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一种车载式自动控制无人机系统、定位方法及控制方法

阅读：1086发布：2021-02-28

IPRDB可以提供一种车载式自动控制无人机系统、定位方法及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及乘用汽车和移动飞行器技术领域，尤其是一种车载式自动控制无人机系统、定位方法及控制方法，包括无人机和车载中控平台，无人机安装有摄像模块，摄像模块将获取的图像信息实时传输至车载中控平台以辅助驾驶员驾驶。本发明的无人机采用GPS、GLONASS和BDS三星联合解算定位，可以实现高精度定位，有利于提高在恶劣观测环境下的定位精度及可靠性，以及缩短初始化时间，本发明采用滤波算法和姿态算法计算欧拉角，同时采用PID控制算法控制电机转速调整欧拉角，控制精度更高。，下面是一种车载式自动控制无人机系统、定位方法及控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种车载式自动控制无人机系统，包括无人机和车载中控平台，所述无人机安装有摄像模块，所述摄像模块将获取的图像信息实时传输至所述车载中控平台，其特征在于：所述无人机采用GPS、GLONASS和BDS三星联合解算定位，所述无人机采用滤波算法和姿态算法计算欧拉角，同时采用PID控制算法控制电机转速调整欧拉角。

2.根据权利要求1所述的车载式自动控制无人机系统，其特征在于：所述无人机还包括机体(1)和安装在机体(1)上的机身控制系统(2)、信号传输模块(3)、动力装置(4)和传感器模块(5)。

3.根据权利要求2所述的车载式自动控制无人机系统，其特征在于：所述的信号传输模块(3)传输的信号包括遥控信号、数据传输信号和图像传输信号，所述摄像模块的图像传输采用COFDM全数字调制解调技术。

4.根据权利要求3所述的车载式自动控制无人机系统，其特征在于：所述动力装置(4)包括电机和锂电池。

5.根据权利要求4所述的车载式自动控制无人机系统，其特征在于：所述传感器模块(5)包括陀螺仪、加速度计、电子罗盘和气压高度计。

6.根据权利要求5所述的车载式自动控制无人机系统，其特征在于：所述车载中控平台具有无人机飞行管理系统，所述无人机飞行管理系统采用5.8G频段无线信号进行通信组网，中继距离为1km以内，无人机在飞行过程中，1km以内如有其他无人机飞行，无人机飞行管理系统将发出信号提示其他无人机降落。

7.一种车载式自动控制无人机定位方法，用于如权利要求1-6任意一项所述的车载式自动控制无人机系统，其特征在于：所述无人机采用GPS、GLONASS和BDS三星联合解算定位，包括以下步骤：a.通过车载中控平台的内置终端进行数据采集，再根据组合伪距定位方程进行位置计算；

b.GPS、GLONASS、BDS三个系统接收到数据，根据自身系统对应的星历，分别进行位置计算，再将三者的坐标系统和时间系统进行统一，根据伪距、伪距变化率进行定位计算，选用最小二乘法，对组合伪距定位方程进行线性化，再反复迭代，计算出无人机当前的位置；

c.如果GPS、GLONASS、BDS三个系统中任一系统失效，其余两个系统会根据组合伪距定位修正方程进行空间位置解算；

d.如果其中两个系统失效，则用剩下的系统进行单独定位计算，保证定位过程不间断。

8.一种车载式自动控制无人机控制方法，用于如权利要求1-6任意一项所述的车载式自动控制无人机系统，其特征在于：无人机控制方法包括以下步骤：a.所述滤波算法为卡尔曼滤波算法，采用该算法将获取的加速度计和陀螺仪的数据进行去噪声后进行融合，得出无人机的角度数据；

b.所述姿态算法为四元数算法，通过四元数算法对滤波算法所得的角度数据进行解算，得出无人机坐标系与空间坐标系的偏差角，即欧拉角；

c.通过PID控制算法控制无人机各个电机转速，对欧拉角进行调整纠正。

说明书全文

一种车载式自动控制无人机系统、定位方法及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及乘用汽车和移动飞行器技术领域，尤其是车载式自动控制无人机系统、定位方法及控制方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着科技的迅猛发展，汽车在当今社会中已成为人类的主要交通和运输工具，给人类的出行带来了极大的便利。随着路面上汽车数量的日渐增多，用车问题也越来越被人们所关注，如堵车、寻路以及驾驶视野等问题，无论是城市中的上下班高峰期还是节假日的高速公路，人们都对堵车问题头痛不已。现有的地图导航系统导航界面比较抽象，不够直观，在遇到复杂道路的情况下，经常会另驾驶员走错道或者寻不到路的情况。同时，夜间驾驶目前主要依靠前照灯的灯具照明来提供驾驶视野，在照明环境差的路段，汽车前照灯并不能够提供充足的驾驶视野，会给行车带来极大的安全隐患。

