无人机偏航角误差测算方法、系统、设备和存储介质
技术领域
本公开涉及图像处理技术领域，特别涉及一种无人机偏航角误差测算方法、系统、设备和存储介质。
背景技术
无人机是一种可以利用无线电遥控和自备的程序控制装置操作的不载人飞机。
在无人机的自动飞行过程中，由于不再需要人员的操控，因此通常会采用俯仰角、滚动角和偏航角去描述无人机自身的飞行姿态。这些角度参数，通常都会通过机载设备进行获取。飞机通过这些角度参数的调整，来实现按照预定飞行路径飞行的目的。
偏航角是无人机的机体轴(沿机头方向)在水平面上的投影与地轴之间的夹角，通常可以在以无人机为原点的坐标系统中进行测算。
发明内容
本公开的一方面提供了一种自动飞行无人机偏航角误差测算方法包括如下步骤：
获取所述无人机当前时刻的位置信息，以作为所述无人机的原始位置信息；
将所述无人机沿第一方向移动至预设目标点；
将位于所述预设目标点的所述无人机沿第二方向移动，以获得所述无人机穿过居中点时位置信息，以作为居中位置信息；
利用所述原始位置信息、居中位置信息和所述预设目标点的信息，计算无人机的所述原始位置和居中点的连线与所述原始位置和所述预设目标点连线之间的夹角，以得到所述偏航角误差。
在一实施例中，所述原始位置信息通过所述无人机上的机载位置传感器获取。
在一实施例中，所述预设目标点与无人机的原始位置的间距为7-20m。
在一实施例中，所述预设目标点与所述原始位置的间距为14m。
在一实施例中，通过所述无人机上的机载雷达来找到所述居中点。
在一实施例中，利用三角函数关系计算得到所述偏航角误差。
本公开的另一方面是提供了一种自动飞行无人机偏航角误差测算系统。所述自动飞行无人机偏航角误差测算系统用于实现如前所述的自动飞行无人机偏航角误差测算方法的步骤。所述自动飞行无人机偏航角误差测算系统包括：
数据获取模块，用于获取所述无人机在当前时刻的位置信息，以作为所述无人机的原始位置信息；并且，
还用于获取所述无人机在居中点时的居中位置信息；
程序控制模块，用于将所述无人机沿第一方向移动至预设目标点；并且，
还用于将位于所述预设目标点的所述无人机沿第二方向移动，并且至少移动至居中点；
数据计算模块，利用所述原始位置信息、居中位置信息和所述预设目标点的信息，计算无人机在所述原始位置和居中点的连线与所述原始位置和所述预设目标点连线之间的夹角，以得到所述偏航角误差。
本公开的再一方面还提供了一种自动飞行无人机偏航角误差测算设备。所述偏航角误差测算设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如本公开前一方面所述的自动飞行无人机偏航角误差测算方法的步骤。
本公开的最后一方面则是提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的自动飞行无人机偏航角误差测算方法的步骤。
本公开提供的自动飞行无人机偏航角误差测算方法、系统、设备和存储介质一方面通过使无人机运动至不同位置，将偏航角的误差显现出来；然后获取无人机在不同位置上的位置信息，从而可以利用这些位置信息和数据计算快速测算出偏航角的误差。
另一方面，本公开还通过限定无人机的移动距离，以获取最佳的用于计算的位置信息，从而测算出更加准确的偏航角误差。
附图说明
附图示例性地示出了实施例并且构成说明书的一部分，与说明书的文字描述一起用于讲解实施例的示例性实施方式。所示出的实施例仅出于示例的目的，并不限制权利要求的范围。在所有附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的要素。
图1是本公开一实施例所展示的偏航角误差测算方法的步骤流程图；
图2是本公开一实施例提供的提供的偏航角误差测算系统模块连接示意图；
图3是本公开一实施例提供的自动飞行无人机偏航角误差测算设备的结构示意图；
图4是本公开一实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
通过上述说明可知，偏航角是用来描述飞机飞行姿态的参数之一，它是无人机的机体轴在水平面上的投影与地轴之间的夹角，通常可以在以无人机为原点的坐标系统中进行测算。
无人机的精确飞行，离不开表示飞行姿态的各个参数的精确测算。一旦这些参数出现测算偏差，无人机便很难按照精确的飞行路径进行飞行。容易知道，无人机在飞行时，各种参数都是依靠设置在机体上的传感器等设备进行测算得到。不过，由于这些机载设备容易受到周围环境的干扰，致使测算得到的参数出现误差。尤其对于偏航角来说，一旦出现偏差，无人机将在水平方向出现偏离飞行轨迹的现象，显然难以顺利完成飞行任务。如果有方案能够找到这种误差，便可以适当地对无人机进行参数补偿，以使无人机能够按照预定的路径进行飞行。
为了解决现有技术存在的问题，发明人通过创造性的劳动提出了一种自动飞行无人机偏航角误差测算方法，以精确测算出偏航角的误差。
以下结合附图和具体实施例对本公开提出的自动飞行无人机偏航角误差测算方法、系统、设备及存储介质作进一步详细说明。根据权利要求书和下面说明，本公开的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本公开实施例的目的。
应当理解的内容是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另有定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构不再详细说明。
关于自动飞行无人机偏航角误差测算方法的示例说明
请参阅图1，其展示了本公开一实施例中的偏航角误差测算方法的步骤流程图。
在这个实施例的步骤S001中，获取所述无人机在当前时刻的位置信息，以作为无人机的的原始位置信息。
