一种无人机飞行校验方法及装置

技术领域

本申请涉及无人机飞行校验技术领域，特别是涉及一种无人机飞行校验方法及装置。

背景技术

随着无人机的广泛应用，飞行安全和数据准确性成为关注的焦点。传统无人机校验方法通常包括以下几个步骤：外观检查：检查无人机的外观是否完好，包括机身、机翼、螺旋桨等部件是否有损坏或松动。确保无人机的结构稳定和安全。飞行器稳定性测试：进行简短的试飞，观察无人机在悬停、起飞、盘旋和降落等动作中的稳定性。检查无人机是否能够保持平稳的飞行姿态和操纵响应。控制指令测试：通过遥控器或地面站发送控制指令，检查飞行控制系统能否正确响应和执行指令。包括测试无人机的上升、下降、前进、后退、左转、右转等基本飞行动作。传统的校验方法主要基于地面测试和人工观察，存在效率低、数据不准确等问题。

因此，需要一种高效、准确的无人机飞行校验方法来满足实际需求。。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种无人机飞行校验方法及装置。

第一方面，本申请提供了一种无人机飞行校验方法，所述方法包括：

获取无人机的姿态数据，包括俯仰角、横滚角和偏航角，根据姿态数据和预设姿态数据范围进行比对，判断无人机的姿态是否正常，若遇异常则进行姿态校正和报警；

获取无人机的位置数据，包括经度、纬度和高度，根据位置数据和预设的安全区域进行比对，判断无人机是否在安全区域内，若遇异常则进行位置校正和报警；

检测无人机的关键系统，包括飞行控制系统、通信系统和电池系统，监测系统的工作状态和性能指标，若遇异常则进行系统校正和报警。

优选地，所述根据姿态数据和预设姿态数据范围进行比对，判断无人机的姿态是否正常，包括：使用无人机配备的陀螺仪、加速度计和磁力计传感器测量无人机的姿态数据；

所述无人机姿态数据，包括：俯仰角、横滚角和偏航角；

比对实际测量的姿态数据和预设的姿态数据范围，可以判断无人机的姿态是否正常；

如果姿态超出了预设范围，可能表示无人机存在异常。

优选地，所述预设姿态数据的方法，包括：

手动输入：通过无人机校验装置的控制模块，手动输入预设的姿态数据，设置无人机的期望姿态；和/或姿态记录：使用其他设备或软件记录之前的飞行经验或特定需求来预设姿态数据，并将其导入到无人机校验装置中；和/或预设模板：根据飞行任务或场景进行预设不同飞行需求的姿态模板，选择合适的模板进行使用。

优选地，所述若遇异常则进行姿态校正和报警，包括：

通过飞行控制系统发送相应的控制指令，调整无人机的电机输出和舵面角度，以纠正姿态偏差。

优选地，所述根据位置数据和预设的安全区域进行比对，判断无人机是否在安全区域内，包括：

获取位置数据：获取无人机当前的经纬度坐标或相对位置信息；

预先设定无人机的安全区域范围；

将无人机的位置数据与预设的安全区域进行比对；如果无人机的位置在安全区域内，表示无人机处于安全状态；如果无人机的位置在安全区域外，表示无人机偏离了安全区域；

触发警报：当无人机偏离安全区域时触发警报。

优选地，所述检测无人机的关键系统，包括飞行控制系统、通信系统和电池系统，监测系统的工作状态和性能指标，包括：

飞行控制系统检测：检查飞行控制器的连接和状态：确保飞行控制器与无人机的连接稳定，并检查其状态指示灯或显示屏是否正常；检查传感器数据：通过地面站或移动设备查看飞行控制系统接收到的传感器数据，如陀螺仪、加速度计和磁力计等。确保传感器数据的准确性和稳定性；进行控制指令测试：通过遥控器或地面站发送控制指令，检查飞行控制系统是否能够正确响应和执行指令；

通信系统检测：确认遥控器与无人机的连接：检查遥控器与无人机之间的连接是否正常，并确保信号强度良好；进行信号测试：通过遥控器进行通信测试，包括发送指令和接收无人机返回的状态信息。确保通信系统能够正常传输数据并保持稳定连接；

电池系统检测：检查电池连接和状态：确保电池与无人机的连接牢固，并检查电池的电量和状态指示灯；进行电池容量测试：通过充电器或电池管理系统检测电池的容量和健康状况，确保电池能够提供足够的电力供应。

