无人机跟踪方法、系统及无人机的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种无人机跟踪方法、系统及无人机，涉及无人机控制领域，所述无人机跟踪方法包括：根据操作者位置信息和无人机位置信息确定操作者与所述无人机之间的相对位置，根据所述无人机与所述操作者之间的相对位置，调整所述无人机的飞行状态，使无人机与操作者之间的相对位置保持为预设值。本发明的无人机跟踪方法、系统及无人机，能够实现无人机的跟踪控制，减小了无人机控制操作的复杂度，同时减小了操作失误。
【专利说明】
无人机跟踪方法、系统及无人机
技术领域
[0001] 本发明涉及无人机控制领域，特别是涉及一种无人机跟踪方法、系统及无人机。
【背景技术】
[0002] 无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用 的飞行器。能够利用无线遥控设备和自身的控制装置进行控制的不载人飞行器，例如无人 直升机、无人固定翼机、无人伞翼机等等。该无人机可以用于挂载拍摄装置，用于航拍、测 绘、侦查等等。
[0003] 无人机飞行过程分为起飞、高空飞行和降落三个部分，在起飞和降落阶段无人机 的速度变化大、姿态调整频繁、降落场地也比较复杂，对无人机的控制系统要求很高。
[0004] 现有无人机遥控器的控制操作复杂，需要操作者花费大量时间学习，练习。操作者 积累足够的经验，通过估算无人机与自身的位置才能完成无人机起飞，定点，返航，降落，转 圈，自传，调整相机俯仰角度，自动跟随等操作。由于操作过程中，无人机与操作者的位置是 通过操作者根据经验估算而得到的，在操作不熟练的情况下，会出现很多的操控失误，导致 无人机坠机和损坏，产生不必要的维修、调试时间和费用。
【发明内容】
[0005] 本发明正是基于以上一个或多个问题，提供一种无人机跟踪方法、系统及无人机， 用以解决现有技术中存在的无人机控制操作复杂、操作失误多的问题。
[0006] 本发明提供一种无人机跟踪方法，其中，包括：根据操作者位置信息和无人机位置 信息确定操作者与所述无人机之间的相对位置；根据所述无人机与所述操作者之间的相对 位置，调整所述无人机的飞行状态，使无人机与操作者之间的相对位置保持为预设值。
[0007] 进一步地，所述相对位置包括操作者与无人机之间的航向距离，航向角度和/或 操作者与无人机之间的高度差；
[0008] 所述航向距离为：
[0009]
[0010]
[0011]
[0012] 所述尚度差为：h = I Z1-Z01 ;
[0013] 其中，（X。，y。，z。）为操作者的位置信息，（X1, yp Z1)为无人机的位置信息；
[0014] 所述X。，y。，X1, Y1通过定位传感器获得，所述z。，21通过气压传感器获得。
[0015] 进一步地，根据所述无人机与所述操作者之间的相对位置，调整所述无人机的飞 行状态，使无人机与操作者之间的相对位置保持为预设值，包括：
[0016] 当操作者和无人机之间的高度差为固定值时，控制无人机的飞行速度使得无人机 与操作者之间的航向距离保持不变；
[0017] 当操作者和无人机之间的高度差逐渐减小并小于第一预设高度差时，控制无人机 的飞行高度差提升所述第一预设高度差；
[0018] 当操作者和无人机之间的高度差逐渐增大并大于第二预设高度差时，控制无人机 的飞行高度差降低所述第二预设高度差。
[0019] 进一步地，当所述操作者移动速度超过预设范围时，所述无人机依据获取到的所 述操作者实时移动速度数据，调整所述无人机速度，以使所述无人机与所述操作者之间的 距离在预定距离范围内。
[0020] 本发明还提供一种无人机跟踪系统，其中，包括：遥控器和安装在无人机上的飞行 控制器；所述飞行控制器包括：控制器，用于根据所述遥控器发出的操作者位置信息和无 人机位置信息确定操作者与所述无人机之间的相对位置；根据所述无人机与所述操作者之 间的相对位置，调整所述无人机的飞行状态，使无人机与操作者之间的相对位置保持为预 设值。
[0021] 进一步地，所述相对位置包括操作者与无人机之间的航向距离，航向角度和/或 操作者与无人机之间的高度差；
[0022] 所述航向距离为：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] "丨一一丄…Ii
