CN110597297A - 一种飞行器返航控制方法、装置、飞行器和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行器返航控制方法、装置、飞行器和存储介质，该方法包括：根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置；当飞行至所述返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。本发明实施例解决了现有技术中因返航目标的移动而无法准确地降落至返航目标处的技术问题，实现了控制飞行器能够精准并安全地降落至返航目标区域上的返航目标处的技术效果。

Description

一种飞行器返航控制方法、装置、飞行器和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及飞行器技术，尤其涉及一种飞行器返航控制方法、装置、飞行器和存储介质。
背景技术
随着科技的不断发展，飞行器(比如，无人机)的应用领域越来越广泛。比如，无人机应用于快递运输、街景拍摄、监控巡察等领域。
一般来说，无人机返航的目的地位置都是固定的。但若需无人机停落在游艇、轮船等非静止平面上，由于游艇、轮船等移动载具在海上航行，其位置是不固定的，因此，如何保证无人机安全地降落至游艇、轮船等移动载具上，以避免掉进水里，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种飞行器返航控制方法、装置、飞行器和存储介质，以保证飞行器能够精准并安全地降落至处于移动状态的返航目标上的返航目标处。
第一方面，本发明实施例提供了一种飞行器返航控制方法，包括：
根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置；
当飞行至所述返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。
第二方面，本发明实施例还提供了一种飞行器返航控制装置，包括：
第一确定模块，用于根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置；
第一控制模块，用于当飞行至所述返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至所述返航目标处。
第三方面，本发明实施例还提供了一种飞行器，所述飞行器包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
图像拍摄单元，用于拍摄图像；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的飞行器返航控制方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的飞行器返航控制方法。
本发明通过根据返航信号的时间和相位，粗略地计算出返航目标区域位置，以保证飞行器能够返航至返航目标区域的上空，当飞行器飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。本发明解决了现有技术中因返航目标的移动而无法准确地降落至返航目标处的技术问题，实现了控制飞行器能够精准并安全地降落至返航目标区域上的返航目标处的技术效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种飞行器返航控制方法的应用场景示意图；
图2是本发明实施例提供的一种游艇模式开关的显示示意图；
图3是本发明实施例提供的一种游艇模式警示对话框的显示示意图；
图4是本发明实施例提供的一种起飞后动作的选择示意图；
图5是本发明实施例提供的一种设置返航点的显示示意图；
图6为本发明实施例提供的一种飞行器返航控制方法的流程图；
图7是本发明实施例提供的一种控制飞行器精准降落至返航目标处的显示示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种飞行器返航控制方法的流程图；
图9是本发明实施例提供的又一种飞行器返航控制方法的流程图；
图10是本发明实施例提供的一种飞行器降落过程中的返航控制流程图；
图11是本发明实施例提供的另一种飞行器降落过程中的返航控制流程图；
图12是本发明实施例提供的一种飞行器和遥控端GPS信号较好时飞行器返航控制方法的流程图；
图13是本发明实施例提供的一种飞行器和遥控端GPS信号不好时飞行器返航控制方法的流程图；
图14是本发明实施例提供的一种飞行器返航控制装置的结构框图；
图15是本发明实施例提供的一种飞行器的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在此需要说明的是，本发明实施例提供的飞行器返航控制方法可应用于返航目标区域为移动目标区域的场景下。其中，移动目标区域可以为游艇、邮轮、汽车等移动目标。图1是本发明实施例提供的一种飞行器返航控制方法的应用场景示意图，如图1所示，遥控端110可以通过无线网络向飞行器120发送无线控制指令(比如，返航指令、悬停指令、起飞指令等)，在飞行器120接收到无线控制指令之后，根据无线控制指令执行对应的飞行操作，比如，飞行器120接收到返航指令后，飞行器响应返航指令，并飞行至预先设定的返航目标区域130中的返航目标处131。
