微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無人機(jī)編隊視覺和通信技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無人機(jī)系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,其應(yīng)用前景越來越廣闊,應(yīng)用場景也越來越復(fù)雜。微型無人機(jī)因其尺寸小、控制靈活、機(jī)動性好等特點(diǎn),其應(yīng)用尤其廣泛。在多種微型無人機(jī)應(yīng)用場景中,都面臨著無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)的設(shè)計問題,構(gòu)建穩(wěn)定的無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)具有非常重要的實際意義和應(yīng)用價值。
[0003]基本的無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)由無人機(jī)和地面站組成,無人機(jī)和地面站通過不同的無線傳輸鏈路進(jìn)行無人機(jī)狀態(tài)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)或其他傳感器數(shù)據(jù)的傳輸,在地面站處理后對無人機(jī)進(jìn)行控制。實際操作中,這種數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜,需要考慮無線鏈路傳輸穩(wěn)定性、無人機(jī)飛行場景的復(fù)雜性、數(shù)據(jù)傳輸和處理的實時性以及無人機(jī)姿態(tài)控制的魯棒性等。
[0004]現(xiàn)有無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)設(shè)計方法存在的問題是,大多數(shù)針對具體應(yīng)用提出設(shè)計方案,如利用無人機(jī)進(jìn)行航拍時多采用機(jī)載圖像數(shù)據(jù)采集并同時存儲于存儲卡的方法,缺乏系統(tǒng)設(shè)計的整體性和前瞻性;無人機(jī)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)種類較多,如狀態(tài)信息、導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息和傳感器(如圖像傳感器)信息等,這些信息對無人機(jī)控制系統(tǒng)非常重要,但現(xiàn)有系統(tǒng)大多采用數(shù)傳設(shè)備與圖傳設(shè)備分離的設(shè)計模式,將圖像數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)分別傳輸,造成同步誤差而不利于無人機(jī)控制系統(tǒng)的高效工作;無人機(jī)的自主飛行是其未來發(fā)展的一個重要方向,現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計方法大多未加入無人機(jī)自主控制模塊。因此,雖有無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)投入使用,但這些系統(tǒng)設(shè)計方法考慮不夠全面,缺乏普適性;另一方面,現(xiàn)有設(shè)計尚未考慮未來無人機(jī)的自主飛行發(fā)展,無法滿足未來無人機(jī)自主導(dǎo)航的應(yīng)用需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
[0006]為此,本發(fā)明的目的在于提出一種微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)設(shè)計方法。該方法具有實現(xiàn)簡單,普適性好,可擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的實施例公開了一種微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)設(shè)計方法,所述微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)包括微型無人機(jī)、地面控制系統(tǒng),所述包括以下步驟:S1:根據(jù)微型無人機(jī)的型號選取無線通信模塊,配置地面控制系統(tǒng)與所述微型無人機(jī)的無線通信鏈路;S2:通過發(fā)送初始化信號建立地面控制系統(tǒng)與微型無人機(jī)的無線通信連接;S3:發(fā)送微型無人機(jī)配置指令,并在地面控制系統(tǒng)上接收微型無人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù);S4:根據(jù)具體操作需求并按照微型無人機(jī)控制命令格式生成控制指令序列,通過無線鏈路發(fā)送給所述微型無人機(jī)。
[0008]另外,根據(jù)本發(fā)明上述實施例的微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)設(shè)計方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0009]在一些示例中,地面控制系統(tǒng)為以下任意一種類型:普通PC機(jī)或工作站系統(tǒng);包含特殊數(shù)據(jù)處理器的數(shù)據(jù)處理板。
[0010]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)與微型無人機(jī)的無線通信方式包括以下任意一種:微型無人機(jī)的通信模塊作為無線鏈路接入點(diǎn),地面控制系統(tǒng)利用自身無線通信模塊與其建立從屬通信連接關(guān)系;地面控制系統(tǒng)作為無線鏈路接入點(diǎn),微型無人機(jī)利用自身無線通信模塊與其建立從屬通信連接關(guān)系。
[0011]在一些示例中,所述無線鏈路的數(shù)據(jù)包傳輸采用UDP協(xié)議,采用不同的通信端口發(fā)送和接收不同類型的數(shù)據(jù)。
[0012]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)通過向微型無人機(jī)發(fā)送特定的配置指令,獲取無人機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù),所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括:機(jī)載GPS導(dǎo)航信息;微型無人機(jī)的飛行狀態(tài),如起飛狀態(tài)、懸停狀態(tài)、降落狀態(tài)等;微型無人機(jī)三軸加速度、角速度信息等;微型無人機(jī)續(xù)航能力信息,如電池電量等;微型無人機(jī)其他機(jī)載傳感器信息,如飛行高度等;微型無人機(jī)機(jī)載攝像頭,如前視攝像頭和俯視攝像頭的圖像信息。
[0013]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)接收到機(jī)載圖像數(shù)據(jù)包之后,以無人機(jī)特定的圖像壓縮方式解析圖像。
