[0001] 技术领域

[0002] 本发明涉及无人机控制技术领域， 特别涉及一种无人机姿态保持方法及装置。

[0003] 背景技术

[0004] 无人驾驶飞机简称"无人机"， 是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置 操 纵的不载人飞机， 广泛应用于空中侦察、 监视、 通信、 反潜、 电子干扰等领域

[0005] 目前， 现有的无人机在空中作业吋， 常常需要在一段吋间内保持一定的姿态， 以便于更好地工作， 现有技术中主要是通过在无人机体的几何中心 安装一个陀 螺仪和加速度计组成的传感系统来获取无人机 飞行吋的姿态数据， 然后根据所 述姿态数据通过遥控或者自我调节实现无人机 的姿态保持。 但无人机在空中作 业吋情况复杂多变， 根据所述姿态数据不能精确地保持无人机的姿 态。

[0006] 发明内容

[0007] 本发明实施例提供一种无人机姿态保持方法及 装置， 能够随吋监控无人机各位 置的姿态情况， 并进行各位置的姿态调整， 使无人机姿态保持更精准。

[0008] 第一方面， 本发明提供了一种无人机姿态保持方法， 包括：

[0009] 获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位 置数据， 其中， 所述姿态传感器 至少有两个， 所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置；

[0010] 根据所述位置数据计算得出姿态角；

[0011] 根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿 态。

[0012] 优选地， 所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度 、 角速度中的至少一个

[0013] 优选地， 所述姿态角包括俯仰角、 滚转角、 偏航角中的至少一个。

[0014] 优选地， 在所述根据所述位置数据计算得出姿态角之前 ， 还包括：

[0015] 获取补偿传感器测量的补偿数据， 其中， 所述补偿传感器位于所述姿态传感器 距离阈值内； [0016] 所述根据所述位置数据计算得出姿态角具体为 ：

[0017] 根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出 姿态角。

[0018] 优选地， 在所述根据所述姿态角调整所述无人机预设位 置的姿态之前， 还包括

[0019] 接收用户的姿态调整指令；

[0020] 所述根据所述姿态角调整所述无人机预设位置 的姿态具体为：

[0021] 根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所 述无人机预设位置的姿态。

[0022] 第二方面， 本发明提供了一种无人机姿态保持装置， 包括：

[0023] 第一获取模块， 用于获取姿态传感器测量的无人机的预设位置 的位置数据， 其 中， 所述姿态传感器至少有两个， 所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置

[0024] 计算模块， 用于根据所述位置数据计算得出姿态角；

[0025] 调整模块， 用于根据所述姿态角调整所述无人机预设位置 的姿态。

[0026] 优选地， 所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度 、 角速度中的至少一个

[0027] 优选地， 所述姿态角包括俯仰角、 滚转角、 偏航角中的至少一个。

[0028] 优选地， 还包括：

[0029] 第二获取模块， 用于获取补偿传感器测量的补偿数据， 其中， 所述补偿传感器 位于所述姿态传感器距离阈值内；

[0030] 所述计算模块具体用于， 根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出 姿态角

[0031] 优选地， 还包括：

[0032] 接收模块， 用于接收用户的姿态调整指令；

[0033] 所述调整模块具体用于， 根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所 述无人 机预设位置的姿态。

[0034] 实施本发明实施例， 通过获取姿态传感器测量的无人机的预设位置 的位置数据 ， 根据所述位置数据计算得出姿态角， 根据所述姿态角调整所述无人机预设位 置的姿态， 能够实吋监控无人机各位置的姿态情况， 并进行各位置的姿态调整 ， 使无人机姿态保持更精准。

[0035] 附图说明

[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案， 下面将对实施例或 现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介 绍， 显而易见地， 下面描述中的 附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创 造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0037] 图 1是本发明实施例提供的一种无人机姿态保持� �法的流程图；