我们都知道，无人机在自动飞行过程中，其自身带有机载电脑等处理设备，机载电脑通过与其他一些传感器进行信息传递，以此来摆脱操作人员的操控，达到自动飞行的状态。无人机的自动飞行，需要获取参照物的位置来实现自身的准确飞行。如果获取的参照物的位置数据经过机载电脑的计算后出现偏差，那么无人机也将会在错误的数据指令下进行飞行，最终导致整个飞行路径出现偏移，这便是偏航角误差引起的路径偏移。无人机需要不断获取参照物的位置，同时还要不断获取自身的位置信息，以完成自动飞行过程。而在获取位置信息时，可以通过机载的位置传感器来获取。而无人机的位置信息可以通过坐标系中的坐标来表示。当然，对于无人机自动飞行来说，可能会涉及多个坐标系，例如会有以无人机为原点的坐标系，还有地理坐标系等。不过由于无人机上的机载电脑运算能力的提高，多种坐标系之间的信息传递和转换是非常容易的一件事情。对采用的位置信息用哪一种坐标系进行标记或记录，本领域技术人员可以根据实际的需要进行合理选择。不过对于本公开来说，通常可以优先选用以无人机为原点的坐标系进行位置信息获取和表示。
在即将采用本公开提供的偏航角误差测算方法进行偏航角误差测算时，无人机所在的位置定为当前位置，在当前位置获取的无人机的位置信息本公开称为原始位置信息。通过原始位置信息的获取能够方便后续偏航角误差计算步骤中提供足够的数据支持。
在步骤S002中，将所述无人机沿第一方向移动至预设目标点。
在获取了无人机的原始位置信息后，需要让无人机产生一定范围的移动。这是由于，如果无人机存在偏航角误差，那么只有无人机进行自动飞行，发生位置变化后才会将偏航角误差表现出来。将无人机将偏航角的误差表现出来，是对偏航角误差测算的重要前提。也就是说，误差如果不能体现出来，就很难被测量到。不过，由于无人机自身的尺寸、实际飞行环境、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位精确度等原因，无人机位置变换的大小会影响偏航角误差的测量效果。本公开在对偏航角误差测算的实际实施过程中发现，当将无人机的位置变换范围限定在7-20m，即预设目标点与步骤S001中无人机的位置(原始位置)的间距限定为7-20m，尤其是在14m或在雷达能够允许的更远距离(这是由于距离越远，越容易抵消GPS自带的位置误差)时，能够更加准确地测得偏航角的误差；并且设定在此间距范围时，无人机的移动距离较小，所需耗费的时间较短，有利于提高偏航角误差的计算效率。
另外，无人机在自动飞行时，通常会不断地获取参照物的位置信息，因此在本公开的步骤S002中，可以设置一竖直参考线，由于偏航角误差的存在，该竖直参考线的实际位置与无人机中计算得出的竖直参考线的位置是有偏差的。正是因为存在偏差，所以可以利用该偏差以快速计算得到偏航角误差。在无人机中计算得出的竖直参考线定名为偏差参考线。在水平面内，无人机所在的原始位置与偏差参考线之间存在一条穿过两者的直线，我们将在该直线上，且远离偏差参考线的方向定义为第一方向。由此可知，步骤S002实质是让无人机相对偏差参考线进行直线运动，该步骤能够有效地将偏航角误差展现出来，有利于后续对偏航角误差的计算。
在步骤S003中将位于所述预设目标点的所述无人机沿第二方向移动，以获得所述无人机穿过居中点时的居中位置信息。
在与前面定义的第一方向的同一水平面内，竖直参考线与无人机的原始位置之间也能穿过有一条直线，为了方便说明，本公开将该直线称为居中直线。而在同一水平面内，无人机一旦穿过居中直线，其运行轨迹便会与居中直线出现一个交点，为了方便说明，本公开定义为居中点。而无人机在预设目标点向居中直线靠近的方向在本公开定义为第二方向。显然第一方向与第二方向最好处在同一平面内；不过，即便不再同一平面内，只需在后续计算时将两个方向上产生的数据投影到同一平面内进行计算即可。当第二方向垂直于居中直线时，无人机沿垂直于居中直线的第二方向能够更快速地到达居中点，因此，垂直于居中直线的第二方向可以作为一种优选方案来使用。
无人机在到达居中点时，还可以通过无人机载雷达(例如激光雷达)来获取居中点的居中位置信息(坐标等能够用于偏航角误差计算的数据)。采用激光雷达能够更准确地获取竖直参考线的位置，更快速地找到居中点，进而避免进一步产生误差，提高偏航角误差计算的准确度。
在步骤S004中，利用所述原始位置信息、居中位置信息和所述预设目标点的信息，计算无人机的所述原始位置和居中点的连线与所述原始位置和所述预设目标点连线之间的夹角，以得到所述偏航角误差。
在获取原始位置信息、居中位置信息和预设目标点的信息后，实际上就获得了由这三个位置信息构成的三角形的位置关系。因此我们可以利用几何意义上的规律和法则进行计算，以获得需要的数据。
容易理解，无人机自动飞行时会出现理想飞行路径与实际飞行路径的偏差问题，而这个偏差就是偏航角误差引起的，因此可以认为理想飞行路线与实际飞行路线之间的夹角即为偏航角误差。在本公开中，假设实际飞行路径即为无人机沿第一方向飞行的路径；由于位于第一方向上的偏差参考线是无人机计算得到的(由于偏航角误差的存在，导致该偏差参考线的位置并非与竖直参考线的位置重合)，因此，无人机的理想飞行路径则可以认为是在居中直线上的路径。由此可以得出，要计算偏航角误差只需要找到第一方向与居中直线之间的夹角，即原始位置和居中点的连线与原始位置和预设目标点连线之间的夹角。当第二方向与居中直线垂直时，还可以利用直角三角形的三角函数关系更快速地测算出偏航角误差。
至此，通过上述方法，实现了本公开提出的测算偏航角误差的目的。
关于自动飞行无人机偏航角误差测算系统的示例说明
本公开的一实施例中还提供了一种偏航角误差测算系统。在图2中，展示了本公开一实施例提供的偏航角误差测算系统模块连接示意图。该系统能够实现本公开中说明的自动飞行无人机偏航角误差测算方法。为了实现本公开说明的偏航角测算方法，该系统包括：
数据获取模块501，用于获取所述无人机在当前时刻的位置信息，以作为所述无人机的原始位置信息；并且，
