本申請涉及無人機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無人機(jī)在防災(zāi)救險、科學(xué)考察、風(fēng)力發(fā)電巡檢、工業(yè)級環(huán)保等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用，而無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)是無人機(jī)的重要組成部分，在無人機(jī)智能化和實(shí)用化中起著重要的作用。尤其在在工業(yè)無人機(jī)中，工業(yè)無人機(jī)的制造成本高，特別是固定翼無人機(jī)，如機(jī)身碳纖維材料昂貴；工業(yè)無人機(jī)的系統(tǒng)復(fù)雜，故無人機(jī)的系統(tǒng)在交付最終用戶之前，會經(jīng)過大量的、長時間的飛行測試，以提高工業(yè)無人機(jī)的可靠性，便于工業(yè)無人機(jī)的推廣應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中，在各個環(huán)節(jié)保證與提升工業(yè)無人機(jī)的可靠性是非常必要，如從零部件采購、半成品加工、成品組裝、整機(jī)測試、系統(tǒng)測試等管控工業(yè)無人機(jī)的質(zhì)量風(fēng)險，但是影響工業(yè)無人機(jī)可靠性的質(zhì)量風(fēng)險其絕大部分在早期階段可以被發(fā)現(xiàn)糾正或者創(chuàng)造條件提前讓其暴露出來，還會有一些風(fēng)險是無法預(yù)知的，受制于不同環(huán)境因素，可能會隨機(jī)出現(xiàn)，或受制于成本控制，后期故障暴露。

因此，通過嘗試各種途徑來提高工業(yè)無人機(jī)的可靠性，將是未來研究工業(yè)無人機(jī)的重要努力方向，進(jìn)而如何有效地提高工業(yè)無人機(jī)的可靠性成為業(yè)界研究的主要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請的目的是提供一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有無人機(jī)的系統(tǒng)復(fù)雜及可靠性低的問題。

根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)，其特征在于，包括：

can物理層，所述can物理層包括can總線接口；

分別與所述can總線接口連接的can協(xié)議層和無人機(jī)控制冗余備份；

所述can協(xié)議層用于預(yù)置無人機(jī)控制冗余備份中的主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位和預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制將所述主/備數(shù)據(jù)確定為有效備份數(shù)據(jù)；

所述無人機(jī)控制冗余備份包括主/備飛行控制單元、通過所述can總線接口分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)連接的主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元；所述主/備飛行控制單元用于根據(jù)所述主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元獲取的有效備份數(shù)據(jù)控制所述無人機(jī)的飛行狀態(tài)。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，所述無人機(jī)控制冗余備份為熱備份。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，所述主/備數(shù)據(jù)包括主/備飛行定位信息、主/備飛行速度信息及主/備電源狀態(tài)信息，其中，

所述主/備gps單元用于獲取所述無人機(jī)的主/備飛行定位信息；

所述主/備慣性測量單元用于獲取所述無人機(jī)在飛行過程中的主/備飛行速度信息；

所述主/備電源管理單元用于管理所述無人機(jī)的主/備電源狀態(tài)信息；

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，所述飛行速度信息包括飛行角速度、飛行加速度。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，若所述預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制為自控式切換機(jī)制，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于所述自控式切換機(jī)制和所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位從所述主/備數(shù)據(jù)中選出有效備份數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，若所述預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制為冗余仲裁機(jī)制，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于冗余仲裁機(jī)制和所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位從所述主/備數(shù)據(jù)中選出有效備份數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，所述can物理層包括相互獨(dú)立的雙can總線接口，分別為第一can總線接口和第二can總線接口，其中，

所述主/備慣性測量單元和所述主/備gps單元通過所述第一can總線接口分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)連接。

所述主/備電源管理單元通過所述第二can總線接口分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)連接。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，還包括：無人機(jī)的航燈指示單元，其中，

所述航燈指示單元通過所述第二can總線接口與所述主/備飛行控制單元連接，用于獲取所述無人機(jī)在飛行過程中的飛行狀態(tài)并指示。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，還包括：無人機(jī)的電調(diào)單元，其中，

