CN108319274A - 一种无人飞行器位置的图形显示方法 - Google Patents

一种无人飞行器位置的图形显示方法 Download PDF

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    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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Abstract

本发明公开一种无人飞行器位置的图形显示方法，操纵人员使用头戴显示设备寻找无人机飞行器的位置时，该方法以图形标志引导操纵人员发现飞行器位置，首先根据飞行器实时位置和操纵人员的位置，计算人机间的相对位置，相对位置以方向角和距离表示；计算操纵人员视线方向与实际人机间的方向的偏差，以偏差角Φ表示，根据偏差角Φ判断飞行器是否在操纵人员视野内；飞行器在视野外时，头戴显示设备以图形方式引导操纵人员调整头部方向使飞行器进入视野；飞行器在视野内时，图形引导操作人员调整视线对准飞行器，从而发现飞行器位置。本发明提出的无人飞行器位置的图形显示方法，可减轻操纵人员负担，快速、直观地确定飞行器位置，保证飞行的安全性。

Description

一种无人飞行器位置的图形显示方法
技术领域
本发明属于无人飞行器技术领域，特别涉及一种无人飞行器位置的图形显示方法。
背景技术
在无人飞行器和航模飞行中,操纵人员通常以第三人称视角(the Third-personPoint of View)目视观察并操纵飞行器，尤其在起飞、降落和近场飞行阶段。为了保证飞行安全，操纵人员需要保持飞行器在自己的视野内。
然而在一些特殊情况下，操纵人员需要转移视线。例如观察无人机地面站信息、查看飞行场地情况、与周边人员交流、或使用FPV视频眼镜切换飞行视角，等。然而转移视线后，操纵人员会失去飞行器的踪迹。无人机地面站、FPV视频眼镜等现有设备不能直观地提示飞行器位置。操纵人员需要自行主动寻找，或通过助手提示，重新发现飞行器位置并操纵飞行器。
发明内容
为解决操纵人员转移视线后寻找无人飞行器的问题，本发明提出一种无人飞行器位置的图形显示方法，使用头戴显示设备，如多飞行视角头戴显示设备，或增强现实AR眼镜，在视野内以图形符号提示飞行器的位置，从而引导操纵人员发现飞行器。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种无人飞行器位置的图形显示方法，包括以下步骤：
步骤一、根据飞行器实时位置和头戴显示设备获取的操纵人员的位置，计算人机间的相对位置，相对位置以方向角和距离表示；
步骤二、计算操纵人员视线方向与实际人机间的方向的偏差，以偏差角Φ表示，人眼可见视角的一半表示为Ψ，当偏差角Φ各分量不大于Ψ各分量，判定飞行器在操纵人员视野内，否则，飞行器在操纵人员视野外；
步骤三、图形引导发现飞行器位置
头戴显示设备的显示界面以图形方式引导操纵人员调整视线发现飞行器位置，图形引导方式包括以下两种：
3.1当飞行器在视野外，显示界面将偏差角Φ显示为表示方向的图形，提示操纵人员调整头部方向角减小偏差角Φ，直至Φ各分量不大于Ψ各分量，飞行器在操纵人员视野内；
3.2当飞行器在视野内，显示界面将偏差角Φ显示为表示位置的图形，飞行器位于图形内，操作人员调整视线方向，使Φ各分量不大于设定阈值且能够持续时间段t时，判定操纵人员已经发现飞行器，图形消失。
作为本发明的进一步改进，偏差角Φ的设定阈值为0～20度。
作为本发明的又一步改进，时间段t为1～5秒。
作为本发明的再一步改进，Ψ的横向分量为100度，纵向分量为60度。
作为本发明图形的进一步改进，步骤三的3.1中，当飞行器在视野外的所述图形包括但不限定于表示方向的箭头、直线。
作为本发明图形的又一步改进，步骤三的3.2中，当飞行器在视野内的所述图形包括但不限定于表示位置的图框、图块、图框与文字的组合。
本发明有益效果：
本发明提出的无人飞行器位置的图形显示方法，可减轻操纵人员负担，减少寻找飞行器位置的时间，保证飞行的安全性。该方法直观，操纵人员根据图形提示即可发现飞行器位置，飞行过程中无需分散注意力。有利于飞行中随时切换视角，即第一人称视角和第三人称视角的切换，当切换至第三人称视角时，该方法可帮助操纵人员快速找到飞行器，进行目视第三人称视角飞行。且该方法作为软件功能嵌入头戴显示设备，不额外增加硬件成本。
附图说明
图1为本发明人机间的相对位置示意图；
图2为本发明操纵人员与飞行器位置示意图，图2.1为当飞行器不在操纵人员视野中时，图2.2为当飞行器不在操纵人员视野中时；
图3为本发明图形引导飞行器位置示意图，图3.1为当飞行器不在操纵人员视野中时，图3.2为当飞行器不在操纵人员视野中时。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步详细说明。
本发明提出的无人飞行器位置的图形显示方法应用于无人飞行器的操纵，使用头戴显示设备，如多飞行视角头戴显示设备或增强现实AR眼镜，以图形标志的方式提示无人飞行器的位置，该方法可作为软件或功能模块植入头戴显示设备2，在操纵人员1的视野内显示图形标志。当操纵人员1需要寻找飞行器3的位置时，该方法以图形标志引导操纵人员发现飞行器3位置。该方法包括以下步骤：
步骤一、根据飞行器3实时位置和头戴显示设备2获取的操纵人员1的位置，计算人机间的相对位置，相对位置以方向角和距离表示。
获取飞行器实时位置：通过定位设备读取飞行器实时位置。定位***包括但不限定于卫星定位***，例如GPS、Glonass、北斗***，无线电定位***、惯性导航***。飞行器位置，如经度、纬度和高度，转换到地面坐标系，表示为点A(XA,YA,ZA)，如图1所示。
获取操纵人员的位置：头戴显示设备自带的定位***，如卫星定位***，或者以飞行器出发点位置做作为操纵人员位置。操纵人员位置在地面坐标系中表示为点P(XP,YP,ZP)，如图1所示。
根据获取操纵人员1和飞行器3的坐标点(A点和P点)，可计算出人机的相对位置，矢量表示为其中人机间的距离为矢量的模表示：
人机间的方向角在各轴的分量为：
步骤二、计算操纵人员视线方向与实际人机间的方向的偏差，以偏差角Φ表示，当偏差角Φ各分量不大于设定阈值0度时，飞行器3在操纵人员1视野内，否则，飞行器3在操纵人员1视野外。
头戴显示设备2佩戴于操纵人员1头部，设备的方向角视为操纵人员的视线方向角。在地面坐标系下，操纵人员的视线方向由单位向量表示。视线方向三个方向角该矢量与三轴的夹角分别为αS，βS，γS，由头戴显示设备内部的姿态传感器，如IMU传感器、罗盘获得。
视线方向与人机间的方向之间的夹角为偏差角Φ，如图2.1所示。偏差角对各轴的分量为：
当偏差角Φ的各分量(α，β，γ)为0时，与重合。此时飞行器3正好在操纵人员1视野中心，如图2.2所示。因此操纵人员1通过调整视线方向消除偏差角，可以发现飞行器3。
步骤三、图形引导发现飞行器位置
头戴显示设备2的显示界面4以图形方式引导操纵人员1调整视线发现飞行器3位置，图形引导方式包括以下两种：
3.1当飞行器在视野外，显示界面4将偏差角Φ表示为方向的图形，提示操纵人员调整头部视线方向角以减小偏差角Φ，直至Φ各分量不大于设定阀值0度，飞行器在视野内，如图3.1所示；
3.2当飞行器在视野内，显示界面4将偏差角Φ以图框形式表示，图框与飞行器3的位置重合，即图框包含飞行器，图框以尺寸大小或标数字的方法表示人机间的距离，如图3.3所示。
飞行器是否在视野范围的判断条件为Φ是否大于Ψ/2，其中，Ψ为坐标系下人眼的视角，Ψ水平方向的范围≤200度，垂直方向的范围≤120度。根据该判断条件，两种引导方式可以切换。
偏差角Φ各分量小于设定阈值(阈值为0～20度)，飞行器在操纵人员注视视角范围中。图形提示锁定(改变图框颜色，图框形状变化，或文字变化提示锁定)，当偏差角小于阈值持续一定时间段后(时间段为1～5秒)，该方法判断操纵人员已找到飞行器，锁定完成。锁定完成后显示界面中的引导图形消失，该方法的第三步骤完成。