还用于获取所述无人机在居中点时的居中位置信息；
程序控制模块502，用于将所述无人机沿第一方向移动至预设目标点；并且，
还用于将位于所述预设目标点的所述无人机沿第二方向移动，并且至少移动至居中点；
数据计算模块503，利用所述原始位置信息、居中位置信息和所述预设目标点的信息，计算无人机在所述原始位置和居中点的连线与所述原始位置和所述预设目标点连线之间的夹角，以得到所述偏航角误差。
关于自动飞行无人机偏航角误差测算设备的示例说明
本公开的一实施例中还提供了一种自动飞行无人机偏航角误差测算设备。所述图像拼接设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现本公开中说明的自动飞行无人机偏航角误差测算方法的步骤。
本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。
图3是本公开一实施例提供的自动飞行无人机偏航角误差测算设备的结构示意图。下面参照图3来详细描述根据本实施例中的实施方式实施的电子设备600。图3显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本公开任何实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组建可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。
其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本实施例中上述图像拼接方法部分中描述的根据本实施例中的实施步骤。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。
存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。
存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线630可以表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图像加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可以与一个或者多个使得用户与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其他计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其他模块通信。应当明白，尽管图3中未示出，可以结合电子设备600使用其他硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。
关于可读存储介质的示例说明
本公开的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现上述公开中偏航角测算方法的步骤。尽管本实施例未详尽地列举其他具体的实施方式，但在一些可能的实施方式中，本公开说明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本公开中偏航角测算方法部分中描述的根据本公开各种实施例中实施方式的步骤。
图4是本公开一实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。如图4所示，其中描述了根据本公开的实施方式中用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。当然，依据本实施例产生的程序产品不限于此，在本公开中，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系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。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。
计算机可读存储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，其中承载了可读程序代码。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。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储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、有线、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的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，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设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
综上所述，在本公开提供的自动飞行无人机偏航角误差测算方法、系统、设备和存储介质中，一方面通过使无人机运动至不同位置，将偏航角的误差显现出来；然后获取无人机在不同位置上的位置信息，从而可以利用这些位置信息和数据计算快速测算出偏航角的误差。
另一方面，本公开还通过通过限定无人机的移动距离，获取最佳的用于计算的位置信息，从而测算出更加准确的偏航角误差。
上述描述仅是对本公开较佳实施例的描述，并非对本公开范围的任何限定，本公开领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
