本發(fā)明屬于測(cè)距導(dǎo)航應(yīng)用和無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)對(duì)于無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航控制都是基于美國(guó)的gps系統(tǒng)，現(xiàn)如今隨著北斗應(yīng)用技術(shù)的普及，利用北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的高精度自主起降將成為必然。從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)技術(shù)來(lái)看，自動(dòng)起飛、定高飛行、按線巡航、自動(dòng)返航等技術(shù)已相當(dāng)成熟，唯獨(dú)在高精度無(wú)人機(jī)自主起降方面依舊還是空白?，F(xiàn)有的自主起降方案主要利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，利用攝像頭進(jìn)行雙目運(yùn)算或單目運(yùn)算，然后經(jīng)由主機(jī)進(jìn)行圖像特征處理，使得無(wú)人機(jī)能夠自主降落。但該方案，由于視覺(jué)與圖像技術(shù)比較復(fù)雜，計(jì)算量大，成本高，在自主起降的實(shí)現(xiàn)上還有很大局限性與不穩(wěn)定性。同時(shí)，在惡劣天氣的情況下，比如大霧或者沙塵天氣，攝像頭搜集的圖像會(huì)很模糊從而影響自主降落整體的精度。同時(shí)現(xiàn)有無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍任務(wù)時(shí)，主要是用戶(hù)遙控?zé)o人機(jī)，無(wú)人機(jī)必須在視線范圍以?xún)?nèi)，以致在進(jìn)行高空作業(yè)及危險(xiǎn)地區(qū)拍攝時(shí)風(fēng)險(xiǎn)很大，因?yàn)榇藭r(shí)用戶(hù)可能已經(jīng)無(wú)法看清無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡，所以無(wú)人機(jī)可能會(huì)撞上一些障礙物對(duì)其造成永久損害。

自駕游途中，路線規(guī)劃和自由度尤為重要。而現(xiàn)在，一般人駕車(chē)出行，都是通過(guò)車(chē)載gps導(dǎo)航進(jìn)行路線規(guī)劃，該方法的缺陷在于gps導(dǎo)航只是單一的利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為車(chē)主提供導(dǎo)航服務(wù)，無(wú)法為車(chē)主提供突發(fā)情況下的道路偵察服務(wù)。通常來(lái)講，自駕游活動(dòng)的特點(diǎn)是路程遠(yuǎn)、伴行少、危險(xiǎn)多，在車(chē)主遇到突發(fā)事件的情況下(例如前方出現(xiàn)擁堵性車(chē)禍、道路情況復(fù)雜無(wú)法判斷前方是否能夠通行、在人跡稀少通信信號(hào)差地帶發(fā)生車(chē)輛故障等等)，普通gps車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)就顯得無(wú)能為力，而此種突發(fā)事件如果處理不當(dāng)貿(mào)然前行，往往會(huì)給車(chē)主會(huì)耗費(fèi)車(chē)主大量寶貴的旅行時(shí)間，甚至有可能造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷害。衡量自駕游出行是否舒適的另一項(xiàng)重要指標(biāo)便是自由度，通常來(lái)講，自駕游車(chē)主對(duì)自由度的需求極高，原因在于兩方面：一是自駕游車(chē)主普遍經(jīng)濟(jì)條件良好，喜歡伴行少、不拘束的旅行方式；二是欣賞自駕游途中的景色往往占據(jù)旅行途中的大部分時(shí)間，再加上車(chē)主開(kāi)車(chē)時(shí)需要注意力集中，不能過(guò)于分散精力在沿途美景，所以導(dǎo)致有時(shí)候最精彩的景色往往抓拍不到。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：應(yīng)對(duì)自駕游中的突發(fā)事件能力差，不能解決車(chē)主的安全問(wèn)題。自駕游途中自由度低，大量沿途美景無(wú)法捕捉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)，所述基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)包括：用戶(hù)終端、車(chē)頂起降平臺(tái)、無(wú)人機(jī)終端。

