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

背景技術(shù)：

長期以來我國對于無人機(jī)的導(dǎo)航控制都是基于美國的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)無人機(jī)的高精度自主起降將成為必然。從國內(nèi)現(xiàn)有的無人機(jī)技術(shù)來看，自動起飛、定高飛行、按線巡航、自動返航等技術(shù)已相當(dāng)成熟，唯獨(dú)在高精度無人機(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算機(jī)視覺技術(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，使得無人機(jī)能夠自主降落。但該方案，由于視覺與圖像技術(shù)比較復(fù)雜，計算量大，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，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很模糊從而影響自主降落整體的精度。同時現(xiàn)有無人機(jī)進(jìn)行航拍任務(wù)時，主要是用戶遙控?zé)o人機(jī)，無人機(jī)必須在視線范圍以內(nèi)，以致在進(jìn)行高空作業(yè)及危險地區(qū)拍攝時風(fēng)險很大，因?yàn)榇藭r用戶可能已經(jīng)無法看清無人機(jī)的運(yùn)動軌跡，所以無人機(jī)可能會撞上一些障礙物對其造成永久損害。

自駕游途中，路線規(guī)劃和自由度尤為重要。而現(xiàn)在，一般人駕車出行，都是通過車載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)為車主提供導(dǎo)航服務(wù)，無法為車主提供突發(fā)情況下的道路偵察服務(wù)。通常來講，自駕游活動的特點(diǎn)是路程遠(yuǎn)、伴行少、危險多，在車主遇到突發(fā)事件的情況下(例如前方出現(xiàn)擁堵性車禍、道路情況復(fù)雜無法判斷前方是否能夠通行、在人跡稀少通信信號差地帶發(fā)生車輛故障等等)，普通gps車載導(dǎo)航系統(tǒng)就顯得無能為力，而此種突發(fā)事件如果處理不當(dāng)貿(mào)然前行，往往會給車主會耗費(fèi)車主大量寶貴的旅行時間，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，通常來講，自駕游車主對自由度的需求極高，原因在于兩方面：一是自駕游車主普遍經(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間，再加上車主開車時需要注意力集中，不能過于分散精力在沿途美景，所以導(dǎo)致有時候最精彩的景色往往抓拍不到。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

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

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

用戶終端的功能是用戶能夠?qū)o人機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制與監(jiān)控。例如：用戶通過用戶終端對無人機(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，同時用戶可通過用戶終端界面監(jiān)控到無人機(jī)的坐標(biāo)位置以及飛行狀態(tài)，同時用戶終端允許用戶對無人機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行手動操作，從而避免緊急情況的發(fā)生或者使得用戶能夠?qū)o人機(jī)進(jìn)行自由操控。

車頂起降平臺的功能：1.為無人機(jī)提供降落平臺。2.為無人機(jī)降落后提供充電場所。3.提供定位信息。

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

進(jìn)一步，所述用戶終端包括：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對人機(jī)交互界面進(jìn)行互動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通信模塊無線傳輸?shù)綗o人機(jī)終端從而達(dá)到用戶控制無人機(jī)的效果。

人機(jī)交互界面的功能是1.用戶能夠通過與該界面互動對控制模塊下達(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.顯示無人機(jī)飛行的具體狀態(tài)，坐標(biāo)使用戶能夠?qū)o人機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

控制模塊的功能是：根據(jù)用戶與交互界面的互動產(chǎn)生各種指令編碼，使無人機(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)生的指令無線傳輸至無人機(jī)與車頂起降平臺。2.接受由無人機(jī)終端傳輸過來的圖片信息，本身的坐標(biāo)信息，飛行狀態(tài)信息。3.接受由車頂起降平臺傳輸來的信息。

進(jìn)一步，所述車頂起降平臺包括：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)為降落的無人機(jī)以及車頂降落平臺其他模塊供電。

供電模塊的功能：為降落的無人機(jī)以及車頂降落平其他模塊供電。

通信模塊的功能：1.與無人機(jī)終端相互通信。2.與用戶終端進(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，對無人機(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)出的測距信息。4.獲取無人機(jī)與該模塊接收端中三雷達(dá)的實(shí)時距離。

進(jìn)一步，所述無人機(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：主控制器收集來自通信模塊的信息，同時并產(chǎn)生某些信息通過通信模塊發(fā)射出去，同時控制超寬帶定位發(fā)射模塊發(fā)射端發(fā)射測距信息。