所述電調(diào)單元通過所述第二can總線接口與所述主/備飛行控制單元連接，用于獲取所述無人機(jī)的動力無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息并發(fā)送給所述主/備飛行控制單元；

所述主/備飛行控制單元用于基于所述轉(zhuǎn)速信息調(diào)整所述無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，還包括：無人機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸單元，其中，

所述數(shù)據(jù)傳輸單元通過所述第二can總線接口與所述主/備飛行控制單元連接，用于接收地面或控制器發(fā)送的對所述無人機(jī)的飛行控制指令，所述主/備飛行控制單元基于所述飛行控制指令調(diào)整所述無人機(jī)的飛行模式。

進(jìn)一步地，上述基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中，所述數(shù)據(jù)傳輸單元還用于：將所述無人機(jī)的當(dāng)前飛行參數(shù)信息發(fā)送給地面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請通過提供的一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)，包括：can物理層，所述can物理層包括can總線接口，在所述無人機(jī)的控制系統(tǒng)中采用can總線接口，減少了無人機(jī)內(nèi)部布線，使得通過can總線連接的控制系統(tǒng)的各個單元可以相互獨(dú)立，便于系統(tǒng)裁剪，保證無人機(jī)的控制系統(tǒng)的簡單清晰，使得各單元之間實(shí)現(xiàn)起來容易可靠；分別與所述can總線接口連接的can協(xié)議層和無人機(jī)控制冗余備份；所述can協(xié)議層用于預(yù)置無人機(jī)控制冗余備份中的主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位和預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制將所述主/備數(shù)據(jù)確定為有效備份數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的控制系統(tǒng)的冗余備份，避免無人機(jī)的控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常后導(dǎo)致的宕機(jī)及數(shù)據(jù)丟失等，進(jìn)而提高無人機(jī)的控制系統(tǒng)的可靠性。其中，所述無人機(jī)控制冗余備份包括主/備飛行控制單元、通過所述can總線接口分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)連接的主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元；所述主/備飛行控制單元用于根據(jù)所述主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元獲取的有效備份數(shù)據(jù)控制所述無人機(jī)的飛行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的有效控制。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1示出根據(jù)本申請一個方面的一種基于can總線的分布式構(gòu)架的無人機(jī)功能單元劃分模塊示意圖；

圖2示出根據(jù)本申請一個方面的一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)的模塊示意圖；

圖3示出根據(jù)本申請一個方面的一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中的冗余仲裁機(jī)制的各功能單元的數(shù)據(jù)流向示意圖；

圖4示出根據(jù)本申請一個方面的一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中的冗余仲裁機(jī)制示意圖。

附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

在本申請一個典型的配置中，終端、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和可信方均包括一個或多個處理器(cpu)、輸入/輸出接口、網(wǎng)絡(luò)接口和內(nèi)存。

內(nèi)存可能包括計算機(jī)可讀介質(zhì)中的非永久性存儲器，隨機(jī)存取存儲器(ram)和/或非易失性內(nèi)存等形式，如只讀存儲器(rom)或閃存(flashram)。內(nèi)存是計算機(jī)可讀介質(zhì)的示例。

計算機(jī)可讀介質(zhì)包括永久性和非永久性、可移動和非可移動媒體可以由任何方法或技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息存儲。信息可以是計算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序的模塊或其他數(shù)據(jù)。計算機(jī)的存儲介質(zhì)的例子包括，但不限于相變內(nèi)存(pram)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(sram)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(dram)、其他類型的隨機(jī)存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)、快閃記憶體或其他內(nèi)存技術(shù)、只讀光盤只讀存儲器(cd-rom)、數(shù)字多功能光盤(dvd)或其他光學(xué)存儲、磁盒式磁帶，磁帶磁盤存儲或其他磁性存儲設(shè)備或任何其他非傳輸介質(zhì)，可用于存儲可以被計算設(shè)備訪問的信息。按照本文中的界定，計算機(jī)可讀介質(zhì)不包括非暫存電腦可讀媒體(transitorymedia)，如調(diào)制的數(shù)據(jù)信號和載波。