其中，遥控端110可以为配置有显示装置的遥控器，也可以为安装有飞行器控制应用程序(Application，APP)的移动终端。移动终端可以为智能手机、平板电脑、iPad、笔记本电脑等。在实施例中，以遥控端110为安装有飞行器控制APP的智能手机，返航目标区域为游艇为例，对飞行器的返航控制方法进行说明。示例性地，可以在APP中设置有游艇模式的开关，当然，也可以设置其它模式，对此并不进行限定，只要返航目标处于移动状态，以使得返航目标区域位置处于变化即可。图2是本发明实施例提供的一种游艇模式开关的显示示意图。如图2所示，在游艇模式开关的右侧有一个触发按钮，用户可通过点击该触发按钮进入游艇模式或退出游艇模式。
当用户打开游艇模式开关，会在移动终端的显示界面上弹出游艇模式警示对话框。图3是本发明实施例提供的一种游艇模式警示对话框的显示示意图。如图3所示，在该游艇模式警示对话框上显示“游艇模式起飞比较危险，请确认环境，保证安全起飞！”，并且，在对话框下有两个按钮，分别为“取消”和“确认进入”。若用户点击“取消”按钮，则还原为默认界面及正常起飞模式，无法在游艇等非静止平面解锁起飞；若用户点击“确认进入”按钮，弹出起飞后动作的对话框。图4是本发明实施例提供的一种起飞后动作的选择示意图。如图4所示，在起飞后动作的对话框上显示“悬停于原位置”和“与您保持相对距离”两个选择按钮。在用户选择完任意一种方式后，在移动终端的显示界面上弹出“返航点设置”的对话框。图5是本发明实施例提供的一种设置返航点的显示示意图。需要说明的是，每个飞行器自身配置有卫星导航模块，即全球定位***(Global Positioning System，GPS)。可以理解为，飞行器可通过GPS进行定位。如图5所示，在返航点设置的对话框上设置有“起飞GPS定位点”、“地图上选点”和“起飞载体”三个选项，用户可根据自身需求选择其中任意一种方式，然后点击“开始”按钮，此时飞行器可以在游艇等非静止平面上解锁起飞。当然，此时用户也可以点击“退出”按钮，以退出游艇模式的设置；以及用户也可以点击“返回”按钮，以返回上一项的设置页面。
如图4所示，若用户选择“悬停于原位置”，飞行器起飞后悬停于惯性坐标系下，用户通过飞行器的遥控器进行打杆，改变的是惯性系下的飞行速度；若用户选择“与您保持相对静止”飞行器起飞后与用户保持相对平移关系，即用户与飞行器的距离保持不变，用户通过遥控器打杆，改变的是飞行器相对于运动坐标系(用户)的速度。但是这种动作在飞行器高度大于10m时，退出保持相对静止的飞行方式，切换在惯性系下进行飞行。
在图5中，若用户选择返航点为“起飞GPS定位点”，飞行器返航落在起飞时的GPS定位点，由于这种方式比较危险，需要提示用户“可能落在水中，请确定”的对话框；若用户选择返航点为“地图上选点”，则将移动终端的显示界面切换到地图界面，让用户在地图上取点，并弹出“确认选点是否适合降落”的对话框；若用户选择返航点为“起飞载体”，则弹出“飞机会落在甲板上原起飞点，需将视觉打开，保证精准降落”的对话框，当用户选择确认后，飞行器返航时，会飞至游艇/油轮上空，并打开下视精准降落在起飞时的甲板上。其中，下视指的是飞行器上可对飞行器下方位置进行图像拍摄的图像拍摄单元。
当然，为了保证飞行器的飞行安全，在每次飞行器断电开机后，默认为正常起飞模式，即游艇模式处于关闭状态。现对三种返航点的设置方式，进行具体说明。
一个实施例中，当用户将返航点设置为“起飞GPS定位点”。飞行器在接收到起飞指令时，会记录自身起飞时所处位置的GPS经纬度，在返航时，飞行器飞至起飞点上空进行降落，但此时很有可能移动载具开走了，飞行器容易掉进水里，因此该功能需加入提示语“慎用该功能，需保证起飞原点适合降落，否则很可能掉入水里！”。
为了保证安全，该功能若被触发，飞行器控制自身先飞到原先起飞点上空，下降至10m高度，打开视觉寻找与起飞时图像匹配的特征区域。若发现有能够匹配上的特征区域，飞行器打开精准降落，缓慢下降并调整自己的位置，直至降落在起飞时的甲板上；若没有发现有能够匹配上的特征区域，则飞行器处于悬停状态，并向遥控端发送警告指令，要求重新设置返航点。
一个实施例中，当用户将返航点设置为“地图上选点”。用户在点击如图5中所示的“地图上选点”按钮，移动终端的显示界面即可切换到地图界面，用户可在地图上选点作为返航点。飞行器通过用户选取的点，根据卫星地图来进行识别，当用户选取的点为河流、海洋、森林等时，提示用户“此处不适合降落，请重新选择”，若用户选择得是其它的，如建筑、广场等，飞行器提示“请确保降落点的安全，确定选取为返航点？”，并且用户可选择“是”或者“否”。当用户选择“是”，飞行器将以地图上选取点作为返航目标处，无论是用户按键返航还是低电返航，飞行器将降落至选取点。