主控制器功能：1.分析并計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的測角測距信息。2.根據(jù)用戶命令來執(zhí)行無人機(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)射測距射頻信號。

通信模塊功能：1.與車頂起降平臺通信模塊通信。2.與用戶終端通信模塊通信。

超寬帶定位模塊發(fā)射端的功能：不斷向周圍發(fā)射測距射頻信息。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，主體是一個標(biāo)簽雷達(dá)，該雷達(dá)在使能后可不斷向外發(fā)出測距射頻信號。接收端位于車頂平臺上，包括三個相互正交的雷達(dá)基站和一個電子羅盤，正交的三個雷達(dá)構(gòu)成了一個確定的本地導(dǎo)航坐標(biāo)系，電子羅盤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)與三個基站雷達(dá)之間的實(shí)時距離，用戶終端能解算出飛機(jī)在本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中的實(shí)時坐標(biāo)，最后將坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為無人機(jī)與車頂之間的相對位移量指令通過無線透傳發(fā)送給無人機(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人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)的基于無人機(jī)的自駕游控制方法，所述基于無人機(jī)的自駕游控制方法包括以下步驟：

步驟一，用戶確定好取景位置后下達(dá)命令，由北斗導(dǎo)航模塊通過無線透傳將景點(diǎn)的地理坐標(biāo)發(fā)送給無人機(jī)，無人機(jī)將執(zhí)行自主取景任務(wù)；在該過程中信號詳細(xì)的處理過程：由北斗定位模塊直接采集到的地理坐標(biāo)為國際通用的度分格式，不能直接為無人機(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庫開發(fā)出的一種高級尋址任務(wù)，只需要輸入景點(diǎn)的地理坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)，無人機(jī)便可自動飛向目標(biāo)并完成拍照任務(wù)，本任務(wù)亦支持多目標(biāo)點(diǎn)模式，無人機(jī)會按照目標(biāo)的編號依次拍照傳回到用戶端。

步驟二，取景后用戶可下達(dá)一鍵返航命令，無人機(jī)會根據(jù)接收到的車輛地理坐標(biāo)飛回至車輛附近；該過程的信號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處理過程相似。

步驟三，當(dāng)無人機(jī)抵達(dá)車頂10m半徑范圍內(nèi)時將自動啟用精準(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)與三個基站雷達(dá)之間的實(shí)時距離，用戶終端能解算出飛機(jī)在本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中的實(shí)時坐標(biāo)，最后將坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為無人機(jī)與車頂之間的相對位移量指令通過無線透傳發(fā)送給無人機(jī)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降落；在該過程中詳細(xì)的信號處理過程為：

由于北斗導(dǎo)航存在6m左右的定位誤差，要想獲得無人機(jī)的準(zhǔn)確定位，必須建立一個可靠的本地坐標(biāo)系。為此我們設(shè)計了自己的超寬帶定位模塊，其接收端的主體是三個正交的基站雷達(dá)，以雷達(dá)b為原點(diǎn),oa、ob方向?yàn)閤、y軸，過原點(diǎn)垂直平面方向?yàn)閦軸，恰好構(gòu)成一個本地坐標(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)。由于直接測得的三個距離都存在不同程度上的跳變，如若不加處理就對其進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，得到的數(shù)值會嚴(yán)重偏離真實(shí)值，影響定位精度，所以我們有必要對采集到的距離數(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)測距離值和測距模塊提供的測距信息，通過對測量噪聲和過程噪聲的估計，不斷將測距數(shù)據(jù)修正，使得估計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)識別，所以需要將其變換到飛機(jī)能夠識別的東北天坐標(biāo)系。為防止飛機(jī)的過度抖動，加強(qiáng)飛控的穩(wěn)定性，我們在實(shí)際中設(shè)定飛機(jī)為定高飛行，這樣一來該問題便可簡化為二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問題。然后無人機(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)時距離，從而便能按照相對位移的方式準(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)時刷新，實(shí)際中刷新的速率約為10hz。無人機(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)，無人機(jī)距離停靠點(diǎn)越近飛行速度越低，保證飛行平穩(wěn)可靠的同時又提高了精度。

步驟四，當(dāng)無人機(jī)精確降落至車載平臺后，四個機(jī)腳會被平臺上安裝的電磁鐵牢牢吸附并鎖死，向無人機(jī)發(fā)送指令，開啟充電接口實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主充電。