為了保證無人機(jī)的可靠性，一方面就需要對無人接的關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行冗余備份設(shè)計，包括無人機(jī)的硬件及軟件環(huán)節(jié)，要求任何單點(diǎn)故障不影響無人機(jī)的控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，即使是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)故障，無人機(jī)的控制系統(tǒng)中的其他部分也要求具備基本的應(yīng)急備份功能；另一方面，無人機(jī)的控制冗余備份中，當(dāng)其中一主節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時，備分節(jié)點(diǎn)自動接管主節(jié)點(diǎn)，完成所有的功能及提供的所有的服務(wù)，更進(jìn)一步，在主備節(jié)點(diǎn)切換的過程中，不允許有信息的丟失，切換過程中的發(fā)生的任何事件都不允許丟失；綜合上述對無人機(jī)的控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計的技術(shù)難度、復(fù)雜度、風(fēng)險點(diǎn)等因素，本申請?zhí)峁┝艘环N基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)，其中該can總線為如圖1所示的分布式構(gòu)架，便于對無人機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行冗余備份。

圖2示出根據(jù)本申請一個方面的一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)，包括：

can物理層，所述can物理層包括can總線接口；在所述無人機(jī)的控制系統(tǒng)中采用can總線接口，減少了無人機(jī)內(nèi)部布線，使得通過can總線連接的控制系統(tǒng)的各個單元可以相互獨(dú)立，便于系統(tǒng)裁剪，保證無人機(jī)的控制系統(tǒng)的簡單清晰，使得各單元之間實(shí)現(xiàn)起來容易可靠；

分別與所述can總線接口連接的can協(xié)議層和無人機(jī)控制冗余備份；

所述can協(xié)議層用于預(yù)置無人機(jī)控制冗余備份中的主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位和預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制將所述主/備數(shù)據(jù)確定為有效備份數(shù)據(jù)；以實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的控制系統(tǒng)的冗余備份，避免無人機(jī)的控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常后導(dǎo)致的宕機(jī)及數(shù)據(jù)丟失等，進(jìn)而提高無人機(jī)的控制系統(tǒng)的可靠性。其中，所述無人機(jī)控制冗余備份包括主/備飛行控制單元、通過所述can總線接口分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)連接的主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元；所述主/備飛行控制單元用于根據(jù)所述主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元獲取的有效備份數(shù)據(jù)控制所述無人機(jī)的飛行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的有效控制。

為了減少無人機(jī)的內(nèi)部布線和控制系統(tǒng)的復(fù)雜度及便于無人機(jī)的控制系統(tǒng)中各個模塊單元之間可以基于預(yù)設(shè)的can通訊協(xié)議通過can總線相互交互數(shù)據(jù)，本申請的無人機(jī)采用的如圖1所示的can總線分布式構(gòu)架，其中，基于can總線的分布式構(gòu)架的無人機(jī)飛控系統(tǒng)中，基于can總線的分布式構(gòu)架對無人機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行劃分，具體包括：慣性測量單元（inertialmeasurementunit，imu單元）、gps-compass單元（globalpositioningsystem單元，gps單元）、數(shù)據(jù)傳輸單元dtu（(datatransferunit)）、電源管理單元pmu（powermanagementunit）、航燈指示單元led、飛行控制單元fcu（flightcontrolunit）、電調(diào)單元esc（electronicspeedcontrol）等，上述所有單元之間均是相互獨(dú)立的子系統(tǒng)運(yùn)行，且通過can總線實(shí)現(xiàn)互連通訊。

其中，所述慣性測量單元imu通過所述can總線接口與所述飛行控制單元fcu連接，該慣性測量單元imu內(nèi)置三軸加速度計、三軸陀螺儀、一個氣壓計等，采集并提供俯仰、橫滾、航向、高度等信息，進(jìn)而獲取所述無人機(jī)在飛行過程中的飛行速度信息，其中，所述飛行速度信息包括飛行角速度、飛行加速度，并通過所述can總線接口輸出至飛行控制單元fcu，以控制無人機(jī)的飛行速度。