[0027] 其中，（X。，y。，z。）为操作者的位置信息，（X1, Y1，Z1)为无人机的位置信息。
[0028] 进一步地，所述遥控器包括：
[0029] 第一定位传感器，用于确定操作者位置信息；
[0030] 第一气压传感器，用于确定操作者所在高度差气压信息；
[0031] 第一数据传输模块，用于将所述操作者位置信息和所述气压信息传输给所述飞行 控制器；
[0032] 所述飞行控制器还包括：
[0033] 第二定位传感器，用于确定无人机位置信息；
[0034] 第二气压传感器，用于确定无人机所在高度差气压信息；
[0035] 第二数据传输模块，用于接收所述操作者位置信息和所述气压信息。
[0036] 进一步地，所述控制器包括：
[0037] 水平移动控制器，当操作者和无人机之间的高度差为固定值时，控制无人机的飞 行速度使得无人机与操作者之间的航向距离保持不变。
[0038] 进一步地，所述控制器包括：
[0039] 上坡运动控制器，当操作者和无人机之间的高度差逐渐减小并小于第一预设高度 差时，控制无人机的飞行高度差提升所述第一预设高度差；
[0040] 下坡运动控制器，当操作者和无人机之间的高度差逐渐增大并大于第二预设高度 差时，控制无人机的飞行高度差以降低所述第二预设高度差。
[0041] 进一步地，所述控制器还包括：判断模块，用于判断所述操作者移动速度是否超过 预设范围，若是，则所述无人机依据获取到的所述操作者实时移动速度数据，调整所述无人 机速度，以使所述无人机与所述操作者之间的距离在预定距离范围内。
[0042] 进一步地，所述遥控器为智能手表（外置GPS模块）或智能手机或智能指环（外 置GPS模块）。
[0043] 本发明还提供一种无人机，其中，所述无人机包括如前所述的无人机跟踪系统。
[0044] 本发明提供的无人机跟踪方法、系统及无人机，通过无人机与操作者之间的相对 位置，实时调整无人机的飞行状态，从而实现无人机的跟踪控制。相较于现有技术减小了无 人机控制操作的复杂度、同时减小了操作失误。
【附图说明】
[0045] 图1是本发明实施例一的无人机跟踪方法的流程图；
[0046] 图2是本发明实施例二的无人机跟踪系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本发 明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
[0048] 实施例一
[0049] 本发明实施例一提供一种无人机跟踪方法，如图1所示，该方法包括：
[0050] 101、根据操作者位置信息和无人机位置信息确定操作者与所述无人机之间的相 对位置；
[0051] 其中，操作者的位置信息为（x〇，y()，z。)，无人机的位置信息为（XpypZ1)。所述X。， y。，Xi，yi具体可通过定位传感器获得，所述Z。，Z 1具体可通过气压传感器计算获得。
[0052] 所述相对位置包括操作者与无人机之间的航向距离，航向角度和/或操作者与无 人机之间的高度差；其中，根据航向距离，可以调整无人机与操作者之间的水平距离，实现 无人机与操作者之间的水平移动。根据航向角度，可以调整无人机的机头朝向，实际上是在 控制无人机内相机的拍摄方向。这样当遥控器的运动轨迹发生变化时，无人机可以相应的 调整机头的朝向，使相机可以一直锁定操作者。根据高度差，可以调整无人机与操作者之间 的高度，实现无人机的上坡运动和下坡运动。
[0053] 则根据操作者的位置信息和无人机的位置信息可确定：
[0054] 航向距离为：
[0055]
[0056] 航向角度为：
[0057]
[0058] 尚度差为：h = I ZfZ01。
[0059] 102、根据所述无人机与所述操作者之间的相对位置，调整所述无人机的飞行状 态，使无人机与操作者之间的相对位置保持为预设值。这个预设值可以是恒定值，也可以是 依据
[0060] 本步骤中，通过无人机与操作者之间的相对位置，实时调整无人机的飞行状态，从 而实现无人机的跟踪控制，具体的：
[0061] 当操作者和无人机之间的高度差为固定值时，则控制无人机的飞行速度使得无人 机与操作者之间的航向距离保持不变。其中，无人机的飞行速度可根据无人机的位置信息 计算得到。通过这种方式，无人机可以很精确的保持与操作者之间的航向距离和高度差，从 而确保无人机中的相机能够拍摄到操作者。
