专利名称：无人机视景仿真系统及仿真方法
技术领域：
本发明涉及无人机控制技术，特别涉及无人机视景仿真系统及仿真方法。
背景技术：
无人机控制技术属于一种远距离信号控制技术，其主要利用无人机上的摄像头及传感器分别采集无人机当前视景及无人机的飞行状态数据并回传至地面控制站，由无人机控制人员根据上述采集到的数据来控制无人机的飞行。传统的无人机控制存在以下缺陷1.信号延迟由于无人机控制属于远距离控制，有时甚至需要利用到卫星信号， 摄像头采集的视频信号数据量巨大，传输到地面控制站进行显示会有时间延迟，离地面控制站距离越远延迟越大，这样可能造成控制人员的误判断而导致操作失误；2.视频信号不清晰由于传输带宽有限和信号延迟问题，摄像头采集的信号不能太大，因此视频信号包含的信息有限，可能不能清晰的显示出无人机所处的真实环境的情况，这就造成无人机在复杂的天气情况下不能飞行；3.摄像头视域狭小由于摄像头自身视角的限制，导致只有在很小的视角范围内采集视频信号，让控制人员无法感受到是在驾驶真飞机，可能由于控制人员的疏忽大意造成坠机；4.安全性不高如果摄像头出现故障不能采集视频信号或者数据传输链路出现故障都会导致无人机无法控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统技术中无人机控制技术存在的缺陷，提出一种无人机视景仿真系统及仿真方法，实时显示无人机当前视景环境及状态数据，提高无人机控制的安全性和准确性。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是无人机视景仿真系统，包括虚拟现实场景处理模块负责根据无人机当前的坐标信息在全球卫星照片数据库及全球适量地形数据库中查找对应的卫星图片及地形数据，并对查找到的卫星图片及地形数据进行渲染，将渲染后得到的数据送入视景显示模块；真实场景处理模块负责将无人机回传的当前环境的视频信息进行还原，将还原后的数据送入视景显示模块；飞行控制数据处理模块负责将无人机回传的飞行控制数据进行还原，并通过 HUD生成算法生成HUD数据，再将HUD数据送入视景显示模块；视景显示模块负责对经过虚拟现实场景处理模块处理后的数据、经过真实场景处理模块处理后的数据、经过飞行控制数据处理模块处理后的数据合成输出给显示单元进行显不。无人机视景仿真方法，包括以下步骤a.虚拟现实场景处理模块根据无人机当前的坐标信息在全球卫星照片数据库及全球适量地形数据库中查找对应的卫星图片及地形数据，并对查找到的卫星图片及地形数据进行渲染，将渲染后得到的数据送入视景显示模块；b.真实场景处理模块将无人机回传的当前环境的视频信息进行还原，将还原后的数据送入视景显示模块；c.飞行控制数据处理模块将无人机回传的飞行控制数据进行还原，并通过HUD生成算法生成HUD数据，再将HUD数据送入视景显示模块；d.视景显示模块对经过虚拟现实场景处理模块处理后的数据、经过真实场景处理模块处理后的数据及经过飞行控制数据处理模块处理后的数据合成输出给显示单元进行显不。进一步，步骤a具体包括al.无人机的惯性导航系统或GPS系统采集无人机当前世界坐标信息；a2.通过下行链路将无人机当前世界坐标信息传输给无人视景仿真系统；a3.无人视景仿真系统中的虚拟现实场景处理模块将无人机当前世界坐标信息转换为WGS84军用坐标系中的坐标；a4.虚拟现实场景处理模块根据转换后的坐标信息在全球卫星照片数据库和全球矢量地形数据库中查找对应的卫星图片和地形数据；a5.虚拟现实场景处理模块根据具体的视角对查找到的卫星图片和地形数据进行渲染，并将渲染后的数据送入视景显示模块。进一步，步骤b具体包括bl.无人机的摄像头采集当前环境的视频信息并压缩；b2.通过下行链路将压缩后的视频信息传输给无人视景仿真系统；b3.无人视景仿真系统中的真实场景处理模块对视频信息解压后，将视频信息送入视景显示模块。进一步，步骤c具体包括Cl.无人机的机载传感器采集飞行控制数据；c2.无人机的控制计算机对采集到的飞行控制数据进行编码压缩处理；c3.通过下行链路将处理后的飞行控制数据传输给无人视景仿真系统；c4.无人视景仿真系统中的飞行控制数据处理模块对飞行控制数据进行解压缩解码处理；c5.通过HUD生成算法将经过步骤c4处理后的飞行控制数据生成HUD数据，并送入视景显示模块。进一步，所述飞行控制数据包括无人机当前飞行状态数据及飞行姿态数据。本发明的有益效果是通过将无人机当前真实视景环境与虚拟出来的当前视景环境及当前飞行控制数据相结合，实时仿真无人机当前视景，提高无人机控制的安全性和准确性。