所述gps單元，通過所述can總線接口與所述飛行控制單元fcu連接，該gps單元內(nèi)置gps模塊、三軸磁力計，采集并提供無人機(jī)的航向、經(jīng)緯度坐標(biāo)等，以獲取到所述無人機(jī)的飛行定位信息，并通過所述can總線接口輸出至飛行控制單元fcu，控制無人機(jī)的飛行航向。

所述數(shù)據(jù)傳輸單元dtu，通過所述can總線接口與所述飛行控制單元fcu連接，確保對無人機(jī)的收發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的無線數(shù)據(jù)鏈路功能；通過接收地面或控制器發(fā)送的對所述無人機(jī)的飛行控制指令，并通過飛行控制單元fcu基于所述飛行控制指令調(diào)整所述無人機(jī)的飛行模式，實(shí)現(xiàn)與地面站或遙控器之間進(jìn)行的飛行控制指令等數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測控?zé)o人機(jī)。

所述電源管理單元pmu，通過所述can總線接口與所述飛行控制單元fcu連接，負(fù)責(zé)管理所述無人機(jī)的電源狀態(tài)信息，如對無人機(jī)攜帶的電量管理、實(shí)時動態(tài)的電池電壓與電流狀態(tài)監(jiān)測、電源故障、剩余電量等進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的電源狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

所述航燈指示led：通過所述can總線接口與所述飛行控制單元fcu連接，實(shí)時獲取無人機(jī)在飛行過程中的飛行狀態(tài)并指示，例如在無人機(jī)的可視距離范圍內(nèi)，實(shí)時獲取并提示在空中飛行的無人機(jī)的飛行狀態(tài)，便于地面人員能夠基于該提示及時了解到無人機(jī)的飛行狀態(tài)。

所述飛行控制單元fcu為無人機(jī)的控制統(tǒng)的核心單元，并視作無人機(jī)在空中的大腦，根據(jù)慣性測量單元imu獲取的無人機(jī)的飛行速度信息、gps單元獲取無人機(jī)的飛行定位信息及電源管理單元pmu獲取的無人機(jī)的電源狀態(tài)信息等信息來控制無人機(jī)的飛行狀態(tài)，其中，所述飛行控制單元fcu內(nèi)部使用了雙閉環(huán)控制算法。該飛行控制單元fcu還通過can總線接口與電調(diào)單元esc連接，控制無人機(jī)的動力無刷電機(jī)。該飛行控制單元fcu還通過can總線接口與所述數(shù)據(jù)傳輸單元dtu連接，接收來自所述數(shù)據(jù)傳輸單元dtu發(fā)送的無人機(jī)的飛行控制指令，例如獲得無人機(jī)的航跡坐標(biāo)(一組經(jīng)緯度坐標(biāo)、高度信息等)、起飛、降落等不同飛行模式，根據(jù)高飛行控制指令調(diào)整無人機(jī)的飛行模式。

同時，所述數(shù)據(jù)傳輸單元dtu將無人機(jī)的當(dāng)前飛行參數(shù)信息（例如電源狀態(tài)信息、飛行定位信息、飛行速度信息、飛行狀態(tài)及飛行模式等）傳輸至地面，以便地面實(shí)時了解無人機(jī)的飛行狀態(tài)。

所述電調(diào)單元esc，通過所述can總線接口與所述飛行控制單元fcu連接，為無人機(jī)的動力無刷電機(jī)的驅(qū)動單元，實(shí)時獲取所述無人機(jī)的動力無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息并發(fā)送給所述飛行控制單元fcu，以便所述飛行控制單元fcu基于所述轉(zhuǎn)速信息調(diào)整所述無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時地獲取控制無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的指令并發(fā)送給飛行控制單元fcu。

通過上述基于can總線的分布式構(gòu)架的無人機(jī)的控制系統(tǒng)，由于采用can總線接口，使得減少了無人機(jī)的控制系統(tǒng)中的內(nèi)部布線，一根總線通訊。無人機(jī)的控制系統(tǒng)中單元較多，各單元之間的通訊、控制、檢測信號的物理互連會增加機(jī)體內(nèi)部布線，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)、售后維護(hù)環(huán)節(jié)等增加了工作量或不確定性，甚至增加整機(jī)系統(tǒng)的不確定性，故本申請的無人機(jī)的控制系統(tǒng)采用can總線可以減少這樣麻煩。

