，并生成新巡航坐標(biāo)，新巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)到原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中。
[0032]參見(jiàn)圖6，步驟3)飛行器處于飛行狀態(tài)的軌跡接收工作流程乙(31):無(wú)線收發(fā)單元乙(22)接收巡航坐標(biāo)，無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)識(shí)別設(shè)備號(hào)，處理器單元乙(20)判斷飛行器是否處于懸停狀態(tài)，如果未處于懸停狀態(tài)，微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)停止巡航，飛行器保持懸停狀態(tài)，巡航坐標(biāo)解碼單元(25)解碼巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)，原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中的原始巡航坐標(biāo)和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)中的預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)在新巡航坐標(biāo)生成單元(27)中進(jìn)行比較，并生成新巡航坐標(biāo)，新巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)到原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中。
[0033] 參見(jiàn)圖7，步驟4)巡航與控制工作流程(32):微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)接收原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中的巡航坐標(biāo)，并計(jì)算巡航坐標(biāo)的巡航信息，室內(nèi)外定位信息切換與處理單元(16)判斷飛行器在室內(nèi)或室外，當(dāng)飛行器在室內(nèi)時(shí)，室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單元(17)接收室內(nèi)定位系統(tǒng)信息；當(dāng)飛行器在室外時(shí)，室外全球定位系統(tǒng)信息接收單元
(15)接收室外全球定位系統(tǒng)信息，室內(nèi)外定位信息切換與處理單元(16)接收定位信息并計(jì)算飛行器當(dāng)前位置坐標(biāo)，室內(nèi)外定位信息切換與處理單元(16)計(jì)時(shí)小于0.Ls時(shí)，在巡航信息修正單元(18)中對(duì)微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)計(jì)算的巡航信息進(jìn)行修正，巡航伺服單元(19)接收巡航信息并控制飛行器進(jìn)行巡航，處理器單元乙(20)判斷當(dāng)前巡航坐標(biāo)是否為最后的位置坐標(biāo)，如果不是最后位置坐標(biāo)，則微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)繼續(xù)計(jì)算巡航坐標(biāo)的巡航信息；如果完成最后位置坐標(biāo)的巡航，則飛行器保持懸停狀態(tài)或返回指定的位置。
【權(quán)利要求】
1.一種飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)，由軌跡生成與發(fā)送模塊(I)、軌跡接收與巡航模塊(2.1,2.2、…、2./?)、室內(nèi)定位系統(tǒng)(3)和室外全球定位系統(tǒng)(4)組成，其特征在于:所述軌跡生成與發(fā)送模塊(I)以有線方式和無(wú)線方式與軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./7)連接；所述軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./7)之間以無(wú)線方式連接；所述軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0以無(wú)線方式分別與室內(nèi)定位系統(tǒng)(3)和室外全球定位系統(tǒng)(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)，其特征在于:所述軌跡接收與巡航模塊(2.1,2.2、…、2./0分別安裝于不同的架飛行器中，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的大小可變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)，其特征在于:所述軌跡生成與發(fā)送模塊(I)的結(jié)構(gòu):一個(gè)處理器單元甲(10)連接一個(gè)三維軌跡圖形輸入單元(5)、一個(gè)三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6)、一個(gè)三維軌跡圖形生成單元(7)、一個(gè)巡航坐標(biāo)生成單元(8)、一個(gè)巡航坐標(biāo)編碼單元(9)、一個(gè)存儲(chǔ)單元(11)、一個(gè)無(wú)線收發(fā)單元甲(12)、一個(gè)無(wú)線組網(wǎng)單元甲(13)和一個(gè)串行通信接口單元甲(14)，所述三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6)連接三維軌跡圖形生成單元(7);所述巡航坐標(biāo)生成單元(8)連接三維軌跡圖形輸入單元(5)、三維軌跡圖形生成單元(7)和巡航坐標(biāo)編碼單元(9);所述存儲(chǔ)單元(11)連接巡航坐標(biāo)編碼單元(9)、無(wú)線組網(wǎng)單 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)，其特征在于:所述軌跡接收與巡航模塊(2.1,2.2、…、2./?)的結(jié)構(gòu):一個(gè)處理器單元乙(20)連接一個(gè)室外全球定位系統(tǒng)信息接收單兀(15 )、一個(gè)室內(nèi)外定位信息切換與處理單兀(16 )、一個(gè)室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單元(17)、一個(gè)巡航信息修正單元(18)、一個(gè)巡航伺服單元(19)、一個(gè)微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)、一個(gè)無(wú)線收發(fā)單元乙(22)、一個(gè)無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)、一個(gè)串行通信接口單元乙(24)、一個(gè)巡航坐標(biāo)解碼單元(25)、一個(gè)巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)、一個(gè)新巡航坐標(biāo)生成單元(27)和一個(gè)原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)，所述室內(nèi)外定位信息切換與處理單元(16)連接室外全球定位系統(tǒng)信息接收單元(15)、室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單元(17)和巡航信息修正單元(18);所述巡航信息修正單元(18)連接巡航伺服單元(19);所述微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)連接巡航信息修正單元(18)、巡航伺服單元(19)和原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28);所述新巡航坐標(biāo)生成單元(27)連接巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)和原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28);所述巡航坐標(biāo)解碼單元(25)連接無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)、串行通信接口單元乙(24)和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26);所述無(wú)線收發(fā)單元乙(22)連接無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)。