一个实施例中，当用户将返航点设置为“起飞载体原点”。示例性地，假设用户在游艇上操作飞行器，此时游艇开走了，飞行器还能返回游艇上的返航目标区域，并精准降落至起飞时的甲板(即返航目标处)上，不至于掉进水里或者飞丢。本发明实施例针对返航点设置为“起飞载体原点”时，对飞行器返航控制方法进行说明，以保证飞行器能精准地降落至处于移动的返航目标区域上的返航目标处。
图6为本发明实施例提供的一种飞行器返航控制方法的流程图，本实施例可适用于将飞行器精准降落至处于移动状态的返航目标的返航目标处的情况，该方法可以由一种飞行器返航控制装置来执行，其中，该方法可由硬件和/或软件的方式实现，并一般集成在飞行器中。
参考图6，该方法具体包括如下步骤：
S210、根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置。
其中，返航信号指的是用户通过遥控端向飞行器发送返航指令所对应的无线信号。在实施例中，用户可通过遥控端向飞行器发送返航指令，飞行器根据接收返航指令所对应返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置。其中，返航目标区域位置指的是飞行器所要降落至返航目标上的某一区域位置。当然，在实施例中，返航目标区域位置可以为遥控端所在返航目标上的位置，也可以为用户所在返航目标上的位置。在实际操作过程中，遥控端所在返航目标上的位置即为用户所在返航目标上的位置。
S220、当飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。
在此需要说明的是，返航目标区域为位于返航目标上的某个区域。考虑到返航目标存在处于移动状态和静止状态的两种情况。现分别对返航目标处于移动状态或静止状态进行说明。
一个实施例中，当返航目标区域所在的返航目标处于静止状态时，飞行器按照接收到返航信号的时间和相位确定的返航目标区域位置进行返航，其所达到的位置即为遥控端在返航目标上的位置，此时，飞行器可以直接按照返航目标区域位置进行返航。当飞行器飞行至返航目标区域时，飞行器已经飞至遥控端所在位置(即用户位置)上空。此时，可以启动飞行器上的图像拍摄单元(可以为飞行器上单独的对地摄像头)，对飞行器当前所在区域的下视位置进行图像采集，并将下视位置的图像和预先采集的返航目标区域的图像进行图像匹配，以根据匹配结果对飞行器的飞行参数进行微调，以精准地降落至返航目标区域中的返航目标处。
一个实施例中，当返航目标区域所在的返航目标处于移动状态时，飞行器按照接收到返航信号的时间和相位确定的返航目标区域位置进行返航，由于在飞行器返航过程中，返航目标也在移动，则飞行器返回至已经确定的返航目标区域位置并非遥控端在返航目标上的位置。此时，飞行器在飞行至返航目标区域位置时，在移动终端的显示屏上提示“已到达返航目标区域位置，请确认是否降落”，并在显示界面上显示有“是”和“否”的按钮。此时，用户可点击“否”，飞行器按照遥控端发送控制指令所对应的无线信号再次确定飞行器当前与遥控端之间的距离，并飞行至遥控端所在返航目标的上空。
需要说明的是，为了保证飞行器当前所在区域的图像与预先采集的返航目标区域的图像之间匹配的准确率，在对飞行器当前所在区域的图像与预先采集的返航目标区域的图像进行图像匹配之前，需先对飞行器与返航目标区域中返航目标处之间的距离进行粗略计算，若飞行器与返航目标处之间的距离小于预设距离阈值，则启动飞行器上的对地摄像头，以拍摄飞行器当前所在区域的下方位置的图像，并将其与预先采集的返航目标区域的图像进行匹配，以根据匹配结果对飞行器的飞行参数进行微调，以使飞行器能够精准地降落至返航目标区域中的返航目标处。
图7是本发明实施例提供的一种控制飞行器精准降落至返航目标处的显示示意图。如图7所示，假设返航目标为游艇130，飞行器120当前所处位置为A区域，返航目标区域为B区域，返航目标处为C点。具体的，通过遥控端110发送的返航信号，控制飞行器从A区域飞行至B区域的上方时，启动飞行器的对地摄像头以拍摄飞行器当前所在区域的图像，并将当前所在区域的图像和预先拍摄的返航目标区域的图像进行匹配，由于飞行器在对图像匹配过程中，返航目标也处于移动状态，可以理解为，飞行器当前所处位置与返航目标处有一定的距离，通过图像匹配算法得到飞行器的相对速度和姿态角，以使飞行器精准降落至返航目标处，即C点。
本实施例的技术方案，通过根据返航信号的时间和相位，粗略地计算出返航目标区域位置，以保证飞行器能够返航至返航目标区域的上空，当飞行器飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。本发明解决了现有技术中因返航目标的移动而无法准确地降落至返航目标处的技术问题，实现了控制飞行器能够精准并安全地降落至返航目标区域上的返航目标处的技术效果。
在上述实施例的基础上，对步骤S210作进一步的具体说明。图8是本发明实施例提供的另一种飞行器返航控制方法的流程图。在此需要说明的是，在飞行器飞行过程中，当飞行器或遥控端的GPS信号出现定位不良，或者某一端定位误差很大(一般是遥控端出现GPS丢失)时，可通过返航信号的时间和相位，粗略地计算出飞行器与遥控端之间的距离，以粗略地确定返航目标区域位置。
具体的，参考图8，该方法具体包括如下步骤：
S310、获取飞行器上至少两组天线接收到返航信号的时间和相位。