進(jìn)一步，坐標(biāo)計算根據(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沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)角θ后得到新坐標(biāo)系x’-o-y’，由幾何關(guān)系可得無人機(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)用所述基于無人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)的無人機(jī)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：通過多點(diǎn)優(yōu)化配置的uwb高精度測距實(shí)現(xiàn)無人機(jī)高精度位置確定，構(gòu)建無人機(jī)?？科脚_，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自主?？?，自主伴飛。在?？科脚_的基礎(chǔ)上，還實(shí)現(xiàn)平臺與手機(jī)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)、圖像和用戶手機(jī)的互聯(lián)互通。通過平臺和手機(jī)之間的連接功能，用戶可以通過手機(jī)地圖精確指揮無人機(jī)的準(zhǔn)確降落、巡航和目的地取景。此外無人機(jī)還能夠通過平臺停靠，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。

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

使用無人機(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，又使用戶可以隨時隨地發(fā)送任務(wù)指令，讓無人機(jī)拍攝沿途風(fēng)景，而不用特意到合適的位置開始操作，且全過程智能程度和精度極高，無需人為干預(yù)，很大地增加了無人機(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。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無人機(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比示意圖；

圖中：1、用戶終端；2、車頂起降平臺；3、無人機(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，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。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)施例提供的基于無人機(jī)的自駕游控制系統(tǒng)包括：用戶終端1、車頂起降平臺2、無人機(jī)終端3。

用戶終端1包括：人機(jī)交互界面、控制模塊、通信模塊。

車頂起降平臺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lm2596芯片將電池電壓24v降壓至5v供電。用戶端和車頂平臺直接用充電寶供電。

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

超寬帶定位模塊發(fā)射端包括：測距雷達(dá)：基于uwb技術(shù)的高精度測距板卡，工作頻率為3.9ghz，上電后即可通過串口輸出距離信息。電子羅盤：gy953是一款低成本ahrs模塊，工作電壓3-5v，功耗小，體積小；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無線透傳模塊，工作頻率為420mhz-445.5mhz，共計256個信道，支持點(diǎn)對點(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。

無人機(jī)：大疆公司的經(jīng)緯m100無人機(jī)，平穩(wěn)可靠、功能強(qiáng)大、續(xù)航時間長，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，用戶確定好取景位置后下達(dá)命令，由北斗導(dǎo)航模塊通過無線透傳將景點(diǎn)的地理坐標(biāo)發(fā)送給無人機(jī)，無人機(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，成功取景后用戶可下達(dá)一鍵返航命令，此時無人機(jī)會根據(jù)接收到的車輛地理坐標(biāo)飛回至車輛附近，具體誤差取決于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(實(shí)測大約6m左右)。

第三階段：精準(zhǔn)定位及降落

如圖5所示，當(dāng)無人機(jī)抵達(dá)車頂10m半徑范圍內(nèi)時將自動啟用精準(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，主體是一個標(biāo)簽雷達(dá)，該雷達(dá)在使能后可不斷向外發(fā)出測距射頻信號。接收端位于車頂平臺上，包括三個相互正交的雷達(dá)基站和一個電子羅盤，正交的三個雷達(dá)構(gòu)成了一個確定的本地導(dǎo)航坐標(biāo)系，電子羅盤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)與三個基站雷達(dá)之間的實(shí)時距離，用戶終端能解算出飛機(jī)在本地導(dǎo)航坐標(biāo)系中的實(shí)時坐標(biāo)，最后將坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為無人機(jī)與車頂之間的相對位移量指令通過無線透傳發(fā)送給無人機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降落。

第四階段：自主充電

當(dāng)無人機(jī)精確降落至車載平臺后，四個機(jī)腳會被平臺上安裝的電磁鐵牢牢吸附并鎖死，此時向無人機(jī)發(fā)送指令，開啟充電接口實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主充電。該技術(shù)可進(jìn)一步改進(jìn)為無線耦合式充電技術(shù)，利用電磁感應(yīng)原理由無人機(jī)平臺將能量無線傳輸至無人機(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)為國際通用的度分格式，不能直接為無人機(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，要想獲得無人機(jī)的準(zhǔn)確定位，必須建立一個可靠的本地坐標(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，過原點(diǎn)垂直平面方向?yàn)閦軸，恰好構(gòu)成一個本地坐標(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