其中，三者的連接關(guān)系是，三個(gè)終端通過(guò)其各自搭載的433m無(wú)線通信模塊建立連接。

用戶(hù)終端的功能是用戶(hù)能夠?qū)o(wú)人機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制與監(jiān)控。例如：用戶(hù)通過(guò)用戶(hù)終端對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)送命令，使其能夠起飛，返航，自主取景，一鍵精準(zhǔn)降落，同時(shí)用戶(hù)可通過(guò)用戶(hù)終端界面監(jiān)控到無(wú)人機(jī)的坐標(biāo)位置以及飛行狀態(tài)，同時(shí)用戶(hù)終端允許用戶(hù)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行手動(dòng)操作，從而避免緊急情況的發(fā)生或者使得用戶(hù)能夠?qū)o(wú)人機(jī)進(jìn)行自由操控。

車(chē)頂起降平臺(tái)的功能：1.為無(wú)人機(jī)提供降落平臺(tái)。2.為無(wú)人機(jī)降落后提供充電場(chǎng)所。3.提供定位信息。

無(wú)人機(jī)終端的功能：1.執(zhí)行根據(jù)用戶(hù)指令的自主取景任務(wù)或者手動(dòng)取景任務(wù)。2.執(zhí)行根據(jù)用戶(hù)指令的起飛，飛行到目標(biāo)點(diǎn)，飛行狀態(tài)手動(dòng)操控，返航，精準(zhǔn)降落任務(wù)。

進(jìn)一步，所述用戶(hù)終端包括：人機(jī)交互界面、控制模塊、通信模塊。其中，三者的連接關(guān)系：人機(jī)交互界面和通信模塊均與控制模塊物理連接并受其控制。具體連接方式為用戶(hù)對(duì)人機(jī)交互界面進(jìn)行互動(dòng)從而使得控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)指令編碼，這些指令編碼再通過(guò)通信模塊無(wú)線傳輸?shù)綗o(wú)人機(jī)終端從而達(dá)到用戶(hù)控制無(wú)人機(jī)的效果。

人機(jī)交互界面的功能是1.用戶(hù)能夠通過(guò)與該界面互動(dòng)對(duì)控制模塊下達(dá)相應(yīng)指令使控制模塊能夠產(chǎn)生相應(yīng)的指令編碼。2.顯示無(wú)人機(jī)飛行的具體狀態(tài)，坐標(biāo)使用戶(hù)能夠?qū)o(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

控制模塊的功能是：根據(jù)用戶(hù)與交互界面的互動(dòng)產(chǎn)生各種指令編碼，使無(wú)人機(jī)完成相應(yīng)任務(wù)。

通信模塊的功能是：1.將控制模塊產(chǎn)生的指令無(wú)線傳輸至無(wú)人機(jī)與車(chē)頂起降平臺(tái)。2.接受由無(wú)人機(jī)終端傳輸過(guò)來(lái)的圖片信息，本身的坐標(biāo)信息，飛行狀態(tài)信息。3.接受由車(chē)頂起降平臺(tái)傳輸來(lái)的信息。

進(jìn)一步，所述車(chē)頂起降平臺(tái)包括：供電模塊、通信模塊、北斗導(dǎo)航模塊、超寬帶定位模塊接收端。其中，四者的具體連接關(guān)系為超寬帶定位模塊接收端與北斗導(dǎo)航模塊與通信模塊連接，將分別接受到的位置信息傳輸給通信模塊，而供電模塊則為獨(dú)立模塊，負(fù)責(zé)為降落的無(wú)人機(jī)以及車(chē)頂降落平臺(tái)其他模塊供電。

供電模塊的功能：為降落的無(wú)人機(jī)以及車(chē)頂降落平其他模塊供電。

通信模塊的功能：1.與無(wú)人機(jī)終端相互通信。2.與用戶(hù)終端進(jìn)行相互通信。北斗導(dǎo)航模塊的功能：實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行粗略的定位與導(dǎo)航。

超寬帶定位模塊接收端的功能：1.構(gòu)成本地導(dǎo)航坐標(biāo)系。2.獲取本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中x軸與地磁北向的夾角。3.接受由該模塊發(fā)射端發(fā)出的測(cè)距信息。4.獲取無(wú)人機(jī)與該模塊接收端中三雷達(dá)的實(shí)時(shí)距離。