优选地，所述通过飞行控制系统发送相应的控制指令，调整无人机的电机输出和舵面角度，以纠正姿态偏差，包括：

计算姿态偏差误差；

P ID控制器根据误差的大小和变化率，计算出相应的控制指令；

所述姿态偏差误差＝预设姿态数据-实际姿态数据；

其中，预设姿态数据是用户预先设置的期望姿态，实际姿态数据是由姿态传感器获取到的无人机的实际姿态；

P ID控制器包括三个部分：比例(P)、积分(I)和微分(D)：

比例控制(P)：比例项根据误差的大小来计算控制指令，较大的误差将产生更大的控制指令，以加快姿态调整的速度；

积分控制(I)：积分项根据误差的积累来计算控制指令，用来处理持续的偏差，以消除静态误差；

微分控制(D)：微分项根据误差的变化率来计算控制指令，预测姿态变化的趋势，并减小控制指令的变化率，以提高系统的稳定性。

第二方面本发明还提供一种无人机飞行校验装置，包括：传感器模块、控制模块和显示模块；

传感器模块：用于获取无人机的姿态、位置和环境数据；

控制模块与传感器模块相连，用于接收和处理传感器数据，并生成校验结果，控制模块可以包括处理器、存储器和算法模块；

控制模块：用于获取无人机的姿态数据，包括俯仰角、横滚角和偏航角，根据姿态数据和预设姿态数据范围进行比对，判断无人机的姿态是否正常，若遇异常则进行姿态校正和报警；

获取无人机的位置数据，包括经度、纬度和高度，根据位置数据和预设的安全区域进行比对，判断无人机是否在安全区域内，若遇异常则进行位置校正和报警；

检测无人机的关键系统，包括飞行控制系统、通信系统和电池系统，监测系统的工作状态和性能指标，若遇异常则进行系统校正和报警；

所述显示模块与控制模块相连，用于显示校验结果和相关信息。

第三方面，本发明还提供一种计算机存储介质，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述的方法步骤。

上述无人机飞行校验方法及装置，具备以下有益效果：

高效性：基于传感器数据和飞行控制系统，实时监测无人机的状态和性能，提高校验效率；准确性：通过多个步骤对无人机进行校验，确保飞行数据的准确性；安全性：校验方法涵盖姿态、位置和系统等多个方面，保证飞行安全。

附图说明

图1为一个实施例中一种无人机飞行校验方法的流程示意图；

图2为一个实施例中一种无人机飞行校验方法装置的结构图；

图3为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如本文使用的术语“系统”指的是机械和电气硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器装置，其可以单独或组合提供所描述的功能性。可以包括但不限于专用集成电路(AS IC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)、包含软件或固件指令的存储器、组合逻辑电路和/或其它部件。

如图1所示，本发明实施例提供了一种无人机飞行校验方法，所述方法包括：

S101获取无人机的姿态数据，包括俯仰角、横滚角和偏航角，根据姿态数据和预设姿态数据范围进行比对，判断无人机的姿态是否正常，若遇异常则进行姿态校正和报警；

S102获取无人机的位置数据，包括经度、纬度和高度，根据位置数据和预设的安全区域进行比对，判断无人机是否在安全区域内，若遇异常则进行位置校正和报警；

S103检测无人机的关键系统，包括飞行控制系统、通信系统和电池系统，监测系统的工作状态和性能指标，若遇异常则进行系统校正和报警。

在一个实施例中，所述根据姿态数据和预设姿态数据范围进行比对，判断无人机的姿态是否正常，包括：使用无人机配备的陀螺仪、加速度计和磁力计传感器测量无人机的姿态数据；

所述无人机姿态数据，包括：俯仰角、横滚角和偏航角；

比对实际测量的姿态数据和预设的姿态数据范围，可以判断无人机的姿态是否正常；

如果姿态超出了预设范围，可能表示无人机存在异常。

优选地，所述预设姿态数据的方法，包括：

手动输入：通过无人机校验装置的控制模块，手动输入预设的姿态数据，设置无人机的期望姿态；和/或姿态记录：使用其他设备或软件记录之前的飞行经验或特定需求来预设姿态数据，并将其导入到无人机校验装置中；和/或预设模板：根据飞行任务或场景进行预设不同飞行需求的姿态模板，选择合适的模板进行使用。