Claims (6)

1.一种无人飞行器位置的图形显示方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据飞行器(3)实时位置和头戴显示设备(2)获取的操纵人员(1)的位置，计算人机间的相对位置，相对位置以方向角和距离表示；
步骤二、计算操纵人员视线方向与实际人机间的方向的偏差，以偏差角Φ表示，人眼可见视角的一半表示为Ψ，当偏差角Φ各分量不大于Ψ各分量，判定飞行器(3)在操纵人员(1)视野内，否则，飞行器(3)在操纵人员(1)视野外；
步骤三、图形引导发现飞行器位置
头戴显示设备(2)的显示界面(4)以图形方式引导操纵人员(1)调整视线发现飞行器(3)位置，图形引导方式包括以下两种：
3.1当飞行器在视野外，显示界面(4)将偏差角Φ显示为表示方向的图形，提示操纵人员调整头部方向角减小偏差角Φ，直至Φ各分量不大于Ψ各分量，飞行器(3)在操纵人员(1)视野内；
3.2当飞行器在视野内，显示界面(4)将偏差角Φ显示为表示位置的图形，飞行器(3)位于图形内，操作人员调整视线方向，使Φ各分量不大于设定阈值且能够持续时间段t时，判定操纵人员(1)已经发现飞行器(3)，图形消失。
2.根据权利要求1所述的无人飞行器位置的图形显示方法，其特征在于，所述偏差角Φ的设定阈值为0～20度。
3.根据权利要求1或2所述的无人飞行器位置的图形显示方法，其特征在于，所述时间段t为1～5秒。
4.根据权利要求1所述的无人飞行器位置的图形显示方法，其特征在于，所述Ψ的横向分量为100度，纵向分量为60度。
5.根据权利要求1所述的无人飞行器位置的图形显示方法，其特征在于，所述步骤三的3.1中，当飞行器在视野外的所述图形包括但不限定于表示方向的箭头、直线。
6.根据权利要求1所述的无人飞行器位置的图形显示方法，其特征在于，所述步骤三的3.2中，当飞行器在视野内的所述图形包括但不限定于表示位置的图框、图块、图框与文字的组合。
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