[0014]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)包括:一個主控線程、GPS數(shù)據(jù)接收與處理、慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收與處理、機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)接收與處理和用戶輸入與指令發(fā)送四個子線程,以及傳感器數(shù)據(jù)處理模塊和控制命令生成模塊。
[0015]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)的主線程用于:初始化地面控制系統(tǒng)與微型無人機(jī)的無線通信端口 ;向微型無人機(jī)發(fā)送測試數(shù)據(jù)包測試連接是否正常;向微型無人機(jī)發(fā)送參數(shù)配置命令,并接收無人機(jī)發(fā)回的狀態(tài)信息數(shù)據(jù);在確定與微型無人機(jī)連接正常后,開啟各子線程開始工作。
[0016]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)的GPS數(shù)據(jù)接收與處理子線程用于:打開并設(shè)置接收GPS數(shù)據(jù)的socket ;偵聽該socket ;若收到GPS信號數(shù)據(jù),則解析GPS數(shù)據(jù)并在地面控制系統(tǒng)中顯示更新。
[0017]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)的慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收與處理子線程用于:打開并設(shè)置接收慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)的socket ;偵聽該socket ;若收到慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù),則解析該數(shù)據(jù)并在地面控制系統(tǒng)中顯示更新。
[0018]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)接收與處理子線程用于:打開并設(shè)置接收機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)的socket ;偵聽該socket ;若收到機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)包,則解析該數(shù)據(jù)并在地面控制系統(tǒng)中顯示更新,并將其送入傳感器數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理。
[0019]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)的用戶輸入與指令發(fā)送子線程用于:打開并設(shè)置指令發(fā)送socket ;偵聽鍵盤上的用戶輸入;如果出現(xiàn)新的輸入,則將輸入對應(yīng)到具體飛行控制命令并發(fā)送至命令生成模塊;監(jiān)控命令生成模塊緩存,如果存在針對具體用戶輸入的控制命令或新的命令序列,則讀出并發(fā)送給微型無人機(jī)。
[0020]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)處理模塊用于針對特定應(yīng)用處理機(jī)載傳感器數(shù)據(jù),判斷無人機(jī)起飛和避障過程中環(huán)境障礙物的距離、尺寸識別,針對跟蹤應(yīng)用的跟蹤目標(biāo)特征識別。
[0021]在一些示例中,所述地面控制系統(tǒng)的控制命令生成模塊用于為根據(jù)飛行環(huán)境信息的分析結(jié)果及飛行目的和用戶輸入指令,按照無人機(jī)控制命令格式生成控制命令序列,并存入其命令緩存空間,等待用戶輸入與指令發(fā)送子線程讀取并發(fā)送。
[0022]根據(jù)本發(fā)明實施例的微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)設(shè)計方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023](I)適應(yīng)性強(qiáng),該方法綜合考慮了遙控或自主飛行微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸和控制的多方面因素,因此可適合多種微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)平臺建設(shè);
[0024](2)可擴(kuò)展性好,該方法涵蓋了無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)控制的主體部分,針對不同場景的具體應(yīng)用,可在相應(yīng)模塊進(jìn)行二次開發(fā),針對不同的地面控制系統(tǒng)實現(xiàn)方式具有良好的可擴(kuò)展性;
[0025](3)數(shù)據(jù)同步性好,該方法將多種不同類型的數(shù)據(jù)傳輸方式整合在一起,克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)傳輸與傳感器(如圖像傳感器)信息傳輸分離的設(shè)計方法,保證了數(shù)據(jù)同步性,可大幅提尚系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性和魯棒性。
[0026]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0027]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解,其中,
[0028]圖1為本發(fā)明實施例的微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)設(shè)計框圖;
[0029]圖2為本發(fā)明一個實施例的地面控制系統(tǒng)主線程工作流程;
[0030]圖3為本發(fā)明一個實施例的地面控制系統(tǒng)四個子線程工作流程;
[0031]圖4為本發(fā)明一個實施例的微型無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及控制系統(tǒng)設(shè)計方法的流程圖。
[0032]附圖標(biāo)記說明,微型無人機(jī)1、無線通信鏈路2、地面控制系統(tǒng)3、GPS數(shù)據(jù)接收模塊4、慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收模塊5、機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)接收模塊6、傳感器數(shù)據(jù)處理模塊7、控制命令序列生成模塊8、用戶輸入9和控制命令發(fā)送模塊10。
【具體實施方式】
[0033]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例,實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,僅用于解釋本發(fā)明,而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0034]在本發(fā)明的描述中,需要理解的是,術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外,術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或