進(jìn)一步，所述無(wú)人機(jī)終端包括：主控制器、通信模塊、超寬帶定位模塊發(fā)射端。四者連接關(guān)系為通信模塊和超寬帶定位模塊發(fā)射端分別與主控制器連接。具體連接方式：主控制器收集來(lái)自通信模塊的信息，同時(shí)并產(chǎn)生某些信息通過(guò)通信模塊發(fā)射出去，同時(shí)控制超寬帶定位發(fā)射模塊發(fā)射端發(fā)射測(cè)距信息。

主控制器功能：1.分析并計(jì)算由通信模塊接受到的北斗定位信息以及超寬帶定位模塊傳輸而來(lái)的測(cè)角測(cè)距信息。2.根據(jù)用戶(hù)命令來(lái)執(zhí)行無(wú)人機(jī)的各種功能。3.向超寬帶定位模塊發(fā)射端發(fā)送一系列命令，控制其向外發(fā)射測(cè)距射頻信號(hào)。

通信模塊功能：1.與車(chē)頂起降平臺(tái)通信模塊通信。2.與用戶(hù)終端通信模塊通信。

超寬帶定位模塊發(fā)射端的功能：不斷向周?chē)l(fā)射測(cè)距射頻信息。精準(zhǔn)定位技術(shù)的核心是超寬帶定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由發(fā)射端和接收端兩部分構(gòu)成。發(fā)射端位于飛機(jī)上，主體是一個(gè)標(biāo)簽雷達(dá)，該雷達(dá)在使能后可不斷向外發(fā)出測(cè)距射頻信號(hào)。接收端位于車(chē)頂平臺(tái)上，包括三個(gè)相互正交的雷達(dá)基站和一個(gè)電子羅盤(pán)，正交的三個(gè)雷達(dá)構(gòu)成了一個(gè)確定的本地導(dǎo)航坐標(biāo)系，電子羅盤(pán)的作用是獲取本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中x軸與地磁北向的夾角，從而確定了本地導(dǎo)航坐標(biāo)系與飛機(jī)所在的東北天坐標(biāo)系之間的變換矩陣，再結(jié)合標(biāo)簽雷達(dá)與三個(gè)基站雷達(dá)之間的實(shí)時(shí)距離，用戶(hù)終端能解算出飛機(jī)在本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，最后將坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為無(wú)人機(jī)與車(chē)頂之間的相對(duì)位移量指令通過(guò)無(wú)線透?jìng)靼l(fā)送給無(wú)人機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降落。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)的基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制方法，所述基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制方法包括以下步驟：

步驟一，用戶(hù)確定好取景位置后下達(dá)命令，由北斗導(dǎo)航模塊通過(guò)無(wú)線透?jìng)鲗⒕包c(diǎn)的地理坐標(biāo)發(fā)送給無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)將執(zhí)行自主取景任務(wù)；在該過(guò)程中信號(hào)詳細(xì)的處理過(guò)程：由北斗定位模塊直接采集到的地理坐標(biāo)為國(guó)際通用的度分格式，不能直接為無(wú)人機(jī)所利用，需要先將其轉(zhuǎn)換成精確到小數(shù)點(diǎn)后第八位的弧度制表示形式。以西安鐘樓為例，其地理坐標(biāo)為北緯34°15.66’，東經(jīng)108°56.54’，按上述函數(shù)轉(zhuǎn)換后得到其弧度制坐標(biāo)：北緯0.597967255，東經(jīng)1.901402411。而自主取景任務(wù)是作者基于大疆a(chǎn)pi庫(kù)開(kāi)發(fā)出的一種高級(jí)尋址任務(wù)，只需要輸入景點(diǎn)的地理坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)，無(wú)人機(jī)便可自動(dòng)飛向目標(biāo)并完成拍照任務(wù)，本任務(wù)亦支持多目標(biāo)點(diǎn)模式，無(wú)人機(jī)會(huì)按照目標(biāo)的編號(hào)依次拍照傳回到用戶(hù)端。