又由于為了滿足將來不同應(yīng)用需求或任務(wù)需求，可能會增加一些功能單元或減少一些功能單元，會增加修改的工作量，同時也會增加可靠性風(fēng)險，故采用can總線可以讓控制系統(tǒng)裁剪實(shí)現(xiàn)起來容易，控制系統(tǒng)的可靠性風(fēng)險范圍可控。

又由于整個無人機(jī)的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的，功能單元較多，將來新增的功能單元也會增多，控制系統(tǒng)會變得更加復(fù)雜，單機(jī)板實(shí)現(xiàn)變得困難，因此采用can總線可以讓需要在無人機(jī)的控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分布式的多功能單元的系統(tǒng)構(gòu)架是，進(jìn)而分布式的多功能單元的系統(tǒng)構(gòu)架實(shí)現(xiàn)起來變得容易且可靠，進(jìn)一步地，采用can總線，有利于實(shí)現(xiàn)飛控系統(tǒng)中的多機(jī)系統(tǒng)分布，提供了高速通訊、高實(shí)時性、高可靠性、高自我糾錯能力的保障。

又由于本申請采用can總線的分布式構(gòu)架，使得無人機(jī)的控制系統(tǒng)的各個功能單元均可以作為一個子系統(tǒng)且功能是明確的，從技術(shù)、產(chǎn)品等角度，控制系統(tǒng)中的各個功能單元固化下來，有利于飛機(jī)系統(tǒng)的可靠性，有利于市場的產(chǎn)品服務(wù)。

在通過can總線的分布式構(gòu)架保證了無人機(jī)的控制系統(tǒng)的各個功能單元之間的相互獨(dú)立與布線復(fù)雜度，為了保證無人機(jī)的核心控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的可靠性，本申請?jiān)诓捎萌鐖D1所示的can總線分布式構(gòu)架的基礎(chǔ)上，還需要對控制系統(tǒng)中的重要功能單元進(jìn)行冗余備份，如圖2所示，對無人機(jī)的控制冗系統(tǒng)中的飛行控制單元fcu、慣性測量單元imu、gps單元及電源管理單元pmu，即在圖2中無人機(jī)控制冗余備份包括主/備飛行控制單元fcu，通過所述can總線接口分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)連接的主/備gps單元，即所述主gps單元通過所述can總線接口與所述主飛行控制單元fcu進(jìn)行連接，所述備gps單元通過所述can總線接口與所述備飛行控制單元fcu進(jìn)行連接；依此類推，從圖2可以看出，所述主慣性測量單元通過所述can總線接口與所述主飛行控制單元fcu進(jìn)行連接；所述備慣性測量單元通過所述can總線接口與所述備飛行控制單元fcu進(jìn)行連接；所述主電源管理單元通過所述can總線接口與所述主飛行控制單元fcu進(jìn)行連接；所述備電源管理單元通過所述can總線接口與所述備飛行控制單元fcu進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了對無人機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行備份。

接著本申請的上述實(shí)施例，根據(jù)如圖2所示的無人機(jī)冗余系統(tǒng)中的無人機(jī)控制冗余備份，可見，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位和預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制將所述主/備數(shù)據(jù)確定為有效備份數(shù)據(jù)中的所述主/備數(shù)據(jù)包括主/備飛行定位信息、主/備飛行速度信息及主/備電源狀態(tài)信息，其中，所述主/備gps單元用于獲取所述無人機(jī)的主/備飛行定位信息；所述主/備慣性測量單元用于獲取所述無人機(jī)在飛行過程中的主/備飛行速度信息；所述主/備電源管理單元用于管理所述無人機(jī)的主/備電源狀態(tài)信息，由于所述飛行控制單元也進(jìn)行冗余備份，故所述主/備飛行控制單元也對應(yīng)有相應(yīng)的主/備飛行控制數(shù)據(jù)，例如主/備轉(zhuǎn)速信息、主/備飛行控制指令及主/備飛行狀態(tài)等，以實(shí)現(xiàn)對飛行控制單元fcu、gps單元、慣性測量單元imu及電源管理單元pmu的數(shù)據(jù)的有效備份。