图1为本发明中的无人机视景仿真系统结构框图。
具体实施例方式为了使得本发明的技术方案更加清楚、完整，下面结合附图及实施例作进一步描述。传统技术中的无人机控制仅仅利用摄像头采集当前真实视景环境配合传感器采集到的飞行控制数据来实现，由于摄像头本身视角的限制，造成视域狭小，由于信号传输距离原因，造成返回的信息有延迟，由于传输带宽的限制，造成视频信号不清晰，而且一旦摄像头出故障或传输链路出故障，都会造成无人机无法控制；针对上述情况，本发明提出了一种无人机视景仿真系统及仿真方法，不仅利用了无人机摄像头采集的真实视景环境与传感器采集的飞行控制数据，还通过虚拟当前视景环境并将此三者结合，建立一个多感官刺激的地面驾驶环境，虚拟化技术及合成视觉技术的应用，让无人机控制人员在任何气象条件下都能准确的感知飞机在这个三维立体世界中的位置及周边状态，仿佛自己就在天空飞行，我们立足建立这样的情景，让控制人员扮演好自己的“角色”。参见图1，该无人机视景仿真系统由四个部分构成1.虚拟现实场景处理模块负责根据无人机当前的坐标信息在全球卫星照片数据库及全球适量地形数据库中查找对应的卫星图片及地形数据，并对查找到的卫星图片及地形数据进行渲染，将渲染后得到的数据送入视景显示模块；2.真实场景处理模块负责将无人机回传的当前环境的视频信息进行还原，将还原后的数据送入视景显示模块；3.飞行控制数据处理模块负责将无人机回传的飞行控制数据进行还原，并通过 HUD生成算法生成HUD数据，再将HUD数据送入视景显示模块；4.视景显示模块负责对经过虚拟现实场景处理模块处理后的数据、经过真实场景处理模块处理后的数据、经过飞行控制数据处理模块处理后的数据合成输出给显示单元进行显示。本发明中的无人机视景仿真方法正是基于上述四个功能模块来实现的，其具体步骤如下a.虚拟现实场景处理模块的虚拟场景步骤al.无人机的惯性导航系统或GPS系统采集无人机当前世界坐标信息；a2.通过下行链路将无人机当前世界坐标信息传输给无人视景仿真系统；a3.无人视景仿真系统中的虚拟现实场景处理模块将无人机当前世界坐标信息转换为WGS84军用坐标系中的坐标；a4.虚拟现实场景处理模块根据转换后的坐标信息在全球卫星照片数据库和全球矢量地形数据库中查找对应的卫星图片和地形数据；a5.虚拟现实场景处理模块根据具体的视角对查找到的卫星图片和地形数据进行渲染，并将渲染后的数据送入视景显示模块；b.真实场景处理模块对摄像头采集信息的处理步骤bl.无人机的摄像头采集当前环境的视频信息并压缩；b2.通过下行链路将压缩后的视频信息传输给无人视景仿真系统；b3.无人视景仿真系统中的真实场景处理模块对视频信息解压后，将视频信息送
6入视景显示模块；c.飞行控制数据处理模块对飞行控制数据的处理步骤cl.无人机的机载传感器采集飞行控制数据(无人机当前飞行状态数据及飞行姿态数据)；c2.无人机的控制计算机对采集到的飞行控制数据进行编码压缩处理；c3.通过下行链路将处理后的飞行控制数据传输给无人视景仿真系统；c4.无人视景仿真系统中的飞行控制数据处理模块对飞行控制数据进行解压缩解码处理；c5.通过HUD生成算法将经过步骤c4处理后的飞行控制数据生成HUD数据，并送入视景显示模块；d.视景显示模块对上述三路信号的合成显示步骤视景显示模块对经过虚拟现实场景处理模块处理后的数据、经过真实场景处理模块处理后的数据及经过飞行控制数据处理模块处理后的数据合成输出给显示单元进行显
7J\ ο其中具体的合成工作可以由视景显示模块中的硬件叠加器来完成。采用上述方法即可实现对无人机的安全性、精确性控制。