步驟二，取景后用戶(hù)可下達(dá)一鍵返航命令，無(wú)人機(jī)會(huì)根據(jù)接收到的車(chē)輛地理坐標(biāo)飛回至車(chē)輛附近；該過(guò)程的信號(hào)處理也主要是利用北斗模塊，與步驟一中北斗定位模塊的信號(hào)處理過(guò)程相似。

步驟三，當(dāng)無(wú)人機(jī)抵達(dá)車(chē)頂10m半徑范圍內(nèi)時(shí)將自動(dòng)啟用精準(zhǔn)定位，確定了本地導(dǎo)航坐標(biāo)系與飛機(jī)所在的東北天坐標(biāo)系之間的變換矩陣，再結(jié)合標(biāo)簽雷達(dá)與三個(gè)基站雷達(dá)之間的實(shí)時(shí)距離，用戶(hù)終端能解算出飛機(jī)在本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，最后將坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為無(wú)人機(jī)與車(chē)頂之間的相對(duì)位移量指令通過(guò)無(wú)線透?jìng)靼l(fā)送給無(wú)人機(jī)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降落；在該過(guò)程中詳細(xì)的信號(hào)處理過(guò)程為：

由于北斗導(dǎo)航存在6m左右的定位誤差，要想獲得無(wú)人機(jī)的準(zhǔn)確定位，必須建立一個(gè)可靠的本地坐標(biāo)系。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了自己的超寬帶定位模塊，其接收端的主體是三個(gè)正交的基站雷達(dá)，以雷達(dá)b為原點(diǎn),oa、ob方向?yàn)閤、y軸，過(guò)原點(diǎn)垂直平面方向?yàn)閦軸，恰好構(gòu)成一個(gè)本地坐標(biāo)系。因?yàn)槔走_(dá)a、b，a、c之間的距離x0,y0均為固定值(實(shí)際中我們?nèi)0＝y(tǒng)0＝1)，所以只要再得到飛機(jī)上掛在的標(biāo)簽雷達(dá)與地面三個(gè)基站雷達(dá)之間的距離便能解出飛機(jī)在本地坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確坐標(biāo)。由于直接測(cè)得的三個(gè)距離都存在不同程度上的跳變，如若不加處理就對(duì)其進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，得到的數(shù)值會(huì)嚴(yán)重偏離真實(shí)值，影響定位精度，所以我們有必要對(duì)采集到的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波?？柭鼮V波根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)距離值和測(cè)距模塊提供的測(cè)距信息，通過(guò)對(duì)測(cè)量噪聲和過(guò)程噪聲的估計(jì)，不斷將測(cè)距數(shù)據(jù)修正，使得估計(jì)距離最大限度的吻合真實(shí)值。在得到穩(wěn)定的距離信息后，根據(jù)兩點(diǎn)間距離公式，即可得飛機(jī)在本地坐標(biāo)系中的位置。

由于前面得到的飛機(jī)在本地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)還不能直接被飛機(jī)識(shí)別，所以需要將其變換到飛機(jī)能夠識(shí)別的東北天坐標(biāo)系。為防止飛機(jī)的過(guò)度抖動(dòng)，加強(qiáng)飛控的穩(wěn)定性，我們?cè)趯?shí)際中設(shè)定飛機(jī)為定高飛行，這樣一來(lái)該問(wèn)題便可簡(jiǎn)化為二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問(wèn)題。然后無(wú)人機(jī)收到當(dāng)前位置到目標(biāo)位置之間在東北天的方向上的實(shí)時(shí)距離，從而便能按照相對(duì)位移的方式準(zhǔn)確飛到目標(biāo)點(diǎn)附近，這也意味著飛機(jī)的當(dāng)前坐標(biāo)需要實(shí)時(shí)刷新，實(shí)際中刷新的速率約為10hz。無(wú)人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)期間受雙環(huán)pid調(diào)控(外環(huán)為位置，內(nèi)環(huán)為速度)，無(wú)人機(jī)距離?？奎c(diǎn)越近飛行速度越低，保證飛行平穩(wěn)可靠的同時(shí)又提高了精度。