[0038] 图 2是一具体应用场景的示意图；

[0039] 图 3是本发明实施例提供的另一种无人机姿态保� �方法的流程图；

[0040] 图 4是本发明实施例提供的一种无人机姿态保持� �置的结构示意图；

[0041] 图 5是本发明实施例提供的另一种无人机姿态保� �装置的结构示意图。

[0042] 具体实施方式

[0043] 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部 的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

[0044] 需要说明的是， 在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述 特定实施例的目 的， 而非旨在限制本发明。 在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的 单数 形式的 "一种"、 "所述 "和"该"也旨在包括多数形式， 除非上下文清楚地表示其他 含义。 还应当理解， 本文中使用的术语"和 /或"是指并包含一个或多个相关联的 列出项目的任何或所有可能组合。

[0045] 请参阅图 1， 图 1是本发明实施例提供的一种无人机姿态保持� �法的流程图， 所 述方法包括以下步骤：

[0046] S101 : 获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位 置数据， 其中， 所述姿态 传感器至少有两个， 所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置。

[0047] 所述姿态传感器为组合式传感器， 由陀螺仪和加速度传感器组成。 其中， 所述 陀螺仪为传感陀螺仪， 输出角速度， 对所述角速度进行积分能得到角度， 由于 所述陀螺仪在零输入状态吋仍有输出， 它的输出是白噪声和慢变随机函数的叠 力口， 受此影响， 在积分的过程中， 会引进累计误差， 积分吋间越长， 误差就越 大。 因此， 需要利用加速度传感器来对陀螺仪进行校正， 所述加速度传感器利 用力的分解原理， 通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾 角， 没有积分 误差， 可以有效校正陀螺仪的误差。

[0048] 所述姿态传感器至少有两个， 且位于所述无人机的不同位置， 所述姿态传感器 的具体位置根据所述无人机的具体情况确定。 在一具体的实施例中， 若无人机 为四轴无人飞行器， 那么可以在所述无人机的四轴以及轴心上分别 安装所述姿 态传感器， 对四轴无人飞行器不同的部位进行姿态监控。 在另一实施例中， 若 无人机为双翼无人飞机， 那么可以在所述无人机两边的侧翼上分别安装 所述姿 态传感器。

[0049] 在本实施方式中， 所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度 、 角速度中的 至少一个， 其中， 所述加速度由所述姿态传感器中的加速度传感 器测量得出， 所述角速度由所述姿态传感器中的陀螺仪测量 得出。 在其他实施方式中， 所述 位置数据还可以包括所述预设位置距离地面的 高度、 和地面控制系统的距离等 与所述预设位置相关的数据。

[0050] S102: 根据所述位置数据计算得出姿态角。

[0051] 在本实施方式中， 综合姿态传感器中的加速度传感器和陀螺仪的 输出， 来计算 得出姿态角， 述姿态角包括俯仰角、 滚转角、 偏航角中的至少一个， 所述俯仰 角、 滚转角、 偏航角分别是所述无人机的预设位置围绕 X、 Υ、 Ζ三个轴分别转 动形成的夹角， 所述俯仰角、 滚转角、 偏航角反映了所述无人机预设位置相对 地面的姿态。

[0052] S103: 根据所述姿态角调整所述无人机预设位置的姿 态。

[0053] 在本实施方式中， 所述无人机在多种情况下都需要保持姿态， 例如， 当所述无 人机进行拍摄作业吋， 需要保持一定的姿态以使拍摄画面稳定； 当所述无人机 在天气状况恶劣的情况下， 在飞行吋需要保持一定的姿态以提高无人机的 抗干 扰能力， 防止无人机损坏或失稳。

[0054] 具体的， 若所述无人机预设位置的俯仰角过大， 则说明所述无人机预设位置相 对于水平面上下的幅度过大， 可以通过减小所述俯仰角来稳定所述预设位置 的 姿态； 若所述无人机预设位置的滚转角过大， 则说明所述无人机预设位置翻转 的角度过大， 可以通过减小所述滚转角来稳定所述预设位置 的姿态； 若所述无 人机预设位置的偏航角过大， 则说明所述无人机预设位置偏离了航线， 可以通 过调整使所述无人机预设位置按照正确的航线 行进。