发明内容

[0003] 本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种提高定位精度和控制精度的车载式自动控制无人机系统、定位方法及控制方法。

[0004] 为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：

[0005] 本发明的车载式自动控制无人机系统包括无人机和车载中控平台，所述无人机安装有摄像模块，所述摄像模块将获取的图像信息实时传输至所述车载中控平台，所述无人机采用GPS、GLONASS和BDS三星联合解算定位，所述无人机采用滤波算法和姿态算法计算欧拉角，同时采用PID控制算法控制电机转速调整欧拉角。

[0006] 本发明所述无人机还包括机体和安装在机体上的机身控制系统、信号传输模块、动力装置和传感器模块。

[0007] 本发明所述的信号传输模块传输的信号包括遥控信号、数据传输信号和图像传输信号，所述摄像模块的图像传输采用COFDM全数字调制解调技术。

[0008] 本发明所述动力装置包括电机和锂电池。

[0009] 本发明所述传感器模块包括陀螺仪、加速度计、电子罗盘和气压高度计。

[0010] 本发明所述车载中控平台具有无人机飞行管理系统，所述无人机飞行管理系统采用.G频段无线信号进行通信组网，中继距离为km以内，无人机在飞行过程中，km以内如有其他无人机飞行，无人机飞行管理系统将发出信号提示其他无人机降落。

[0011] 本发明还提供一种车载式自动控制无人机定位方法，用于上述的车载式自动控制无人机系统，所述无人机采用GPS、GLONASS和BDS三星联合解算定位，包括以下步骤：

[0012] a.通过车载中控平台的内置终端进行数据采集，再根据组合伪距定位方程进行位置计算；

[0013] b.GPS、GLONASS、BDS三个系统接收到数据，根据自身系统对应的星历，分别进行位置计算，再将三者的坐标系统和时间系统进行统一，根据伪距、伪距变化率进行定位计算，选用最小二乘法，对组合伪距定位方程进行线性化，再反复迭代，计算出无人机当前的位置；

[0014] c.如果GPS、GLONASS、BDS三个系统中任一系统失效，其余两个系统会根据组合伪距定位修正方程进行空间位置解算；d.如果其中两个系统失效，则用剩下的系统进行单独定位计算，保证定位过程不间断。

[0015] 本发明还提供一种车载式自动控制无人机控制方法，用于上述的车载式自动控制无人机系统，包括以下步骤：

[0016] a.所述滤波算法为卡尔曼滤波算法，采用该算法将获取的加速度计和陀螺仪的数据进行去噪声后进行融合，得出无人机的角度数据；

[0017] b.所述姿态算法为四元数算法，通过四元数算法对滤波算法所得的角度数据进行解算，得出无人机坐标系与空间坐标系的偏差角，即欧拉角；

[0018] c.通过PID控制算法控制无人机各个电机转速，对欧拉角进行调整纠正。

[0019] 本发明的车载式自动控制无人机系统、定位方法及控制方法的有益效果是：本发明的车载式自动控制无人机系统包括无人机和车载中控平台，无人机安装有摄像模块，摄像模块将获取的图像信息实时传输至车载中控平台以辅助驾驶员驾驶，告知驾驶员前方或者后方路况，使驾驶员能够及时地调整行车路线，避免堵车或者走错道路的情况发生。如果驾驶员对前方道路不熟悉，可先派出无人机对前方道路进行侦查，汽车停放时可升空提供360°视角，辅助驾驶员停车。此外，本发明的无人机采用GPS、GLONASS和BDS三星联合解算定位，可以实现高精度定位，有利于提高在恶劣观测环境下的定位精度及可靠性，以及缩短初始化时间，本发明采用滤波算法和姿态算法计算欧拉角，同时采用PID控制算法控制电机转速调整欧拉角，控制精度更高。

附图说明

[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0021] 图1是本发明的车载式自动控制无人机系统的原理框图。