[0062] 当操作者和无人机之间的高度差逐渐减小并小于第一预设高度差时，则控制无人 机的飞行高度差提升所述第一预设高度差。通过这种方式，在上坡运动过程中无人机可以 调整自己的高度，与操作者保持一个相对高度，避免发生碰撞。
[0063] 优选的，第一预设高度差为0· 5米。
[0064] 当操作者和无人机之间的高度差逐渐增大并大于第二预设高度差时，则控制无人 机的飞行高度差降低所述第二预设高度差。通过这种方式，在上坡运动过程中无人机可以 调整自己的高度，与操作者保持一个相对高度，避免发生碰撞。
[0065] 优选的，第二预设高度差为0· 5米。
[0066] 本发明实施例提供的无人机跟踪方法，通过无人机与操作者之间的相对位置，实 时调整无人机的飞行状态，从而实现无人机的跟踪控制。相较于现有技术减小了无人机控 制操作的复杂度、同时减小了操作失误。
[0067] 需要说明的是，本实施例中，可以操作者不仅仅是一个真实的人，其还可以是其他 的无人机，也可以是地面上的汽车等。
[0068] 在一个具体的实施例中，当所述操作者移动速度超过预设范围时，所述无人机依 据获取到的所述操作者实时移动速度数据，调整所述无人机速度，以使所述无人机与所述 操作者之间的距离在预定距离范围内。这里的预设范围可以依据实际需要事先设定，这里 的预定距离范围是也是依据实际情况来设定，只要保证无人机较好地跟随操作者，不会跟 丢，和/或保证无人机拍摄时可拍摄到较清楚的画面。该遥控器以智能手表为例，智能手表 适时更新运动数据，无人机以智能手表更新的数据为参考，调整自身飞行速度。具体来说， 由于目前的GPS的更新频率只有5HZ，频率较低，当智能手表端的速度快速变化时，也就是 操作者快速移动时，无人机的反应速度不够迅速，存在延迟现象，总会落后1-2秒的时间才 能跟上，所以通过智能手表端依据GPS的坐标位置，再定时计算智能手表的运动速度并用 这个运动速度对无人机的跟随速度进行实时调整，使无人机可以根据智能手表的移动速度 调整自己的飞行速度，从而在跟随上达到最佳的效果。
[0069] 实时调整无人机速度的具体方法如下：
[0070] 智能手表端将GPS的坐标信息（Xn，Yn)存入缓冲存储单元，较佳地，该缓冲存储 单元采用16字节，这样数据存储空间利用较好。然后进行平滑滤波，平滑滤波可以采用 常见的算法，如高斯平滑滤波算法等。之后计算出亮点之间的距离S = V ((Xn-Xnl)2+(Yn-Yn J2)，然后利用S除以采样时间T求出当前智能手表的运动速度V，也即V = S/T。然后将 当前智能手表的运动速度V通过无线通讯模块传给无人机，使无人机依据智能手表端的运 动速度来调整自身飞行速度，以得到较佳的跟踪效果，当无人机用于航拍时，可以拍摄出更 符合要求的照片。
[0071] 本发明进一步考虑了穿戴有智能手表的操作者在某些时候快速移动时，无人机不 能及时处理数据并实时调整的问题，并采用上述技术方案得到很好地解决，让操作者运动 自如，提升了用户体验。
[0072] 本发明提供的无人机跟踪方法可以应用在需要做路径规划和集中管理系统中的 目标的定位和跟踪。如多架无人机进行编队飞行，协同完成一个任务时，无人机的编队队形 的控制，间距控制，等都可以采用本发明的技术方案。其中，每架无人机都是同时具备跟踪 和被跟踪的功能，无人机都处在同一个无线网络彼此之间可以通讯交换数据。这样中控平 台就可以将每一台设备的坐标实时读取，然后通过选定一个编队算法，将每架飞机的位置 信息发给需要跟随的编队成员，这样每架无人机都可以保持编队算法中的规定的距离和相 对高度，再遇到一些突发情况时，可以自动处理。
[0073] 实施例二
[0074] 对应于实施例一中的无人机跟踪系统，本发明实施例二提供一种无人机跟踪系 统，如图2所示，该系统包括：遥控器1和安装在无人机上的飞行控制器2。所述飞行控制 器包括：
[0075] 控制器，用于根据所述遥控器发出的操作者位置信息和无人机位置信息确定操作 者与所述无人机之间的相对位置；根据所述无人机与所述操作者之间的相对位置，调整所 述无人机的飞行状态，使无人机与操作者之间的相对位置保持为预设值。
[0076] 其中，遥控器1可以是智能手表，也可以是智能手机或者智能指环等智能设备，其 中，智能手表以及智能指环需要外置GPS定位模块，这样方便及时定位，而智能手机可以直 接使用自身内置的GPS定位模块。遥控器1包括：