所述预设姿态模板，可以包括：悬停模板：该模板适用于需要无人机在空中悬停的情况。预设的姿态数据将使无人机保持平稳的悬停状态，即俯仰角和横滚角为零，偏航角可以根据需要进行调整。

前进模板：该模板适用于需要无人机向前飞行的情况。预设的姿态数据将使无人机保持一定的俯仰角和横滚角，以实现向前的飞行姿态，偏航角可以根据需要进行调整。

直升模板：该模板适用于需要无人机进行垂直上升或下降的情况。预设的姿态数据将使无人机保持垂直方向上的姿态，即俯仰角和横滚角为零，偏航角可以根据需要进行调整。

转弯模板：该模板适用于需要无人机进行转弯飞行的情况。预设的姿态数据将使无人机实现平稳的转弯运动，俯仰角、横滚角和偏航角都会根据转弯的方向和角度进行调整。

紧急避障模板：该模板适用于需要无人机在遇到障碍物时进行紧急避障的情况。预设的姿态数据将使无人机快速调整姿态，以避开障碍物并保持安全距离。

在一个实施例中，所述若遇异常则进行姿态校正和报警，包括：

通过飞行控制系统发送相应的控制指令，调整无人机的电机输出和舵面角度，以纠正姿态偏差。

在一个实施例中，所述根据位置数据和预设的安全区域进行比对，判断无人机是否在安全区域内，包括：

获取位置数据：获取无人机当前的经纬度坐标或相对位置信息；

无人机配备了全球定位系统(GPS)或其他定位传感器，可以获取无人机当前的经纬度坐标或相对位置信息，确保获取到准确的位置数据；

预先设定无人机的安全区域范围；所述安全区域可以是：一个圆形区域、矩形区域或多边形区域，根据实际情况灵活设定；

将无人机的位置数据与预设的安全区域进行比对；如果无人机的位置在安全区域内，表示无人机处于安全状态；如果无人机的位置在安全区域外，表示无人机偏离了安全区域；

触发警报：当无人机偏离安全区域时触发警报。

在一个实施例中，所述检测无人机的关键系统，包括飞行控制系统、通信系统和电池系统，监测系统的工作状态和性能指标，包括：

飞行控制系统检测：检查飞行控制器的连接和状态：确保飞行控制器与无人机的连接稳定，并检查其状态指示灯或显示屏是否正常；检查传感器数据：通过地面站或移动设备查看飞行控制系统接收到的传感器数据，如陀螺仪、加速度计和磁力计等。确保传感器数据的准确性和稳定性；进行控制指令测试：通过遥控器或地面站发送控制指令，检查飞行控制系统是否能够正确响应和执行指令；

通信系统检测：确认遥控器与无人机的连接：检查遥控器与无人机之间的连接是否正常，并确保信号强度良好；进行信号测试：通过遥控器进行通信测试，包括发送指令和接收无人机返回的状态信息。确保通信系统能够正常传输数据并保持稳定连接；

电池系统检测：检查电池连接和状态：确保电池与无人机的连接牢固，并检查电池的电量和状态指示灯；进行电池容量测试：通过充电器或电池管理系统检测电池的容量和健康状况，确保电池能够提供足够的电力供应。

在一个实施例中，所述通过飞行控制系统发送相应的控制指令，调整无人机的电机输出和舵面角度，以纠正姿态偏差，包括：

计算姿态偏差误差；

P ID控制器根据误差的大小和变化率，计算出相应的控制指令；

所述姿态偏差误差＝预设姿态数据-实际姿态数据；

其中，预设姿态数据是用户预先设置的期望姿态，实际姿态数据是由姿态传感器获取到的无人机的实际姿态；

P ID控制器包括三个部分：比例(P)、积分(I)和微分(D)：

比例控制(P)：比例项根据误差的大小来计算控制指令，较大的误差将产生更大的控制指令，以加快姿态调整的速度；

比例项计算的控制指令与误差成正比。当误差较大时，比例项将产生较大的控制指令，以加快系统的响应速度。当误差较小时，比例项将产生较小的控制指令，以减小系统的过冲和震荡。

比例项的计算公式如下：

P＝Kp*error

其中，P表示比例项的值，Kp表示比例增益，error表示姿态偏差的误差。

比例增益(Kp)是一个可调参数，用来调节比例项对误差的敏感程度。较大的比例增益将导致更大的控制指令响应，但可能会引起系统的不稳定性和振荡。较小的比例增益则会导致较小的控制指令响应，可能会导致系统的响应速度较慢。