5.一種飛行器室內(nèi)外混合自主巡航方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航系統(tǒng)進(jìn)行操作，其特征在于包括如下操作步驟:1)軌跡生成與發(fā)送工作流程(29)，2)軌跡接收工作流程甲(30)，3)軌跡接收工作流程乙(31)和4)巡航與控制工作流程(32)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航方法，其特征在于:所述操作步驟I)軌跡生成與發(fā)送工作流程(29):三維軌跡圖形輸入單元(5)或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6)輸入三維軌跡信息，處理器單元甲(10)判斷輸入的三維軌跡信息是否為三維軌跡圖形，如果不是三維軌跡圖形，則三維軌跡圖形生成單元(7)將三維軌跡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維軌跡圖形，巡航坐標(biāo)生成單元(8)將三維軌跡圖形轉(zhuǎn)換為巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)編碼單元(9)編碼巡航坐標(biāo)，存儲(chǔ)單元(11)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)，處理器單元甲(10)選擇巡航坐標(biāo)的發(fā)送方式，當(dāng)以有線方式傳輸通信時(shí)，串行通信接口單元甲(14)和軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、.2./?)連接通信，處理器單元甲(10)校驗(yàn)軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./7)的校驗(yàn)信息反饋，并判斷軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0是否完成軌跡接收，如果未完成軌跡接收，則串行通信接口單元甲(14)重新和軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./?)連接通信，當(dāng)發(fā)送失敗超過(guò)3次時(shí)，處理器單元甲(10)報(bào)錯(cuò)并由三維軌跡圖形輸入單元(5)或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6)重新輸入三維軌跡信息；當(dāng)以無(wú)線方式傳輸通信時(shí)，無(wú)線收發(fā)單元甲(12)和軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0進(jìn)行無(wú)線通信，無(wú)線組網(wǎng)單元甲(13)識(shí)別設(shè)備號(hào)，處理器單元甲(10)校驗(yàn)軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0的校驗(yàn)信息反饋，并判斷軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0是否完成軌跡接收，如果未完成軌跡接收，則無(wú)線收發(fā)單元甲(12)重新和軌跡接收與巡航模塊(2.1、2.2、…、2./0進(jìn)行通信，當(dāng)發(fā)送失敗超過(guò)3次時(shí)，處理器單元甲(10)報(bào)錯(cuò)并由三維軌跡圖形輸入單元(5)或三維軌跡坐標(biāo)輸入單元(6)重新輸入三維軌跡信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航方法，其特征在于:所述操作步驟2)飛行器處于停止?fàn)顟B(tài)的軌跡接收工作流程甲(30):若以有線方式通信，串行通信接口單元乙(24)接收巡航坐標(biāo)；若以無(wú)線方式通信，無(wú)線收發(fā)單元乙(22)接收巡航坐標(biāo)，無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)識(shí)別設(shè)備號(hào)，巡航坐標(biāo)解碼單元(25)解碼巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo),原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中的原始巡航坐標(biāo)和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)中的預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)在新巡航坐標(biāo)生成單元(27)中進(jìn)行比較，并生成新巡航坐標(biāo)，新巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)到原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航方法，其特征在于:所述操作步驟3)飛行器處于飛行狀態(tài)的軌跡接收工作流程乙(31):無(wú)線收發(fā)單元乙(22)接收巡航坐標(biāo)，無(wú)線組網(wǎng)單元乙(23)識(shí)別設(shè)備號(hào)，處理器單元乙(20)判斷飛行器是否處于懸停狀態(tài)，如果未處于懸停狀態(tài)，微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)停止巡航，飛行器保持懸停狀態(tài)，巡航坐標(biāo)解碼單元(25)解碼巡航坐標(biāo)，巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)，原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中的原始巡航坐標(biāo)和巡航坐標(biāo)預(yù)存儲(chǔ)單元(26)中的預(yù)存儲(chǔ)巡航坐標(biāo)在新巡航坐標(biāo)生成單元(27)中進(jìn)行比較，并生成新巡航坐標(biāo)，新巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)到原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛行器室內(nèi)外混合自主巡航方法，其特征在于:所述操作步驟4)巡航與控制工作流程(32):微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)接收原巡航坐標(biāo)存儲(chǔ)單元(28)中的巡航坐標(biāo)，并計(jì)算巡航坐標(biāo)的巡航信息，巡航信息修正單元(18)對(duì)巡航信息進(jìn)行定時(shí)修正，巡航伺服單元(19)接收巡航信息并控制飛行器進(jìn)行巡航，處理器單元乙(20)判斷當(dāng)前巡航坐標(biāo)是否為最后的位置坐標(biāo)，如果不是最后位置坐標(biāo)，則微電子機(jī)械系統(tǒng)巡航單元(21)繼續(xù)計(jì)算巡航坐標(biāo)的巡航信息；如果完成最后位置坐標(biāo)的巡航，則飛行器保持懸停狀態(tài)或返回指定的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的巡航與控制工作流程(32)，其特征在于:所述巡航信息修正單元(18)對(duì)巡航信息進(jìn)行定時(shí)修正的工作流程:室內(nèi)外定位信息切換與處理單元(16)判斷飛行器在室內(nèi)或室外，當(dāng)飛行器在室內(nèi)時(shí)，室內(nèi)定位系統(tǒng)信息接收單元(17)接收室內(nèi)定位系統(tǒng)信息；當(dāng)飛行器在室外時(shí)，室外全球定位系統(tǒng)信息接收單元(15)接收室外全球定位系統(tǒng)信息，室內(nèi)外定位信息切換與處理單元(16)接收定位信息并計(jì)算飛行器當(dāng)前位置坐標(biāo)，室內(nèi)外定位信息切換與處理單元(16)計(jì)時(shí)小于0.Ls時(shí)，在巡航信息修正單元(18)中對(duì)微電子機(jī)械系統(tǒng)巡 航單元(21)計(jì)算的巡航信息進(jìn)行修正。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK103995537SQ201410193676
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】張金藝, 李建宇, 沈維, 汪潮, 蔡春艷, 王偉, 張洪暉 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 上海疊泉信息科技有限公司