[0077] 第一定位传感器，用于确定操作者位置信息；
[0078] 第一气压传感器，用于确定操作者所在高度差气压信息；
[0079] 第一数据传输模块，用于将所述操作者位置信息和所述气压信息传输给所述飞行 控制器。
[0080] 飞行控制器2,包括：
[0081] 第二定位传感器，用于确定无人机位置信息；
[0082] 第二气压传感器，用于确定无人机所在高度差气压信息；
[0083] 第二数据传输模块，用于接收所述操作者位置信息和所述气压信息。
[0084] 其中，所述相对位置包括操作者与无人机之间的航向距离，航向角度和/或操作 者与无人机之间的高度差；
[0085] 所述航向距离为：
[0086]
[0087]
[0088]
[0089] 所述尚度差为：h = I Z1-Z01 ;
[0090] 其中，（x0, y0, z0)为操作者的位置信息，（xl，yl，zl)为无人机的位置信息。
[0091] 所述控制器具体包括：
[0092] 水平移动控制器，当操作者和无人机之间的高度差为固定值时，控制无人机的飞 行速度使得无人机与操作者之间的航向距离保持不变。
[0093] 上坡运动控制器，当操作者和无人机之间的高度差逐渐减小并小于第一预设高度 差时，控制无人机的飞行高度差提升所述第一预设高度差。
[0094] 下坡运动控制器，当操作者和无人机之间的高度差逐渐增大并大于第二预设高度 差时，控制无人机的飞行高度差以降低所述第二预设高度差。
[0095] 在一个具体的实施例中，所述控制器还包括：判断模块，用于判断所述操作者移动 速度是否超过预设范围，若是，则所述无人机依据获取到的所述操作者实时移动速度数据， 调整所述无人机速度，以使所述无人机与所述操作者之间的距离在预定距离范围内。
[0096] 进一步地，所述遥控器为智能手表或智能手机或智能指环。
[0097] 需要说明的是，在外部气压变化时，无人机所在高度气压传感器和操作者所在高 度气压传感器上的气压值将会发生相同的变化，本发明中通过采用高度差的算法可以将这 个外部干扰直接去除掉。提高高度差的计算精度。
[0098] 本发明还提供一种无人机，包括上述任一一项无人机跟踪系统。
[0099] 需要说明的是，本发明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点 说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0100] 本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、系统或 计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软 件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算 机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器 等）上实施的计算机程序产品的形式。
[0101] 尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基 本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为 包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0102] 以上对本发明所提供的一种无人机跟踪方法和系统，进行了详细介绍，本文中应 用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理 解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在 【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本发明的实施 方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结 构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专 利保护范围内。