[發明專利]無人機基于差分坐標執行航點任務的飛行控制方法及系統

在審

• 申請號: 202310315500.3
• 申請日: 2023-03-24
• 公開（公告）號: CN116466731A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 劉磊;莊世元;閆中敏;崔立真;郭偉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.無人機基于差分坐標執行航點任務的飛行控制方法，其特征是，包括：

正北標定：通過捕捉一條從任意原點指向正北方向的標線確定自建坐標系與NED坐標系坐標軸的夾角，獲得坐標轉換所需參數；

基于坐標轉換所需參數在自建坐標系與NED坐標系之間建立轉換關系，使得無人機航點飛行任務中的航點坐標，即自建坐標系下的坐標，被輸出為NED坐標系下的坐標，并能夠完全反應自建坐標系下各坐標點的相對位置，使得路徑與航點任務所需的飛行路徑完全一致；

基于被轉換后NED坐標系下的新坐標，無人機將能夠獲得航點的相對位置，從而基于坐標差分運算得出飛控指令，進行定點飛行。

2.如權利要求1所述的無人機基于差分坐標執行航點任務的飛行控制方法，其特征是，進行“正北標定”時，使用動作捕捉設備輔助標定，以確定標定點的相對坐標。

3.如權利要求1所述的無人機基于差分坐標執行航點任務的飛行控制方法，其特征是，所述動作捕捉設備包括若干反光點及若干環繞飛行區域的攝像設備；

在動作捕捉設備的輔助下，在場地內放置的反光點的位置將被捕捉，并根據動作捕捉設備所建立的坐標系導出其x，y，z坐標。

4.如權利要求1所述的無人機基于差分坐標執行航點任務的飛行控制方法，其特征是，所述NED坐標系為無人機在導航時根據導航系統工作的需要而選取的用于導航解算的參考坐標系；

該坐標系有三個軸，N——北軸指向地球北；E——東軸指向地球東；D——地軸垂直于地球表面并指向下，便于計算，規定北軸為坐標系x軸，東軸為y軸，地軸為z軸；

所述NED坐標系作為無人機的一種世界坐標系被用以控制無人機的飛行動作，世界坐標系指該坐標系坐標軸方向始終保持不變，故被用來確定無人機在空間中的絕對航向。

5.如權利要求1所述的無人機基于差分坐標執行航點任務的飛行控制方法，其特征是，進行“正北標定”的具體步驟為：

確定正北方向；

標記正北方向，使用兩枚動作捕捉設備的反光點標記一條指向正北方向的射線，一枚放置在起點，設為正被標定點A，一枚放置在終點，設為正北標定點B；

從動作捕捉設備中讀取A，B點的坐標A(x1,y1),B(x2,y2)，初始化判斷變量q＝0；

計算A，B的歐氏距離、正弦值、余弦值；

計算標定參數μ1＝x1*cos+y1*sin,μ2＝-x1*sin+y1*cos；

判斷向量AB的指向方向，具體的，在以A為原點的平面直角坐標系中，若B位于一，三象限，則修改標定參數μ1＝x1*sin+y1*cos，修改判斷變量q＝1；

記錄標定參數ω1＝μ2；

根據B重新計算標定參數，修改μ1＝x2*cos+y2*sin，μ2＝-x2*sin+y2*cos；

若判斷變量q＝1，則修改標定參數μ1＝x2*cos-y2*sin，μ2＝x2*sin+y2*cos；

記錄標定參數ω2＝μ2；

初始化判斷變量p＝0，若ω1ω2，修改p＝1；

保存以下四個參數：a，b，p，q，其中a＝sin，b＝cos，p，q即上述判斷變量p和q。

6.如權利要求1所述的無人機基于差分坐標執行航點任務的飛行控制方法，其特征是，通過坐標轉換將自建坐標系中的坐標轉換為NED地面坐標系下的控制坐標，具體為：

“正北標定”輸出參數a,b,p,q，基于四個參數獲取自建坐標系與NED坐標系的平移與旋轉關系，從而通過坐標變換將位于自建坐標系中的若干任務點坐標轉換為NED坐標系下的新坐標，使無人機根據這些新坐標進行導航和尋徑。