在此需要说明的是，每个飞行器上可以设置有n组天线，其中，n＝2,3或4。并且，每组天线均需安装在飞行器的机身或起落架上。可以理解为，在飞行器接收从遥控端发来的信号时，每组天线接收信号的时间和相位会有所差异。在实施例中，以遥控端发来的信号为返航信号为例，对根据信号的时间和相位确定返航目标区域位置进行说明。当然，在飞行器上设置有射频单元，该射频单元用于接收和发送无线电波信号，实现无线电波与电信号之间的相互转换，从而实现飞行器与遥控端之间的无线通信。其中，射频单元可通过飞行器的机身或起落架上的天线来接收和发送无线电波信号。
S320、根据至少两组天线接收到返航信号的时间和相位确定各天线的接收时间差和相位差。
其中，接收时间差指的是同一个飞行器上至少两组天线接收返航信号的时间差值；相位差指的是同一个飞行器上至少两组天线接收返航信号的相位差值。在实施例中，将两两组合的天线接收到返航信号的时间作差，以得到接收时间差；以及，将两两组合的天线接收到返航信号的相位作差，以得到两者之间的相位差。
S330、根据接收时间差和相位差确定飞行器与遥控端之间的相对距离和方位。
在实施例中，每组天线在飞行器上的位置不同，相应的，接收到返航信号的时间和相位会有所差异，利用每组天线接收返航信号的时间差和相位差，并基于每组天线之间的距离差值，以及遥控端发射返航信号所对应无线电波的频率，确定飞行器与遥控端之间的相对距离和方位。
S340、根据相对距离和方位确定返航目标区域位置。
在实施例中，当飞行器的GPS定位***未出现故障时，飞行器可通过自身的GPS定位***对自身的经纬度进行测量，然后通过飞行器自身的经纬度，以及已确定的飞行器与遥控端之间的相对距离和方位，即可得到遥控端所在的经纬度，即返航目标区域位置所对应的经纬度。
S350、当飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。
本实施例的技术方案，通过获取飞行器上至少两组天线接收返航信号的时间和相位，并根据至少两组天线接收到返航信号的时间和相位确定各天线的接收时间差和相位差，以确定飞行器与遥控端之间的相对距离和方位，进而确定返航目标区域位置，实现了在遥控端自身的GPS定位***出现故障时，也可以粗略地计算出返航目标区域位置的技术效果。
在上述实施例的基础上，对根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，作进一步的具体说明。图9是本发明实施例提供的又一种飞行器返航控制方法的流程图。参考图9，该方法具体包括如下步骤：
S410、根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置。
S420、当飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，得到当前所在区域和返航目标区域之间的水平位置误差。
其中，水平误差位置指的是飞行器在当前所在区域所对应X方向的位置和在返航目标区域X方向的位置之间的距离差。在此需要说明的是，在启动飞行器中的图像拍摄单元对当前所在区域的下方位置进行图形采集时，表明飞行器已经到达返航目标处的预设范围内，此时，可直接通过当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像的匹配结果，即可得到当前所在区域和返航目标区域中返航目标处之间的水平位置误差。
S430、根据水平位置误差生成第一相对速度调节指令。
其中，第一相对速度调节指令指的是按照飞行器当前所在区域和返航目标区域之间的水平位置误差，以及移动载具的移动速度而确定的飞行器相对于移动载具的飞行速度。在实施例中，在得到飞行器当前所在区域和返航目标区域中返航目标处之间的水平位置误差之后，将水平位置误差输入预先建立的位置控制器中，通过位置控制器计算出飞行器相对于移动载具的飞行速度，根据该飞行速度生成第一相对速度调节指令。
S440、基于第一相对速度调节指令和用户的第一操纵速度指令，确定飞行器的第一期望相对速度。
其中，第一操作速度指令指的是用户通过飞行器所对应遥控器中的杠杆映射模块控制自身飞行速度的指令。在实施例中，飞行器既可以通过位置控制器生成的第一相对速度调节指令对飞行器进行速度调节，也可以通过飞行器自身所连接的遥控器中的杠杆映射模块生成的第一操作速度指令对飞行器进行速度调节，以得到飞行器的第一期望相对速度。其中，第一期望相对速度可以理解为，第一相对速度调节指令对应的第一相对速度和第一操作速度指令对应的第一操作速度的相加值。比如，第一相对速度调节指令对应的第一相对速度为1米/秒(m/s)，并且，方向为正北方向；第一操作速度指令对应的第一操作速度为0.5m/s，并且，方向为正北方向，则第一期望相对速度为1.5m/s，方向为正北方向。相应的，若第一相对速度调节指令对应的第一相对速度的方向与第一操作速度指令对应的第一操作速度的方向相反，则以第一相对速度和第一操作速度中速度绝对值较大的方向为准。
S450、根据第一期望相对速度和预先获取的速度融合值生成第一期望姿态角指令。