不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种无人机跟踪方法，其特征在于，包括： 根据操作者位置信息和无人机位置信息确定所述操作者与所述无人机之间的相对位 置； 根据所述无人机与所述操作者之间的相对位置，调整所述无人机的飞行状态，使所述 无人机与操作者之间的相对位置保持为预设值。2. 根据权利要求1所述的无人机跟踪方法，其特征在于： 所述相对位置包括操作者与无人机之间的航向距离，航向角度和/或操作者与无人机 之间的高度差； 所述航向距离为：所述局度差为：h = |zi-Z(j| ; 其中，（X。，y。，Z。）为所述操作者的位置信息，（Xi，yi，Zi)为所述无人机的位置信息； 所述X。，y。，Xi，yi通过定位传感器获得，所述Z。，Zi通过气压传感器获得。3. 根据权利要求2所述的无人机跟踪方法，其特征在于： 根据所述无人机与所述操作者之间的相对位置，调整所述无人机的飞行状态，使无人 机与操作者之间的相对位置保持为预设值，包括： 当所述操作者和无人机之间的高度差为固定值时，控制无人机的飞行速度使得无人机 与操作者之间的航向距离保持不变； 当所述操作者和无人机之间的高度差逐渐减小并小于第一预设高度差时，控制无人机 的飞行高度差提升所述第一预设高度差； 当所述操作者和无人机之间的高度差逐渐增大并大于第二预设高度差时，控制无人机 的飞行高度差降低所述第二预设高度差。4. 根据权利要求1至3任一项所述的无人机跟踪方法，其特征在于：当所述操作者移 动速度超过预设范围时，所述无人机依据获取到的所述操作者实时移动速度数据，调整所 述无人机速度，W使所述无人机与所述操作者之间的距离在预定距离范围内。5. -种无人机跟踪系统，其特征在于，包括：遥控器和安装在无人机上的飞行控制器； 所述飞行控制器包括： 控制器，用于根据所述遥控器发出的操作者位置信息和无人机位置信息确定操作者与 所述无人机之间的相对位置；根据所述无人机与所述操作者之间的相对位置，调整所述无 人机的飞行状态，使无人机与操作者之间的相对位置保持为预设值。6. 根据权利要求5所述的无人机跟踪系统，其特征在于： 所述相对位置包括操作者与无人机之间的航向距离，航向角度和/或操作者与无人机 之间的高度差； 所述航向距离为：所述局度差为：h = |zi-Z(j| ; 其中，（X。，y。，Z。）为操作者的位置信息，（Xi，yi，Zi)为无人机的位置信息。7. 根据权利要求6所述的无人机跟踪系统，其特征在于： 所述遥控器包括： 第一定位传感器，用于确定操作者位置信息； 第一气压传感器，用于确定操作者所在高度差气压信息； 第一数据传输模块，用于将所述操作者位置信息和所述气压信息传输给所述飞行控制 器； 所述飞行控制器还包括： 第二定位传感器，用于确定无人机位置信息； 第二气压传感器，用于确定无人机所在高度差气压信息； 第二数据传输模块，用于接收所述操作者位置信息和所述气压信息。8. 根据权利要求6所述的无人机跟踪系统，其特征在于：所述 控制器包括： 水平移动控制器，当操作者和无人机之间的高度差为固定值时，控制无人机的飞行速 度使得无人机与操作者之间的航向距离保持不变。9. 根据权利要求6所述的无人机跟踪系统，其特征在于：所述控制器包括： 上坡运动控制器，当所述操作者和无人机之间的高度差逐渐减小并小于第一预设高度 差时，控制所述无人机的飞行高度差提升所述第一预设高度差； 下坡运动控制器，当所述操作者和无人机之间的高度差逐渐增大并大于第二预设高度 差时，控制无人机的飞行高度差W降低所述第二预设高度差。10. 根据权利要求6至9任一项所述的无人机跟踪系统，其特征在于：所述控制器还包 括：判断模块，用于判断所述操作者移动速度是否超过预设范围，若是，则所述无人机依据 获取到的所述操作者实时移动速度数据，调整所述无人机速度，W使所述无人机与所述操 作者之间的距离在预定距离范围内。11. 根据权利要求10所述的无人机跟踪系统，其特征在于：所述遥控器为智能手表或 智能手机或智能指环。12. -种无人机，其特征在于：包括如权利要求5至11中任一项所述的无人机跟踪系 统。
【文档编号】G05D1/10GK105843246SQ201510893861
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年11月27日
【发明人】王峰, 张庆峰, 李宾
【申请人】深圳市星图智控科技有限公司