步驟四，當(dāng)無(wú)人機(jī)精確降落至車(chē)載平臺(tái)后，四個(gè)機(jī)腳會(huì)被平臺(tái)上安裝的電磁鐵牢牢吸附并鎖死，向無(wú)人機(jī)發(fā)送指令，開(kāi)啟充電接口實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主充電。

進(jìn)一步，坐標(biāo)計(jì)算根據(jù)兩點(diǎn)間距離公式：

其中a、b、c分別為標(biāo)簽雷達(dá)到三個(gè)基站雷達(dá)之間的距離，x0、y0均為常數(shù)。解此方程組，即可得飛機(jī)在本地坐標(biāo)系中的位置為：

進(jìn)一步，直角坐標(biāo)系x-o-y沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)角θ后得到新坐標(biāo)系x’-o-y’，由幾何關(guān)系可得無(wú)人機(jī)新舊坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：通過(guò)多點(diǎn)優(yōu)化配置的uwb高精度測(cè)距實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)高精度位置確定，構(gòu)建無(wú)人機(jī)?？科脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自主?？浚灾靼轱w。在停靠平臺(tái)的基礎(chǔ)上，還實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與手機(jī)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)采集的數(shù)據(jù)、圖像和用戶(hù)手機(jī)的互聯(lián)互通。通過(guò)平臺(tái)和手機(jī)之間的連接功能，用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)地圖精確指揮無(wú)人機(jī)的準(zhǔn)確降落、巡航和目的地取景。此外無(wú)人機(jī)還能夠通過(guò)平臺(tái)?？?，實(shí)現(xiàn)自主充電。本發(fā)明所需要的設(shè)備體積更小、質(zhì)量更輕、功耗更低，因此有利于提高駕駛員的出行體驗(yàn)，豐富自駕游的內(nèi)容。

無(wú)人機(jī)具有了自主起降功能，用戶(hù)只需將拍攝地點(diǎn)的北斗定位坐標(biāo)發(fā)送給無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)執(zhí)行完任務(wù)之后將進(jìn)行自主返航，與此同時(shí)用戶(hù)可以通過(guò)顯示屏?xí)r時(shí)監(jiān)視無(wú)人機(jī)的位置和畫(huà)面，可以大大地保證無(wú)人機(jī)的安全系數(shù)。

使用無(wú)人機(jī)作為探路等路線規(guī)劃是很有實(shí)際意義的，它不局限于數(shù)字地圖，可以幫助人們安全快速駛離復(fù)雜路況，或者飛到指定坐標(biāo)進(jìn)行勘察，以探明道路的虛實(shí)，快速選擇合適路線；而自主起降這一功能，又使用戶(hù)可以隨時(shí)隨地發(fā)送任務(wù)指令，讓無(wú)人機(jī)拍攝沿途風(fēng)景，而不用特意到合適的位置開(kāi)始操作，且全過(guò)程智能程度和精度極高，無(wú)需人為干預(yù)，很大地增加了無(wú)人機(jī)的實(shí)用性和便利性，真正成為攜帶方便并具有高效用的自駕游伴侶。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制方法流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的自主取景示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一鍵返航示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的精準(zhǔn)降落示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的本地坐標(biāo)系示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換公式圖解示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的濾波前后對(duì)比示意圖；

圖中：1、用戶(hù)終端；2、車(chē)頂起降平臺(tái)；3、無(wú)人機(jī)終端。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)包括：用戶(hù)終端1、車(chē)頂起降平臺(tái)2、無(wú)人機(jī)終端3。

用戶(hù)終端1包括：人機(jī)交互界面、控制模塊、通信模塊。

車(chē)頂起降平臺(tái)2包括：供電模塊、通信模塊、北斗導(dǎo)航模塊、超寬帶定位模塊接收端。

無(wú)人機(jī)終端3包括：主控制器、通信模塊、超寬帶定位模塊發(fā)射端。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)還包括：

北斗導(dǎo)航模塊：高性能gps/bd雙模定位模塊，工作頻率為1.56ghz，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等多種功能，為自主取景和精準(zhǔn)定位提供了硬件保障。