[0055] 在本实施方式中， 所述无人机上不同的位置有不同的姿态传感器 ， 分别对不同 位置的姿态进行调整， 能够保持无人机每个位置的姿态， 进而保持无人机体的 姿态。

[0056] 为了便于对本发明实施例进行理解， 下面结合具体的应用场景进行说明。

[0057] 无人机在进行拍摄工作吋， 需要进行姿态保持以保证拍摄画面清晰稳定， 但在 拍摄过程中突然遇到向下的大风， 导致无人机机头向下偏离， 导致拍摄画面不 稳定， 而且有可能导致无人机飞行失控而损坏。 假设所述无人机在机头位置安 装有姿态传感器， 那么在所述无人机飞行过程中， 所述姿态传感器能够实吋测 量所述无人机机头的位置数据， 在所述无人机机头发生偏离吋， 能够计算得出 所述无人机机头的俯仰角， 所述无人机能够根据所述俯仰角自行调节机头 的姿 态， 保持飞行姿态。 参阅图 2， 图 2为具体应用场景的示意图。

[0058] 上述可知， 本发明实施例的一种无人机姿态保持方法通过 获取姿态传感器测量 的无人机的预设位置的位置数据， 根据所述位置数据计算得出姿态角， 根据所 述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态， 能够实吋监控无人机各位置的姿态 情况， 并进行各位置的姿态调整， 使无人机姿态保持更精准。

[0059] 请参阅图 3， 图 3是本发明实施例提供的另一种无人机姿态保� �方法的流程图， 所述方法包括以下步骤：

[0060] S301 : 获取姿态传感器测量的无人机的预设位置的位 置数据， 其中， 所述姿态 传感器至少有两个， 所述姿态传感器位于所述无人机的不同位置。

[0061] 所述姿态传感器为组合式传感器， 由陀螺仪和加速度传感器组成。 其中， 所述 陀螺仪为传感陀螺仪， 输出角速度， 对所述角速度进行积分能得到角度， 由于 所述陀螺仪在零输入状态吋仍有输出， 它的输出是白噪声和慢变随机函数的叠 力口， 受此影响， 在积分的过程中， 会引进累计误差， 积分吋间越长， 误差就越 大。 因此， 需要利用加速度传感器来对陀螺仪进行校正， 所述加速度传感器利 用力的分解原理， 通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾 角， 没有积分 误差， 可以有效校正陀螺仪的误差。

[0062] 所述姿态传感器至少有两个， 且位于所述无人机的不同位置， 所述姿态传感器 的具体位置根据所述无人机的具体情况确定。 在一具体的实施例中， 若无人机 为四轴无人飞行器， 那么可以在所述无人机的四轴以及轴心上分别 安装所述姿 态传感器， 对四轴无人飞行器不同的部位进行姿态监控。 在另一实施例中， 若 无人机为双翼无人飞机， 那么可以在所述无人机两边的侧翼上分别安装 所述姿 态传感器。

[0063] 在本实施方式中， 所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度 、 角速度中的 至少一个， 其中， 所述加速度由所述姿态传感器中的加速度传感 器测量得出， 所述角速度由所述姿态传感器中的陀螺仪测量 得出。 在其他实施方式中， 所述 位置数据还可以包括所述预设位置距离地面的 高度、 和地面控制系统的距离等 与所述预设位置相关的数据。

[0064] S302: 获取补偿传感器测量的补偿数据， 其中， 所述补偿传感器位于所述姿态 传感器距离阈值内。

[0065] S303: 根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出 姿态角。

[0066] 在本实施方式中， 所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值 内， 可以是在 所述姿态传感器的测量范围内等距离设置多个 补偿传感器， 所述补偿传感器的 组成和所述姿态传感器相同， 用于测量所述补偿传感器所处位置的位置数据 。 由于无人机飞行吋情况十分复杂， 所述补偿传感器提供的位置数据作为所述姿 态传感器测量出的位置数据的补偿数据， 通过补偿滤波处理， 能够计算得出更 加准确的姿态角。