权利要求
1.无人机视景仿真系统，其特征在于，包括虚拟现实场景处理模块负责根据无人机当前的坐标信息在全球卫星照片数据库及全球适量地形数据库中查找对应的卫星图片及地形数据，并对查找到的卫星图片及地形数据进行渲染，将渲染后得到的数据送入视景显示模块；真实场景处理模块负责将无人机回传的当前环境的视频信息进行还原，将还原后的数据送入视景显示模块；飞行控制数据处理模块负责将无人机回传的飞行控制数据进行还原，并通过HUD生成算法生成HUD数据，再将HUD数据送入视景显示模块；视景显示模块负责对经过虚拟现实场景处理模块处理后的数据、经过真实场景处理模块处理后的数据、经过飞行控制数据处理模块处理后的数据合成输出给显示单元进行显示。
2.无人机视景仿真方法，其特征在于，包括以下步骤a.虚拟现实场景处理模块根据无人机当前的坐标信息在全球卫星照片数据库及全球适量地形数据库中查找对应的卫星图片及地形数据，并对查找到的卫星图片及地形数据进行渲染，将渲染后得到的数据送入视景显示模块；b.真实场景处理模块将无人机回传的当前环境的视频信息进行还原，将还原后的数据送入视景显示模块；c.飞行控制数据处理模块将无人机回传的飞行控制数据进行还原，并通过HUD生成算法生成HUD数据，再将HUD数据送入视景显示模块；d.视景显示模块对经过虚拟现实场景处理模块处理后的数据、经过真实场景处理模块处理后的数据及经过飞行控制数据处理模块处理后的数据合成输出给显示单元进行显示。
3.如权利要求2所述的无人机视景仿真方法，其特征在于，步骤a具体包括 al.无人机的惯性导航系统或GPS系统采集无人机当前世界坐标信息；a2.通过下行链路将无人机当前世界坐标信息传输给无人视景仿真系统； a3.无人视景仿真系统中的虚拟现实场景处理模块将无人机当前世界坐标信息转换为 WGS84军用坐标系中的坐标；a4.虚拟现实场景处理模块根据转换后的坐标信息在全球卫星照片数据库和全球矢量地形数据库中查找对应的卫星图片和地形数据；a5.虚拟现实场景处理模块根据具体的视角对查找到的卫星图片和地形数据进行渲染，并将渲染后的数据送入视景显示模块。
4.如权利要求2或3所述的无人机视景仿真方法，其特征在于，步骤b具体包括 bl.无人机的摄像头采集当前环境的视频信息并压缩；b2.通过下行链路将压缩后的视频信息传输给无人视景仿真系统； b3.无人视景仿真系统中的真实场景处理模块对视频信息解压后，将视频信息送入视景显示模块。
5.如权利要求2或3所述的无人机视景仿真方法，其特征在于，步骤c具体包括 cl.无人机的机载传感器采集飞行控制数据；c2.无人机的控制计算机对采集到的飞行控制数据进行编码压缩处理； c3.通过下行链路将处理后的飞行控制数据传输给无人视景仿真系统；c4.无人视景仿真系统中的飞行控制数据处理模块对飞行控制数据进行解压缩解码处理；c5.通过HUD生成算法将经过步骤c4处理后的飞行控制数据生成HUD数据，并送入视景显示模块。
6.如权利要求5所述的无人机视景仿真方法，其特征在于，所述飞行控制数据包括无人机当前飞行状态数据及飞行姿态数据。
全文摘要
本发明涉及无人机控制技术，其针对传统技术中无人机控制技术存在的缺陷，公开了一种无人机视景仿真系统，实时显示无人机当前视景环境及状态数据，提高无人机控制的安全性和准确性。其技术方案的要点可概括为不仅利用了无人机摄像头采集的真实视景环境与传感器采集的飞行控制数据，还通过虚拟当前视景环境并将此三者结合，建立一个多感官刺激的地面驾驶环境，虚拟化技术及合成视觉技术的应用，让无人机控制人员在任何气象条件下都能准确的感知飞机在这个三维立体世界中的位置及周边状态，仿佛自己就在天空飞行，我们立足建立这样的情景，让控制人员扮演好自己的“角色”。本发明还公开了一种无人机视景仿真方法，适用于对无人机的控制。
文档编号G05B17/02GK102339021SQ201110205148
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者罗涛 申请人:成都西麦克虚拟现实电子技术有限公司