供電模塊：飛機(jī)端通過(guò)lm2596芯片將電池電壓24v降壓至5v供電。用戶(hù)端和車(chē)頂平臺(tái)直接用充電寶供電。

主控制器：stm32f407系列單片機(jī)，主時(shí)鐘頻率高達(dá)168mhz，為數(shù)據(jù)處理時(shí)的高速計(jì)算提供了可靠保障。

超寬帶定位模塊發(fā)射端包括：測(cè)距雷達(dá)：基于uwb技術(shù)的高精度測(cè)距板卡，工作頻率為3.9ghz，上電后即可通過(guò)串口輸出距離信息。電子羅盤(pán)：gy953是一款低成本ahrs模塊，工作電壓3-5v，功耗小，體積??；精度高，指北誤差小于1°，為精準(zhǔn)降落奠定基礎(chǔ)。

通信模塊：選用as12無(wú)線透?jìng)髂K，工作頻率為420mhz-445.5mhz，共計(jì)256個(gè)信道，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸及廣播模式。

顯示模塊：4.7寸oled液晶顯示屏，分辨率高達(dá)256*128，可顯示包括飛機(jī)當(dāng)前坐標(biāo)、姿態(tài)信息在內(nèi)的多種有關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互。

無(wú)人機(jī)：大疆公司的經(jīng)緯m100無(wú)人機(jī)，平穩(wěn)可靠、功能強(qiáng)大、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，外部設(shè)備可以靈活接入。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制方法包括以下步驟：

第一階段：自主取景

如圖3所示，用戶(hù)確定好取景位置后下達(dá)命令，由北斗導(dǎo)航模塊通過(guò)無(wú)線透?jìng)鲗⒕包c(diǎn)的地理坐標(biāo)發(fā)送給無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)將執(zhí)行自主取景任務(wù)。

第二階段:初步返航

如圖4所示，成功取景后用戶(hù)可下達(dá)一鍵返航命令，此時(shí)無(wú)人機(jī)會(huì)根據(jù)接收到的車(chē)輛地理坐標(biāo)飛回至車(chē)輛附近，具體誤差取決于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(實(shí)測(cè)大約6m左右)。

第三階段：精準(zhǔn)定位及降落

如圖5所示，當(dāng)無(wú)人機(jī)抵達(dá)車(chē)頂10m半徑范圍內(nèi)時(shí)將自動(dòng)啟用精準(zhǔn)定位。精準(zhǔn)定位技術(shù)的核心是超寬帶定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由發(fā)射端和接收端兩部分構(gòu)成。發(fā)射端位于飛機(jī)上，主體是一個(gè)標(biāo)簽雷達(dá)，該雷達(dá)在使能后可不斷向外發(fā)出測(cè)距射頻信號(hào)。接收端位于車(chē)頂平臺(tái)上，包括三個(gè)相互正交的雷達(dá)基站和一個(gè)電子羅盤(pán)，正交的三個(gè)雷達(dá)構(gòu)成了一個(gè)確定的本地導(dǎo)航坐標(biāo)系，電子羅盤(pán)的作用是獲取本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中x軸與地磁北向的夾角，從而確定了本地導(dǎo)航坐標(biāo)系與飛機(jī)所在的東北天坐標(biāo)系之間的變換矩陣，再結(jié)合標(biāo)簽雷達(dá)與三個(gè)基站雷達(dá)之間的實(shí)時(shí)距離，用戶(hù)終端能解算出飛機(jī)在本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，最后將坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為無(wú)人機(jī)與車(chē)頂之間的相對(duì)位移量指令通過(guò)無(wú)線透?jìng)靼l(fā)送給無(wú)人機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降落。

第四階段：自主充電

當(dāng)無(wú)人機(jī)精確降落至車(chē)載平臺(tái)后，四個(gè)機(jī)腳會(huì)被平臺(tái)上安裝的電磁鐵牢牢吸附并鎖死，此時(shí)向無(wú)人機(jī)發(fā)送指令，開(kāi)啟充電接口實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主充電。該技術(shù)可進(jìn)一步改進(jìn)為無(wú)線耦合式充電技術(shù)，利用電磁感應(yīng)原理由無(wú)人機(jī)平臺(tái)將能量無(wú)線傳輸至無(wú)人機(jī)，達(dá)到更加便捷可靠的充電效果。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制方法具體包括以下步驟：