在此需要说明的是，为了便于获取飞行器的自身参数，在飞行器上配置有卫星导航模块、加速度计、陀螺仪和磁力计。其中，卫星导航模块用于对飞行器的位置和速度进行测量；加速度计用于对飞行器的加速度进行测量；陀螺仪用于对飞行器的角速度进行测量；磁力计用于对飞行器的航向角进行测量。在实施例中，速度融合值指的是按照卫星导航模块和加速度计测量得到的飞行器的飞行速度。可以理解为，速度融合值是理论上得到的飞行速度；而第一期望相对速度是用户根据实际情况进行人工调整得到的飞行速度。然后将第一期望相对速度和速度融合值输入至速度控制器中，以生成期望姿态角指令。其中，姿态角也称为欧拉角，是由机体坐标系与地理坐标系之间的关系确定的，用航向角、俯仰角和横滚角三个欧拉角表示。其中，根据速度得到姿态角的过程，可参见现有技术，在此不再赘述。
S460、根据第一期望姿态角指令和预先获取的姿态角融合值生成飞行器的电机控制指令。
其中，电机控制指令为携带第一期望相对速度和期望姿态角的指令。在实施例中，姿态角融合值是通过陀螺仪和磁力计确定的理论上的姿态角。将期望姿态角指令对应的期望姿态角和姿态角融合值输入姿态控制***中，以生成飞行器的电机控制指令。其中，电机控制指令为电机PWM指令。
S470、通过电机控制指令控制自身降落至返航目标处。
在实施例中，通过电机控制指令控制飞行器飞行，以使飞行器精准降落至返航目标处。
在此需要说明的是，速度融合值和姿态角融合值，均是将测量的飞行器位置、速度、加速度、角速度和航向角输入数据融合***，得到的融合速度和姿态角融合值，并提供给飞行器对应的控制器(比如，位置控制器、速度控制器和姿态控制***等)，以使控制器生成对应的控制指令。
在上述实施例的基础上，对降落至返航目标处的控制方式作具体说明。可通过两种方式进行位置调整，以使飞行器精准地降落至返航目标处。
一个实施例中，降落至返航目标处的控制方式，包括：
S10、在飞行器降落过程中，实时获取飞行器与返航目标区域中降落点中心的位置偏差。
其中，通过飞行器上的图像拍摄单元采集飞行器当前所在区域的图像，并将当前所在区域的图像和返航目标区域的图像进行匹配，以获得飞行器与返航目标区域中降落点中心的位置偏差。
S20、根据位置偏差生成飞行器的第二相对速度调节指令。
其中，第二相对速度调节指令指的是在下降过程中飞行器相对于返航目标的速度的调节指令。需要理解的是，在飞行器下降过程中，若遥控端的GPS丢失，为了保证飞行器能够精准地降落至返航目标处，需启动飞行器上的对地摄像头，并保持飞行器与返航目标区域中降落点中心之间的锁定状态。同时，将飞行器与返航目标区域中降落点中心的位置偏差输入位置控制器，以生成第二相对速度调节指令。
S30、根据第二相对速度调节指令和用户的第二操纵速度指令，确定飞行器的第二期望相对速度。
其中，第二操作速度指令为飞行器在下降过程中，用户通过遥控器打杆而生成的速度调节指令。其中，根据第二相对速度调节指令对应的第二相对速度和第二操作速度指令对应的第二操作速度确定第二期望相对速度的过程，可参照上述实施例中第一期望相对速度的确定过程，在此不再赘述。
S40、按照第二期望相对速度控制飞行器降落至返航目标处。
图10是本发明实施例提供的一种飞行器降落过程中的返航控制流程图。如图10所示，在飞行器降落过程中，若遥控端的GPS丢失，此时飞行器上的对地摄像头需要保持目标锁定状态，并通过图像匹配算法来实时获得飞行器相对于降落点中心的位置偏差，并且将这一位置偏差输入位置控制器，生成第二相对速度调节指令。另外，视觉惯性里程计(Visual-Inertial Odometry，VIO)通过对地摄像头拍摄到的下式图像可计算飞行器的相对速度，然后将相对速度与其他传感器进行融合，可以得到相对速度融合值。用户打杆的第二操纵速度指令对应的第二操作速度与第二相对速度调节指令对应的第二相对速度进行相加，得到第二期望相对速度，将第二期望相对速度和相对速度融合值输入速度控制器，生成第二期望姿态角，然后将第二期望姿态角和姿态角融合值输入姿态控制***，以生成电机的PWM指令，以控制飞行器飞行。
一个实施例中，降落至返航目标处的控制方式，包括：
S1、在飞行器降落过程中，实时获取飞行器与返航目标区域中降落点中心的位置偏差。
S2、根据位置偏差生成飞行器的第三相对速度调节指令。
S3、根据第三相对速度调节指令和用户的第二操纵速度指令，确定飞行器的第三期望相对速度。
S4、按照第三期望相对速度控制飞行器降落至返航目标处。
在此需要说明的是，步骤S1-S4的具体实现过程同上述实施例中步骤S10-S40，在此不再赘述。唯一不同的是，飞行器在下降过程中，飞行器的GPS定位***和遥控端的GPS定位***同时出现故障，或者飞行器的GPS定位***出现故障。此时，需飞行器上的图像拍摄单元利用图像匹配方法，对返航目标上的返航目标处进行定位，以保证飞行器精准地降落至返航目标处。
图11是本发明实施例提供的另一种飞行器降落过程中的返航控制流程图。如图11所示，在下降过程中，飞行器的GPS丢失，或者两者的GPS均丢失，此时飞行器上的对地摄像头需要保持目标锁定状态，并通过图像匹配算法来实时获得飞行器相对于降落点中心的位置偏差，并且将这一位置偏差输入位置控制器，生成第三相对速度调节指令，最后得到电机的PWM指令。其中，通过第三相对速度调节指令生成的PWM指令的过程，见上述实施例中对图10的描述，在此不再赘述。不同的是，由于飞行器无GPS测速，则通过视觉VIO测量的相对速度变得尤为重要。可以理解为，当视觉VIO出现故障时，飞行器立即停止下降；视觉VIO无故障时，可通过图11的方案实现飞行器精确降落至返航目标处。