接著本申請的上述實(shí)施例，若can總線上活動著大量數(shù)據(jù)時，應(yīng)該考慮can總線的負(fù)載率。從數(shù)據(jù)分析的角度，can總線上活動的每幀數(shù)據(jù)對應(yīng)會有唯一個生產(chǎn)者(產(chǎn)生該幀數(shù)據(jù)的對象)，對應(yīng)可能會有多個消費(fèi)者(需要使用該幀數(shù)據(jù)的對象)，本申請的無人機(jī)的控制系統(tǒng)中，哪些功能單元是生產(chǎn)者、哪些功能單元是消費(fèi)者（consumer）、或者哪些功能單元既是生產(chǎn)者（producer）又是消費(fèi)者，每個哪些功能單元是的參數(shù)組有多少個子參數(shù)及相應(yīng)的輸出方式，來計算can總線的負(fù)載率大小，本申請預(yù)設(shè)can總線的總線負(fù)載率小于30%，由總線負(fù)載率、各功能單元的數(shù)據(jù)角色來確定無人機(jī)的控制系統(tǒng)的具體分布形式如圖3所示：其中，

根據(jù)所述無人機(jī)的控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流向，可以看出所述gps單元、慣性測量單元imu為數(shù)據(jù)生產(chǎn)者頻率高，實(shí)時性要求高，在can總線的總線負(fù)載率值中所占比例較大；所述電調(diào)單元esc、航燈指示單元led為數(shù)據(jù)消費(fèi)者，數(shù)據(jù)量不大，頻率相對低，周期性要求較為嚴(yán)格；所述數(shù)據(jù)傳輸單元dtu、飛行控制單元fcu、電源管理單元pmu為生產(chǎn)者、消費(fèi)者；考慮到冗余設(shè)計時，慣性測量單元imu、gps單元、飛行控制單元fcu、電源管理單元pmu提供冗余備份，如果所有功能單元在一根can總線上互連，會造成總線負(fù)載率過高，影響到總線的實(shí)時性，也不利于后期擴(kuò)展，同時也會降低系統(tǒng)的可靠性，所以在無人機(jī)的控制系統(tǒng)中提供雙can總線。根據(jù)不同功能單元在控制系統(tǒng)的中的功能、總線數(shù)據(jù)流量大小等因素，來確定can總線的具體拓?fù)湫问健?/p>

例如，根據(jù)無人機(jī)的各功能單元在整個控制系統(tǒng)中重要性，根據(jù)每個功能單元在can總線上活躍的數(shù)據(jù)量大小及周期性，同時考慮到can總線的負(fù)載率問題，將無人機(jī)的控制系統(tǒng)劃分出兩條相互獨(dú)立的can總線，分別為高速can總線和低速can總線，故在無人機(jī)冗余系統(tǒng)中所述can物理層包括相互獨(dú)立的雙can總線接口，采用t型拓?fù)湫问?，分別為第一can總線接口和第二can總線接口，其中，所述第一can總線接口為1000kbit/s的接口（即高速can總線接口can1），所述第二can總線接口為250kbit/s的接口（即低速can總線can2），分別符合iso11898(高速)和iso11519(低速)中關(guān)于物理層的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

接著本申請的上述實(shí)施例，無人機(jī)冗余系統(tǒng)中的無人機(jī)控制冗余備份中，考慮到慣性測量單元imu和gps單元提供的數(shù)據(jù)量大且周期性輸出頻率高(200hz)，且在提供慣性測量單元imu和gps單元額冗余備份時，can總線的數(shù)據(jù)量更大，can總線的負(fù)載率會成倍增加，故在本申請實(shí)施例中，所述主/備慣性測量單元和所述主/備gps單元通過所述第一can總線接口（即高速can總線接口can1）分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)互連且為1000kbit/s的總線速率；無人機(jī)中的其他功能單元如：電源管理單元pmu、無人機(jī)的電調(diào)單元esc、無人機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸單元dtu及無人機(jī)的航燈指示單元led分別通過所述第二can總線接口（即低速can總線接口can2）分別與所述飛行控制單元對應(yīng)互連且為250kbit/s的總線速率，其中，實(shí)時主/備電源管理單元pmu通過所述第二can總線接口（即低速can總線接口can2）分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)連接。