[0022] 其中：机体1、机身控制系统2、信号传输模块3、动力装置4、传感器模块5。

具体实施方式

[0023] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0024] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0025] 如图1所示，本实施例的车载式自动控制无人机系统包括无人机和车载中控平台，无人机安装有摄像模块，摄像模块将获取的图像信息实时传输至车载中控平台以辅助驾驶员驾驶，优选的，摄像模块为720P高清摄像头，通过无人机上的摄像模块可获取地面实景，然后将画面实时传输至车载中控平台并显示在中控显示屏上，告知驾驶员前方或者后方路况，使驾驶员能够及时地调整行车路线，避免堵车或者走错道路的情况发生。如果驾驶员对前方道路不熟悉，可先派出无人机对前方道路进行侦查，汽车停放时可升空提供360°视角，辅助驾驶员停车。

[0026] 本实施例的无人机还包括机体1和安装在机体1上的机身控制系统2、信号传输模块3、动力装置4、传感器模块5。优选的，机体1采用碳纤维增强复合材料制成，采用四旋翼设计，信号传输模块3传输的信号包括遥控信号、数据传输信号和图像传输信号，摄像模块的图像传输采用COFDM全数字调制解调技术，动力装置4为锂电池，传感器模块5包括陀螺仪、加速度计、电子罗盘和气压高度计。

[0027] 本实施例中的无人机续航时间为1h，可车载充电，飞行半径为2.5km，飞行高度为1km，可以悬停、前进、翻转以提供360°视角。

[0028] 无人机如遇柱状物会自动避让，遇险时发送位置给驾驶员，并且打开降落伞，在电量用至一半或失联时自动返航，车载中控平台报警提示驾驶员原地等待。

[0029] 本实施例中的无人机采用GPS、GLONASS和BDS三星联合解算定位，可以实现高精度定位，有利于提高在恶劣观测环境下的定位精度及可靠性，以及缩短初始化时间。

[0030] 本实施例中的无人机采用滤波算法和姿态算法计算欧拉角，同时采用PID控制算法控制电机转速调整欧拉角，机体1上的陀螺仪将数据信息传输给机身控制系统2，机身控制系统2按照上述方法调整欧拉角。

[0031] 车载中控平台具有无人机飞行管理系统，无人机飞行管理系统采用无线信号进行通信组网，具体地，无人机飞行管理系统采用5.8G频段无线信号进行通信组网，中继距离为1km以内，无人机在飞行过程中，1km以内如有其他无人机飞行，无人机飞行管理系统将发出信号提示其他无人机降落。如遇堵车，车载无人机之间通过无线通信组网，调度部分无人机起飞，获取路面最新状况，但间隔距离小于100m的车载无人机无需起飞。

[0032] 本实施例还提供一种车载式自动控制无人机定位方法包括以下步骤：

[0033] a.通过车载中控平台的内置终端进行数据采集，再根据组合伪距定位方程进行位置计算；

[0034] b.GPS、GLONASS、BDS三个系统接收到数据，根据自身系统对应的星历，分别进行位置计算，再将三者的坐标系统和时间系统进行统一，根据伪距、伪距变化率进行定位计算，选用最小二乘法，对组合伪距定位方程进行线性化，再反复迭代，计算出无人机当前的位置；

[0035] c.如果GPS、GLONASS、BDS三个系统中任一系统失效，其余两个系统会根据组合伪距定位修正方程进行空间位置解算；d.如果其中两个系统失效，则用剩下的系统进行单独定位计算，保证定位过程不间断。

[0036] 本实施例中的无人机采用GPS、GLONASS和BDS三星联合解算定位，可以实现高精度定位，有利于提高在恶劣观测环境下的定位精度及可靠性，以及缩短初始化时间。

[0037] 本实施例还提供一种车载式自动控制无人机控制方法，包括以下步骤：

[0038] a.所述滤波算法为卡尔曼滤波算法，采用该算法将获取的加速度计和陀螺仪的数据进行去噪声后进行融合，得出无人机的角度数据；

[0039] b.所述姿态算法为四元数算法，通过四元数算法对滤波算法所得的角度数据进行解算，得出无人机坐标系与空间坐标系的偏差角，即欧拉角；

[0040] c.通过PID控制算法控制无人机各个电机转速，对欧拉角进行调整纠正。

[0041] 本发明采用滤波算法和姿态算法计算欧拉角，同时采用PID控制算法控制电机转速调整欧拉角，控制精度更高。

[0042] 应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

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