在此需要说明的是，在下降过程中由于飞行器自身的惯性，为了避免飞行器在下降过程中出现故障。可根据飞行器的当前飞行高度来限制自身的下降速度，具体的，在上述实施例的基础上，飞行器返航控制方法，还包括：在飞行器降落过程中，实时获取飞行器的当前飞行高度；按照当前飞行高度与预先设置的高度阈值，调整飞行器的下降速度。
其中，当前飞行高度指的是飞行器当前距离地面的高度。为了便于度飞行器的飞行高度进行统计，直接以地面为参照物，计算飞行器的当前飞行高度。当然，也可以将不同移动载具上的某区域作为参照物，对飞行器的当前飞行高度进行统计。为了保证飞行器在下降过程中，避免飞行器对人员和飞行器自身硬件造成伤害，实时获取飞行器的当前飞行高度，以根据飞行高度和高度阈值的比对结果，调整飞行器的下降速度。当然，可以对飞行器设置多个高度阈值，在不同的高度范围内，设置不同的下降速度。示例性地，当飞行器高度大于10m，下降速度最大限制在5m/s；当飞行器高度不大于10m，但大于3m时，下降速度最大限制在2m/s；当飞行器高度不大于3m，但大于0.5m时，下降速度最大限制在0.5m/s；当飞行器高度不大于0.5m，下降速度最大限制在0.2m/s。
当然，在实际操作过程中，可根据移动载具的实际情况，设置飞行器的高度阈值，以及不同的高度范围内对应的下降速度。
在此需要说明的是，飞行器在飞行过程中，会出现风力加大，为了保证飞行器下方人员的安全，可对飞行器的返航高度进行设置。具体的，在当飞行至返航目标区域之前，还包括：在接收到返航信号时，获取当前飞行高度。确定当前飞行高度是否达到预先设置的返航安全高度。若未达到返航安全高度，则将飞行器的当前飞行高度调整至返航安全高度，以使飞行器按照返航安全高度飞行。
在实际操作过程中，返航安全高度可根据实际情况进行设定。比如，飞行器在空旷的空地上进行降落，则可将返航安全高度设置的相对较低；若飞行器在人较多的海面上进行飞行降落，为了保证人员安全，可将返航安全高度设置的相对较高。当然，一般来说，返航安全高度至少大于10米(m)。
在实施例中，以返航安全高度为30m为例，对飞行器的安全高度保护策略进行说明。可以理解为，飞行器在返航过程中，返航安全高度需大于30m，若飞行器接收到返航信号的时刻，飞行器的当前飞行高度低于30m，需要先爬高到30m再进行上述返航逻辑；若飞行器已经高于30m，则可以当前高度进行返航。
图12是本发明实施例提供的一种飞行器和遥控端GPS信号较好时飞行器返航控制方法的流程图。如图12所示，飞行器起飞时，根据不同高度，记录了起飞时甲板的图像。飞行器返航时，实时获取遥控端的GPS定位位置(用户位置)，将其作为飞行器需要跟踪的目标点，与飞行器的位置融合值进行作差，得到粗略的位置误差；对粗略误差进行判断，若距离大于2m，判断模块输出0，图像匹配功能关闭，此时飞行器根据用户位置启动返航，飞行至用户位置(即遥控端)上空；若距离小于等于2m，判断模块输出1，此时视觉图像匹配打开，以进行精准降落。此时，图像匹配模块根据高度进行图像匹配，输出水平位置误差。将水平位置误差送入位置控制器生成第一相对速度调节指令；同时，通过飞行器所无线连接的遥控器中的杆量映射模块获取遥控器的打杆信息，并根据预先建立的对应规则，生成相应的第一操纵速度指令。然后，对第一相对速度调节指令对应的第一相对速度与第一操纵速度指令对应的第一操作速度进行求和，以得到第一期望相对速度，将第一期望相对速度与速度融合值送入速度控制器生成第一期望姿态角指令；将第一期望姿态角指令与姿态角融合值送入姿态控制***生成电机的PWM指令，控制飞行器飞行。其中，卫星导航模块获取飞行器的位置及速度、加速度计测量飞行器的加速度、陀螺仪测量飞行器的角速度、磁力计根据当地的磁场来测量飞行器的航向角。然后将测量的位置、速度、加速度、角速度及航向角送入数据融合***，输出速度融合值、位置融合值、姿态融合值，并提供给飞行器的控制***。
图13是本发明实施例提供的一种飞行器和遥控端GPS信号不好时飞行器返航控制方法的流程图。需要说明的是，在飞行器返航(水平飞行)过程中，当飞行器、遥控器/App两端的GPS信号有一端出现定位不良，或者某一端定位误差很大时(一般是遥控端的GPS经常丢失)，返航实现方法如下图：如图13所示，飞行器上有n组天线，一般n＝2,3,4。其中，这几组天线安装在飞行器的机身或者起落架上，并且其安装位置会有一定的不同。可以理解为，从遥控端发来的无线电波信号，不同天线接收到无线电波信号的时间和相位有所差异，利用天线的时间差和相位差，能够计算出飞行器和遥控端的相对距离及方位。在遥控端的GPS定位不准确的情况下，可采用该方案，保证飞行器能够返航在游艇等处于移动状态的返航目标上空。若飞行器返航到返航目标上空，可启动飞行器的视觉功能，以对飞行器当前所在区域的图像和返航目标区域的图像进行图像匹配，以进行精准降落。
图14是本发明实施例提供的一种飞行器返航控制装置的结构框图。参考图14，该装置包括：第一确定模块510和第一控制模块520。