接著本申請的上述實(shí)施例，所述無人機(jī)控制冗余備份為熱備份，即無人機(jī)冗余備份中的主/備飛行控制單元、主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元都是主和備同時工作的熱備份形式，避免冷備份切換時產(chǎn)生不可控風(fēng)險。其中主和備獲取的數(shù)據(jù)的有效性由所述預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制決定。

接著本申請的上述實(shí)施例，若所述預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制為自控式切換機(jī)制，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于所述自控式切換機(jī)制和所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位從所述主/備數(shù)據(jù)中選出有效備份數(shù)據(jù)。在此，所述自控式切換機(jī)制是主與備之間相互通訊，由它們之間確定誰退出(采用熱備份方式)，不涉及第三方裁決單元來確定主、備份之間哪個的數(shù)據(jù)有效備份數(shù)據(jù)，減少開發(fā)第三方裁決單元工作量與技術(shù)風(fēng)險，避免整個系統(tǒng)可靠性的高風(fēng)險點(diǎn)集中在第三方裁決單元，其中所述can總線的分布式構(gòu)架在can物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及can協(xié)議層(裁決切換主/備的機(jī)制)，為自控式切換機(jī)制提供了實(shí)現(xiàn)靈活性、合理性；例如若所述主gps單元獲取的主飛行定位信息為l主，所述備gps單元獲取的備飛行定位信息為l備，其中標(biāo)志位主與備分別來辨別該飛行定位信息是主gps單元獲取的還是備gps單元獲取的，并根據(jù)主gps單元與備gps單元各自的負(fù)載、數(shù)據(jù)傳輸速率及周期性等因素來決定哪個飛行定位信息為有效備份數(shù)據(jù)；進(jìn)一步地，若所述備gps單元的負(fù)載、數(shù)據(jù)傳輸速率及周期性等優(yōu)先于主gps單元，則主/備gps單元之間自控式?jīng)Q定主gps單元退出，即確定備gps單元獲取的備飛行定位信息l備為有效飛行定位信息，實(shí)現(xiàn)主gps單元與備gps單元之間的自控式切換，以保證整個系統(tǒng)的可靠性。

接著本申請的上述實(shí)施例，若所述預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制為冗余仲裁機(jī)制，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于冗余仲裁機(jī)制和所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位從所述主/備數(shù)據(jù)中選出有效備份數(shù)據(jù)。

例如，所述冗余仲裁機(jī)制如圖4所示，采用“猜忌鏈”形式，并對每一個選定的冗余備份對象（例如飛行控制單元、gps單元、慣性測量單元及電源管理單元）定義明確的仲裁要素（例如數(shù)據(jù)傳輸速率、周期性及實(shí)時性要求等），由所述仲裁要素可信度來決定主數(shù)據(jù)有效還是備數(shù)據(jù)有效。例如慣性測量單元imu在冗余備份中存在主慣性測量單元imu和備慣性測量單元imu兩套，該主慣性測量單元imu和備慣性測量單元imu均是數(shù)據(jù)生產(chǎn)者（producer），供飛行控制單元fcu使用，飛行控制單元fcu作為數(shù)據(jù)消費(fèi)者（consumer），其中，數(shù)據(jù)消費(fèi)者有權(quán)使用冗余仲裁機(jī)制，依據(jù)冗余備份對象的仲裁因素裁決使用哪一個數(shù)據(jù)作為有效備份數(shù)據(jù)，當(dāng)然，在所述無人機(jī)的控制系統(tǒng)中，功能單元既可能是仲裁者，也可能是被仲裁者，主要取決can總線的數(shù)據(jù)流向，如圖3所示，飛行控制單元fcu既是仲裁者，也是被仲裁者。例如，當(dāng)飛行控制單元fcu是仲裁者時，冗余備份對象為主慣性測量單元imu和備，若飛行控制單元fcu由冗余仲裁機(jī)制選出所述備慣性測量單元imu的備飛行速度信息為有效備份數(shù)據(jù)，則根據(jù)備飛行速度信息f備的標(biāo)識位：“備”確定出傳輸至飛行控制單元fcu對應(yīng)的有效備份數(shù)據(jù)（有效的飛行速度信息）為備飛行速度信息f備，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過冗余仲裁機(jī)制選出有效備份數(shù)據(jù)。