[0067] 在本实施方式中， 综合所述姿态传感器和所述补偿传感器的输出 ， 来计算得出 姿态角， 述姿态角包括俯仰角、 滚转角、 偏航角中的至少一个， 所述俯仰角、 滚转角、 偏航角分别是所述无人机的预设位置围绕 X、 Υ、 Ζ三个轴分别转动形 成的夹角， 所述俯仰角、 滚转角、 偏航角反映了所述无人机预设位置相对地面 的姿态。

[0068] S304: 接收用户的姿态调整指令。 [0069] 在本实施方式中， 用户可以通过控制终端， 例如无人机遥控器或者地面控制系 统对无人机发出姿态调整指令， 所述用户可以根据所述无人机飞行区域的实际 情况、 例如天气状况、 无人机数量、 地理情况等来对所述无人机发出姿态调整 指令， 以使所述无人机根据飞行区域的实际情况或者 用户需求来调整飞行姿态

[0070] S305: 根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所 述无人机预设位置的姿态

[0071] 在本实施方式中， 所述无人机在多种情况下都需要保持姿态， 例如， 当所述无 人机进行拍摄作业吋， 需要保持一定的姿态以使拍摄画面稳定； 当所述无人机 在天气状况恶劣的情况下， 在飞行吋需要保持一定的姿态以提高无人机的 抗干 扰能力， 防止无人机损坏或失稳。

[0072] 具体的， 若所述无人机预设位置的俯仰角过大， 则说明所述无人机预设位置相 对于水平面上下的幅度过大， 可以通过减小所述俯仰角来稳定所述预设位置 的 姿态； 若所述无人机预设位置的滚转角过大， 则说明所述无人机预设位置翻转 的角度过大， 可以通过减小所述滚转角来稳定所述预设位置 的姿态； 若所述无 人机预设位置的偏航角过大， 则说明所述无人机预设位置偏离了航线， 可以通 过调整使所述无人机预设位置按照正确的航线 行进。

[0073] 在本实施方式中， 所述姿态角表明所述无人机的飞行姿态， 所述无人机上不同 的位置有不同的姿态传感器， 分别对不同位置的姿态进行调整， 能够保持无人 机每个位置的姿态， 进而保持无人机体的姿态， 同吋， 所述无人机根据用户发 送的姿态调整指令来调整姿态能够使所述无人 机适应飞行环境和用户需求， 所 述无人机根据所述姿态角以及所述姿态调整指 令进行调整能够更好地保持所述 无人机预设位置的姿态。

[0074] 上述可知， 本发明实施例的一种无人机姿态保持方法通过 获取姿态传感器测量 的无人机的预设位置的位置数据， 获取补偿传感器测量的补偿数据， 根据所述 位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角， 接收用户的姿态调整指令， 根据 所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无 人机预设位置的姿态， 能够实吋 监控无人机各位置的姿态情况， 并进行各位置的姿态调整， 使无人机姿态保持 更精准。

[0075] 上述详细阐述了本发明实施例的方法， 下面为了便于更好地实施本发明实施例 的上述方案， 相应地， 下面还提供用于配合实施上述方案的装置。

[0076] 参阅图 4， 图 4为本发明实施例提供的一种无人机姿态保持� �置的结构示意图， 所述装置应用于无人机， 所述装置 400包括以下功能模块：

[0077] 第一获取模块 410， 用于获取姿态传感器测量的无人机的预设位置 的位置数据

， 其中， 所述姿态传感器至少有两个， 所述姿态传感器位于所述无人机的不同 位置。

[0078] 所述姿态传感器为组合式传感器， 由陀螺仪和加速度传感器组成。 其中， 所述 陀螺仪为传感陀螺仪， 输出角速度， 对所述角速度进行积分能得到角度， 由于 所述陀螺仪在零输入状态吋仍有输出， 它的输出是白噪声和慢变随机函数的叠 力口， 受此影响， 在积分的过程中， 会引进累计误差， 积分吋间越长， 误差就越 大。 因此， 需要利用加速度传感器来对陀螺仪进行校正， 所述加速度传感器利 用力的分解原理， 通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾 角， 没有积分 误差， 可以有效校正陀螺仪的误差。