其中，第一确定模块510，用于根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置；
第一控制模块520，用于当飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。
本实施例的技术方案，根据返航信号的时间和相位，粗略地计算出返航目标区域位置，以保证飞行器能够返航至返航目标区域的上空，当飞行器飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。本发明解决了现有技术中因返航目标的移动而无法准确地降落至返航目标处的技术问题，实现了控制飞行器能够精准并安全地降落至返航目标区域上的返航目标处的技术效果。
在上述实施例的基础上，第一确定模块，包括：
获取单元，用于获取飞行器上至少两组天线接收到返航信号的时间和相位；
第一确定单元，用于根据至少两组天线接收到返航信号的时间和相位确定各天线的接收时间差和相位差；
第二确定单元，用于根据接收时间差和相位差确定飞行器与遥控端之间的相对距离和方位；
第三确定单元，用于根据相对距离和方位确定返航目标区域位置。
在上述实施例的基础上，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，具体用于：
根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，得到当前所在区域和返航目标区域之间的水平位置误差；
根据水平位置误差生成第一相对速度调节指令；
基于第一相对速度调节指令和用户的第一操纵速度指令，确定飞行器的第一期望相对速度；
根据第一期望相对速度和预先获取的速度融合值生成第一期望姿态角指令；
根据第一期望姿态角指令和预先获取的姿态角融合值生成飞行器的电机控制指令，电机控制指令为携带第一期望相对速度和第一期望姿态角的指令。
在上述实施例的基础上，降落至返航目标处的控制方式，包括：在飞行器降落过程中，实时获取飞行器与返航目标区域中降落点中心的位置偏差；根据位置偏差生成飞行器的第二相对速度调节指令；根据第二相对速度调节指令和用户的第二操纵速度指令，确定飞行器的第二期望相对速度；按照第二期望相对速度控制飞行器降落至返航目标处。
在上述实施例的基础上，降落至返航目标处的控制方式，包括：在飞行器降落过程中，实时获取飞行器与返航目标区域中降落点中心的位置偏差；根据位置偏差生成飞行器的第三相对速度调节指令；根据第三相对速度调节指令，确定飞行器的第三期望相对速度；按照第三期望相对速度控制飞行器降落至返航目标处。
在上述实施例的基础上，飞行器返航控制装置，还包括：
第一获取模块，用于在飞行器降落过程中，实时获取飞行器的当前飞行高度；
第一调整模块，用于按照当前飞行高度与预先设置的高度阈值，调整飞行器的下降速度。
在上述实施例的基础上，飞行器返航控制装置，还包括：
第二获取模块，用于在当飞行至返航目标区域之前，在接收到返航信号时，获取当前飞行高度；
第二确定模块，用于确定当前飞行高度是否达到预先设置的返航安全高度；
第二调整模块，用于若未达到返航安全高度，则将飞行器的当前飞行高度调整至返航安全高度，以使飞行器按照返航安全高度飞行。
上述飞行器返航控制装置可执行本发明任意实施例所提供的飞行器返航控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
图15是本发明实施例提供的一种飞行器的硬件结构示意图。参考图15，本发明实施例提供的飞行器，包括：处理器610、存储器620、输入装置630、输出装置640和图像拍摄单元650。该飞行器中的处理器610可以是一个或多个，图15中以一个处理器610为例，飞行器中的处理器610、存储器620、输入装置630、输出装置640和图像拍摄单元650可以通过总线或其他方式连接，图15中以通过总线连接为例。
该飞行器中的存储器620作为一种计算机可读存储介质，可用于存储一个或多个程序，程序可以是软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例所提供飞行器返航控制方法对应的程序指令/模块(例如，图14所示的飞行器返航控制装置中的模块，包括：第一确定模块510和第一控制模块520)。处理器610通过运行存储在存储器620中的软件程序、指令以及模块，从而执行飞行器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中飞行器返航控制方法。
存储器620可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器620可进一步包括相对于处理器610远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置630可用于接收用户输入的数字或字符信息，以产生与终端设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置640可包括显示屏等显示设备。图像拍摄单元650用于拍摄飞行器当前所在区域的图像，并将拍摄图像发送至存储器620进行存储。其中，图像拍摄单元650可以为飞行器的主摄像头，也可以为独立的对地摄像头。