(1)數(shù)據(jù)采集與處理

地理坐標(biāo)的采集與處理

由北斗定位模塊直接采集到的地理坐標(biāo)為國(guó)際通用的度分格式，不能直接為無(wú)人機(jī)所利用，需要先將其轉(zhuǎn)換成精確到小數(shù)點(diǎn)后第八位的弧度制表示形式，由具體轉(zhuǎn)換函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

以西安鐘樓為例，其地理坐標(biāo)為北緯34°15.66’，東經(jīng)108°56.54’，按上述函數(shù)轉(zhuǎn)換后得到其弧度制坐標(biāo)：北緯0.597967255，東經(jīng)1.901402411。

(2)距離信息的采集與處理

本地坐標(biāo)系的建立

如圖6所示，由于北斗導(dǎo)航存在6m左右的定位誤差，要想獲得無(wú)人機(jī)的準(zhǔn)確定位，必須建立一個(gè)可靠的本地坐標(biāo)系。超寬帶定位模塊，其接收端的主體是三個(gè)正交的基站雷達(dá)。假設(shè)以雷達(dá)b為原點(diǎn)，oa、ob方向?yàn)閤、y軸，過(guò)原點(diǎn)垂直平面方向?yàn)閦軸，恰好構(gòu)成一個(gè)本地坐標(biāo)系。因?yàn)槔走_(dá)a、b，a、c之間的距離x0，y0均為固定值(實(shí)際中我們?nèi)0＝y(tǒng)0＝1)，所以只要再得到飛機(jī)上掛在的標(biāo)簽雷達(dá)與地面三個(gè)基站雷達(dá)之間的距離便能解出飛機(jī)在本地坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確坐標(biāo)。

卡爾曼濾波

由于直接測(cè)得的三個(gè)距離都存在不同程度上的跳變，如若不加處理就對(duì)其進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，得到的數(shù)值會(huì)嚴(yán)重偏離真實(shí)值，影響定位精度，所以對(duì)采集到的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。利用卡爾曼濾波程序?qū)崿F(xiàn)。

matlab仿真

如圖7所示，取150個(gè)跳變值在4m左右的真實(shí)測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波仿真。測(cè)量的真實(shí)值由于噪聲的存在，有很大的起伏和波動(dòng)，而卡爾曼濾波則提供了一個(gè)順滑的最優(yōu)估計(jì)?？柭鼮V波根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)距離值和測(cè)距模塊提供的測(cè)距信息，通過(guò)對(duì)測(cè)量噪聲和過(guò)程噪聲的估計(jì)，不斷將測(cè)距數(shù)據(jù)修正，使得估計(jì)距離最大限度的吻合真實(shí)值。而通過(guò)卡爾曼濾波每個(gè)狀態(tài)的增益的計(jì)算，保證了卡爾曼濾波的收斂性。

坐標(biāo)計(jì)算

在得到穩(wěn)定的距離信息后，根據(jù)兩點(diǎn)間距離公式，得到：

其中a、b、c分別為標(biāo)簽雷達(dá)到三個(gè)基站雷達(dá)之間的距離，x0、y0均為常數(shù)。解此方程組，即可得飛機(jī)在本地坐標(biāo)系中的位置為：

坐標(biāo)系變換

由于前面得到的飛機(jī)在本地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)還不能直接被飛機(jī)識(shí)別，所以需要將其變換到飛機(jī)能夠識(shí)別的東北天坐標(biāo)系。下面建立本地坐標(biāo)系與東北天坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。為防止飛機(jī)的過(guò)度抖動(dòng)，加強(qiáng)飛控的穩(wěn)定性，在實(shí)際中設(shè)定飛機(jī)為定高飛行，該問(wèn)題便可簡(jiǎn)化為二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

如圖8所示，直角坐標(biāo)系x-o-y沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)角θ后得到新坐標(biāo)系x’-o-y’，由幾何關(guān)系可得無(wú)人機(jī)新舊坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