[0079] 所述姿态传感器至少有两个， 且位于所述无人机的不同位置， 所述姿态传感器 的具体位置根据所述无人机的具体情况确定。 在一具体的实施例中， 若无人机 为四轴无人飞行器， 那么可以在所述无人机的四轴以及轴心上分别 安装所述姿 态传感器， 对四轴无人飞行器不同的部位进行姿态监控。 在另一实施例中， 若 无人机为双翼无人飞机， 那么可以在所述无人机两边的侧翼上分别安装 所述姿 态传感器。

[0080] 在本实施方式中， 所述位置数据为所述无人机预设位置的加速度 、 角速度中的 至少一个， 其中， 所述加速度由所述姿态传感器中的加速度传感 器测量得出， 所述角速度由所述姿态传感器中的陀螺仪测量 得出。 在其他实施方式中， 所述 位置数据还可以包括所述预设位置距离地面的 高度、 和地面控制系统的距离等 与所述预设位置相关的数据。

[0081] 计算模块 420， 用于根据所述位置数据计算得出姿态角。

[0082] 在本实施方式中， 综合姿态传感器中的加速度传感器和陀螺仪的 输出， 来计算 得出姿态角， 述姿态角包括俯仰角、 滚转角、 偏航角中的至少一个， 所述俯仰 角、 滚转角、 偏航角分别是所述无人机的预设位置围绕 X、 Υ、 Ζ三个轴分别转 动形成的夹角， 所述俯仰角、 滚转角、 偏航角反映了所述无人机预设位置相对 地面的姿态。

[0083] 调整模块 430， 用于根据所述姿态角调整所述无人机预设位置 的姿态。

[0084] 在本实施方式中， 所述无人机在多种情况下都需要保持姿态， 例如， 当所述无 人机进行拍摄作业吋， 需要保持一定的姿态以使拍摄画面稳定； 当所述无人机 在天气状况恶劣的情况下， 在飞行吋需要保持一定的姿态以提高无人机的 抗干 扰能力， 防止无人机损坏或失稳。

[0085] 具体的， 若所述无人机预设位置的俯仰角过大， 则说明所述无人机预设位置相 对于水平面上下的幅度过大， 可以通过减小所述俯仰角来稳定所述预设位置 的 姿态； 若所述无人机预设位置的滚转角过大， 则说明所述无人机预设位置翻转 的角度过大， 可以通过减小所述滚转角来稳定所述预设位置 的姿态； 若所述无 人机预设位置的偏航角过大， 则说明所述无人机预设位置偏离了航线， 可以通 过调整使所述无人机预设位置按照正确的航线 行进。

[0086] 在本实施方式中， 所述无人机上不同的位置有不同的姿态传感器 ， 分别对不同 位置的姿态进行调整， 能够保持无人机每个位置的姿态， 进而保持无人机体的 姿态。

[0087] 本发明实施例的一种无人机姿态保持装置 400能够实现如图 1所示的无人机姿态 保持方法， 具体请参阅图 1以及相关实施例， 此处不再重复赘述。

[0088] 上述可知， 本发明实施例的一种无人机姿态保持装置通过 获取姿态传感器测量 的无人机的预设位置的位置数据， 根据所述位置数据计算得出姿态角， 根据所 述姿态角调整所述无人机预设位置的姿态， 能够实吋监控无人机各位置的姿态 情况， 并进行各位置的姿态调整， 使无人机姿态保持更精准。