由于直接測得的三個距離都存在不同程度上的跳變，如若不加處理就對其進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，得到的數(shù)值會嚴(yán)重偏離真實(shí)值，影響定位精度，所以對采集到的距離數(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個跳變值在4m左右的真實(shí)測距數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波仿真。測量的真實(shí)值由于噪聲的存在，有很大的起伏和波動，而卡爾曼濾波則提供了一個順滑的最優(yōu)估計。卡爾曼濾波根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測距離值和測距模塊提供的測距信息，通過對測量噪聲和過程噪聲的估計，不斷將測距數(shù)據(jù)修正，使得估計距離最大限度的吻合真實(shí)值。而通過卡爾曼濾波每個狀態(tài)的增益的計算，保證了卡爾曼濾波的收斂性。

坐標(biāo)計算

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)識別，所以需要將其變換到飛機(jī)能夠識別的東北天坐標(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)的過度抖動，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，該問題便可簡化為二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問題。

如圖8所示，直角坐標(biāo)系x-o-y沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)角θ后得到新坐標(biāo)系x’-o-y’，由幾何關(guān)系可得無人機(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確定，該電子羅盤可以準(zhǔn)確測出本地坐標(biāo)系北向與地磁北向之間的夾角，經(jīng)實(shí)測誤差小于1°。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于無人機(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人機(jī)實(shí)現(xiàn)分米級的起降精度，無需任何的人為干預(yù)，這一技術(shù)可以將無人機(jī)高效、方便的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致，讓車載無人機(jī)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。自主取景拍攝：作為完美的自駕游伴侶，可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)量身定制的航線任務(wù)，在用戶確定拍攝地點(diǎn)(支持多點(diǎn))后，無人機(jī)可以自主飛到目標(biāo)點(diǎn)附近進(jìn)行取景拍照，徹底解放用戶雙手，更能為航拍新手帶來安全保障。用戶可以通過顯示屏實(shí)時監(jiān)測到飛機(jī)的狀態(tài)。支持模式切換：在任務(wù)執(zhí)行期間，如果無人機(jī)靠近障礙物或者發(fā)生故障時，無人機(jī)會通過回傳及時將信息反饋給用戶，用戶此時可以馬上切換為手動操縱，調(diào)整無人機(jī)姿態(tài)或者依照圖傳信息安全返航，避免意外的發(fā)生。自主充電：在無人機(jī)返回?zé)o人機(jī)升降平臺后，能夠完全自主地對無人機(jī)進(jìn)行充電。用戶完全不用對無人機(jī)有任何操作。因此該功能既增加了無人機(jī)的續(xù)航時間，也解決了用戶的憂慮，使其不用擔(dān)心在外出游玩或旅行時無人機(jī)電量不足的難題。

本發(fā)明將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與uwb測距定位、超聲測距定位實(shí)時定位技術(shù)結(jié)合起來，可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的一鍵起飛、自主取景、精準(zhǔn)降落等功能。無人機(jī)的起降平臺可固定在用戶車頂，當(dāng)需要無人機(jī)執(zhí)行取景任務(wù)時，用戶可提前在用戶終端通過手機(jī)地圖選擇拍攝景點(diǎn)，無人機(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)，其間用戶可以在顯示屏上實(shí)時監(jiān)控?zé)o人機(jī)的飛行狀態(tài)。任務(wù)執(zhí)行成功后，無人機(jī)根據(jù)用戶指示一鍵返航，通過結(jié)合測距導(dǎo)航技術(shù)，無人機(jī)可精準(zhǔn)降落至用戶車頂，并支持動態(tài)降落，精度可達(dá)厘米級，大大降低了無人機(jī)的操控難度?；谏鲜龉δ?，在自駕游過程中，無人機(jī)伴侶可以讓用戶在車內(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，如果無人機(jī)靠近障礙物或者發(fā)生故障時，無人機(jī)會通過回傳及時將信息反饋給用戶，用戶此時可以馬上切換為手動操縱，調(diào)整無人機(jī)姿態(tài)或者依照圖傳信息安全返航，避免意外的發(fā)生。此項(xiàng)技術(shù)解決了傳統(tǒng)無人機(jī)需要人工操控的難題，解放了用戶的雙手，拓寬了無人機(jī)的作用領(lǐng)域，將不僅僅局限于自駕游途中的航拍娛樂，在進(jìn)一步優(yōu)化之后，可被應(yīng)用到勘察，救災(zāi)等多個方面。

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)。