綜上所述，本申請?zhí)峁┑囊环N基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物理形式上簡易、可靠，具有較大靈活性、擴(kuò)展性和工業(yè)實(shí)用價值。

綜上所述，本申請通過提供的一種基于can總線的無人機(jī)冗余系統(tǒng)，包括：can物理層，所述can物理層包括can總線接口，在所述無人機(jī)的控制系統(tǒng)中采用can總線接口，減少了無人機(jī)內(nèi)部布線，使得通過can總線連接的控制系統(tǒng)的各個單元可以相互獨(dú)立，便于系統(tǒng)裁剪，保證無人機(jī)的控制系統(tǒng)的簡單清晰，使得各單元之間實(shí)現(xiàn)起來容易可靠；分別與所述can總線接口連接的can協(xié)議層和無人機(jī)控制冗余備份；所述can協(xié)議層用于預(yù)置無人機(jī)控制冗余備份中的主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位，所述無人機(jī)控制冗余備份用于基于所述主/備數(shù)據(jù)的標(biāo)識位和預(yù)設(shè)的冗余備份機(jī)制將所述主/備數(shù)據(jù)確定為有效備份數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的控制系統(tǒng)的冗余備份，避免無人機(jī)的控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常后導(dǎo)致的宕機(jī)及數(shù)據(jù)丟失等，進(jìn)而提高無人機(jī)的控制系統(tǒng)的可靠性。其中，所述無人機(jī)控制冗余備份包括主/備飛行控制單元、通過所述can總線接口分別與所述主/備飛行控制單元對應(yīng)連接的主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元；所述主/備飛行控制單元用于根據(jù)所述主/備gps單元、主/備慣性測量單元及主/備電源管理單元獲取的有效備份數(shù)據(jù)控制所述無人機(jī)的飛行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的有效控制。

需要注意的是，本申請可在軟件和/或軟件與硬件的組合體中被實(shí)施，例如，可采用專用集成電路（asic）、通用目的計算機(jī)或任何其他類似硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。在一個實(shí)施例中，本申請的軟件程序可以通過處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上文所述步驟或功能。同樣地，本申請的軟件程序（包括相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）可以被存儲到計算機(jī)可讀記錄介質(zhì)中，例如，ram存儲器，磁或光驅(qū)動器或軟磁盤及類似設(shè)備。另外，本申請的一些步驟或功能可采用硬件來實(shí)現(xiàn)，例如，作為與處理器配合從而執(zhí)行各個步驟或功能的電路。

另外，本申請的一部分可被應(yīng)用為計算機(jī)程序產(chǎn)品，例如計算機(jī)程序指令，當(dāng)其被計算機(jī)執(zhí)行時，通過該計算機(jī)的操作，可以調(diào)用或提供根據(jù)本申請的方法和/或技術(shù)方案。而調(diào)用本申請的方法的程序指令，可能被存儲在固定的或可移動的記錄介質(zhì)中，和/或通過廣播或其他信號承載媒體中的數(shù)據(jù)流而被傳輸，和/或被存儲在根據(jù)所述程序指令運(yùn)行的計算機(jī)設(shè)備的工作存儲器中。在此，根據(jù)本申請的一個實(shí)施例包括一個裝置，該裝置包括用于存儲計算機(jī)程序指令的存儲器和用于執(zhí)行程序指令的處理器，其中，當(dāng)該計算機(jī)程序指令被該處理器執(zhí)行時，觸發(fā)該裝置運(yùn)行基于前述根據(jù)本申請的多個實(shí)施例的方法和/或技術(shù)方案。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本申請不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本申請的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本申請。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本申請內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。裝置權(quán)利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實(shí)現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。