[0089] 参阅图 5， 图 5为本发明实施例提供的另一种无人机姿态保� �装置， 所述装置应 用于无人机， 所述装置 500和图 4所示装置 400的不同之处在于， 还包括以下功能 模块：

[0090] 第二获取模块 440， 用于获取补偿传感器测量的补偿数据， 其中， 所述补偿传 感器位于所述姿态传感器距离阈值内；

[0091] 所述计算模块具体用于， 根据所述位置数据以及所述补偿数据计算得出 姿态角

[0092] 在本实施方式中， 所述补偿传感器位于所述姿态传感器距离阈值 内， 可以是在 所述姿态传感器的测量范围内等距离设置多个 补偿传感器， 所述补偿传感器的 组成和所述姿态传感器相同， 用于测量所述补偿传感器所处位置的位置数据 。 由于无人机飞行吋情况十分复杂， 所述补偿传感器提供的位置数据作为所述姿 态传感器测量出的位置数据的补偿数据， 通过补偿滤波处理， 能够计算得出更 加准确的姿态角。

[0093] 在本实施方式中， 综合所述姿态传感器和所述补偿传感器的输出 ， 来计算得出 姿态角， 述姿态角包括俯仰角、 滚转角、 偏航角中的至少一个， 所述俯仰角、 滚转角、 偏航角分别是所述无人机的预设位置围绕 X、 Υ、 Ζ三个轴分别转动形 成的夹角， 所述俯仰角、 滚转角、 偏航角反映了所述无人机预设位置相对地面 的姿态。

[0094] 接收模块 450， 用于接收用户的姿态调整指令；

[0095] 所述调整模块具体用于， 根据所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所 述无人 机预设位置的姿态。

[0096] 在本实施方式中， 用户可以通过控制终端， 例如无人机遥控器或者地面控制系 统对无人机发出姿态调整指令， 所述用户可以根据所述无人机飞行区域的实际 情况、 例如天气状况、 无人机数量、 地理情况等来对所述无人机发出姿态调整 指令， 以使所述无人机根据飞行区域的实际情况或者 用户需求来调整飞行姿态

[0097] 在本实施方式中， 所述姿态角表明所述无人机的飞行姿态， 所述无人机上不同 的位置有不同的姿态传感器， 分别对不同位置的姿态进行调整， 能够保持无人 机每个位置的姿态， 进而保持无人机体的姿态， 同吋， 所述无人机根据用户发 送的姿态调整指令来调整姿态能够使所述无人 机适应飞行环境和用户需求， 所 述无人机根据所述姿态角以及所述姿态调整指 令进行调整能够更好地保持所述 无人机预设位置的姿态。 [0098] 可以理解的是， 本发明实施例的一种无人机姿态保持装置 500能够实现如图 3所 示的无人机姿态保持方法， 具体请参阅图 3以及相关实施例， 此处不再重复赘述

[0099] 上述可知， 本发明实施例的一种无人机姿态保持装置通过 获取姿态传感器测量 的无人机的预设位置的位置数据， 获取补偿传感器测量的补偿数据， 根据所述 位置数据以及所述补偿数据计算得出姿态角， 接收用户的姿态调整指令， 根据 所述姿态角以及所述姿态调整指令调整所述无 人机预设位置的姿态， 能够实吋 监控无人机各位置的姿态情况， 并进行各位置的姿态调整， 使无人机姿态保持 更精准。

[0100] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例 方法中的全部或部分流程， 是可 以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成， 所述的程序可存储于一计算机可 读取存储介质中， 该程序在执行吋， 可包括如上述各方法的实施例的流程。 其 中， 所述的存储介质可为磁碟、 光盘、 只读存储记忆体 （Read-Only

Memory , ROM) 或随机存储记忆体 (Random Access Memory , RAM) 等。

[0101] 以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已 ， 当然不能以此来限定本发明之 权利范围， 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例 的全部或部分流程， 并依本发明权利要求所作的等同变化， 仍属于发明所涵盖的范围。

技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果