實(shí)際中角的值由接收端上的電子羅盤(pán)確定，該電子羅盤(pán)可以準(zhǔn)確測(cè)出本地坐標(biāo)系北向與地磁北向之間的夾角，經(jīng)實(shí)測(cè)誤差小于1°。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無(wú)人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)完全自主的精準(zhǔn)起降：在北斗導(dǎo)航的輔助下，超寬帶定位模塊可以幫助無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)分米級(jí)的起降精度，無(wú)需任何的人為干預(yù)，這一技術(shù)可以將無(wú)人機(jī)高效、方便的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致，讓車(chē)載無(wú)人機(jī)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。自主取景拍攝：作為完美的自駕游伴侶，可以幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)量身定制的航線任務(wù)，在用戶(hù)確定拍攝地點(diǎn)(支持多點(diǎn))后，無(wú)人機(jī)可以自主飛到目標(biāo)點(diǎn)附近進(jìn)行取景拍照，徹底解放用戶(hù)雙手，更能為航拍新手帶來(lái)安全保障。用戶(hù)可以通過(guò)顯示屏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到飛機(jī)的狀態(tài)。支持模式切換：在任務(wù)執(zhí)行期間，如果無(wú)人機(jī)靠近障礙物或者發(fā)生故障時(shí)，無(wú)人機(jī)會(huì)通過(guò)回傳及時(shí)將信息反饋給用戶(hù)，用戶(hù)此時(shí)可以馬上切換為手動(dòng)操縱，調(diào)整無(wú)人機(jī)姿態(tài)或者依照?qǐng)D傳信息安全返航，避免意外的發(fā)生。自主充電：在無(wú)人機(jī)返回?zé)o人機(jī)升降平臺(tái)后，能夠完全自主地對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行充電。用戶(hù)完全不用對(duì)無(wú)人機(jī)有任何操作。因此該功能既增加了無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間，也解決了用戶(hù)的憂(yōu)慮，使其不用擔(dān)心在外出游玩或旅行時(shí)無(wú)人機(jī)電量不足的難題。

本發(fā)明將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與uwb測(cè)距定位、超聲測(cè)距定位實(shí)時(shí)定位技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的一鍵起飛、自主取景、精準(zhǔn)降落等功能。無(wú)人機(jī)的起降平臺(tái)可固定在用戶(hù)車(chē)頂，當(dāng)需要無(wú)人機(jī)執(zhí)行取景任務(wù)時(shí)，用戶(hù)可提前在用戶(hù)終端通過(guò)手機(jī)地圖選擇拍攝景點(diǎn)，無(wú)人機(jī)在接收到景點(diǎn)的地理坐標(biāo)后可自主執(zhí)行取景任務(wù)，其間用戶(hù)可以在顯示屏上實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)的飛行狀態(tài)。任務(wù)執(zhí)行成功后，無(wú)人機(jī)根據(jù)用戶(hù)指示一鍵返航，通過(guò)結(jié)合測(cè)距導(dǎo)航技術(shù)，無(wú)人機(jī)可精準(zhǔn)降落至用戶(hù)車(chē)頂，并支持動(dòng)態(tài)降落，精度可達(dá)厘米級(jí)，大大降低了無(wú)人機(jī)的操控難度。基于上述功能，在自駕游過(guò)程中，無(wú)人機(jī)伴侶可以讓用戶(hù)在車(chē)內(nèi)放心操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行取景任務(wù)，在任務(wù)執(zhí)行期間，如果無(wú)人機(jī)靠近障礙物或者發(fā)生故障時(shí)，無(wú)人機(jī)會(huì)通過(guò)回傳及時(shí)將信息反饋給用戶(hù)，用戶(hù)此時(shí)可以馬上切換為手動(dòng)操縱，調(diào)整無(wú)人機(jī)姿態(tài)或者依照?qǐng)D傳信息安全返航，避免意外的發(fā)生。此項(xiàng)技術(shù)解決了傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)需要人工操控的難題，解放了用戶(hù)的雙手，拓寬了無(wú)人機(jī)的作用領(lǐng)域，將不僅僅局限于自駕游途中的航拍娛樂(lè)，在進(jìn)一步優(yōu)化之后，可被應(yīng)用到勘察，救災(zāi)等多個(gè)方面。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。