通过调节比例增益(Kp)的值，可以根据实际需求和系统特性来优化比例控制的效果。通常，比例增益的选择需要经验和实际测试来确定，以实现良好的控制性能和稳定性。

总结起来，比例控制(P)根据误差的大小来计算控制指令，通过调节比例增益(Kp)来控制控制指令的幅度，以实现对无人机姿态的精确调整和稳定控制。

积分控制(I)：积分项根据误差的积累来计算控制指令，用来处理持续的偏差，以消除静态误差；

积分项的作用是处理持续的偏差，以消除静态误差。当存在持续的偏差时，比例项和微分项可能无法完全消除该偏差，这时积分项就发挥作用。积分项将累积误差，并根据累积误差的大小来调整控制指令。

积分项的计算公式如下：

I＝Ki*∫error dt

其中，I表示积分项的值，Ki表示积分增益，error表示姿态偏差的误差，∫表示积分操作，dt表示时间间隔。

积分增益(Ki)是一个可调参数，用来调节积分项对误差的敏感程度。较大的积分增益将导致积分项对误差的积累更敏感，可以更快地消除持续的偏差，但可能会导致系统的过冲和震荡。较小的积分增益则会减小积分项对误差的影响，可能会导致较慢的响应速度。

通过调节积分增益(Ki)的值，可以根据实际需求和系统特性来优化积分控制的效果。通常，积分增益的选择需要经验和实际测试来确定，以实现良好的控制性能和稳定性。

总结起来，积分控制(I)根据误差的积累来计算控制指令，通过调节积分增益(Ki)来控制控制指令的幅度，以消除持续的偏差，实现对无人机姿态的精确调整和稳定控制。

微分控制(D)：微分项根据误差的变化率来计算控制指令，预测姿态变化的趋势，并减小控制指令的变化率，以提高系统的稳定性。

微分项的作用是预测姿态变化的趋势，并减小控制指令的变化率，以提高系统的稳定性。微分项可以抑制姿态变化的速度，减小系统的震荡和振荡。

微分项的计算公式如下：

D＝Kd*d(error)/dt

其中，D表示微分项的值，Kd表示微分增益，error表示姿态偏差的误差，d(error)/dt表示误差的变化率，dt表示时间间隔。

微分增益(Kd)是一个可调参数，用来调节微分项对误差变化率的敏感程度。较大的微分增益将使微分项对误差变化率更敏感，可以更快地响应姿态变化，但可能会引起系统的过冲和震荡。较小的微分增益则会减小微分项对误差变化率的影响，可能会导致系统的响应速度较慢。

通过调节微分增益(Kd)的值，可以根据实际需求和系统特性来优化微分控制的效果。通常，微分增益的选择需要经验和实际测试来确定，以实现良好的控制性能和稳定性。

总结起来，微分控制(D)根据误差的变化率来计算控制指令，通过调节微分增益(Kd)来控制控制指令的变化率，以提高系统的稳定性，减小姿态变化的速度和振荡。微分控制在控制系统中起到了预测和抑制快速变化的作用，从而实现对无人机姿态的精确调整和稳定控制。

第二方面本发明实施例还提供一种无人机飞行校验装置，包括：传感器模块201、控制模块202和显示模块203；

传感器模块201：用于获取无人机的姿态、位置和环境数据；

控制模块202与传感器模块201相连，用于接收和处理传感器数据，并生成校验结果，控制模块可以包括处理器、存储器和算法模块；

控制模块202：用于获取无人机的姿态数据，包括俯仰角、横滚角和偏航角，根据姿态数据和预设姿态数据范围进行比对，判断无人机的姿态是否正常，若遇异常则进行姿态校正和报警；

获取无人机的位置数据，包括经度、纬度和高度，根据位置数据和预设的安全区域进行比对，判断无人机是否在安全区域内，若遇异常则进行位置校正和报警；

检测无人机的关键系统，包括飞行控制系统、通信系统和电池系统，监测系统的工作状态和性能指标，若遇异常则进行系统校正和报警；

所述显示模块203与控制模块202相连，用于显示校验结果和相关信息。

第三方面，本发明还提供一种计算机存储介质，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述的方法步骤。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

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，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。