并且，当上述飞行器所包括一个或者多个程序被一个或者多个处理器610执行时，程序进行如下操作：根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置；当飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的飞行器返航控制方法，该方法包括：根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置；当飞行至返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是--但不限于--电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种飞行器返航控制方法，其特征在于，包括：
根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置；
当飞行至所述返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至返航目标处。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置，包括：
获取所述飞行器上至少两组天线接收到返航信号的时间和相位；
根据所述至少两组天线接收到返航信号的时间和相位确定各天线的接收时间差和相位差；
根据所述接收时间差和相位差确定所述飞行器与遥控端之间的相对距离和方位；
根据所述相对距离和方位确定返航目标区域位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，包括：
根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，得到当前所在区域和所述返航目标区域之间的水平位置误差；
根据所述水平位置误差生成第一相对速度调节指令；
基于所述第一相对速度调节指令和用户的第一操纵速度指令，确定所述飞行器的第一期望相对速度；
根据所述第一期望相对速度和预先获取的速度融合值生成第一期望姿态角指令；
根据所述第一期望姿态角指令和预先获取的姿态角融合值生成所述飞行器的电机控制指令，所述电机控制指令为携带所述第一期望相对速度和所述第一期望姿态角的指令。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降落至返航目标处的控制方式，包括：
在所述飞行器降落过程中，实时获取所述飞行器与所述返航目标区域中降落点中心的位置偏差；
根据所述位置偏差生成所述飞行器的第二相对速度调节指令；
根据所述第二相对速度调节指令和用户的第二操纵速度指令，确定所述飞行器的第二期望相对速度；
按照所述第二期望相对速度控制所述飞行器降落至所述返航目标处。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降落至返航目标处的控制方式，包括：
在所述飞行器降落过程中，实时获取所述飞行器与所述返航目标区域中降落点中心的位置偏差；
根据所述位置偏差生成所述飞行器的第三相对速度调节指令；
根据所述第三相对速度调节指令和用户的第二操纵速度指令，确定所述飞行器的第三期望相对速度；
按照所述第三期望相对速度控制所述飞行器降落至所述返航目标处。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：
在所述飞行器降落过程中，实时获取所述飞行器的当前飞行高度；
按照所述当前飞行高度与预先设置的高度阈值，调整所述飞行器的下降速度。
7.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，在所述当飞行至所述返航目标区域之前，还包括：
在接收到返航信号时，获取当前飞行高度；
确定所述当前飞行高度是否达到预先设置的返航安全高度；
若未达到所述返航安全高度，则将所述飞行器的当前飞行高度调整至返航安全高度，以使所述飞行器按照所述返航安全高度飞行。
8.一种飞行器返航控制装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于根据返航信号的时间和相位，确定返航目标区域位置；
第一控制模块，用于当飞行至所述返航目标区域时，根据当前所在区域的图像和预先采集的返航目标区域的图像之间的匹配结果，调整飞行参数，以降落至所述返航目标处。
9.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
图像拍摄单元，用于拍摄图像；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的飞行器返航控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的飞行器返航控制方法。
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