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      一種飛行器三維導(dǎo)航方法及其裝置的制造方法

      文檔序號:9487810閱讀:506來源:國知局
      一種飛行器三維導(dǎo)航方法及其裝置的制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及飛行器導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種飛行器三維導(dǎo)航方法及其裝置。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,由于人類不斷地"擺脫"地心引力,天空不再是少數(shù)人的探 索領(lǐng)域,慢慢會成為日常的人們生活的領(lǐng)域的一部分。就像現(xiàn)在的在地面上行駛的車輛,由 于地面空間有限和人口的膨脹,地方將不再夠用,以后的汽車將會在天空中翱翔。就現(xiàn)在而 言,飛行器(FlightVehicle)逐漸出現(xiàn)在人們的視野,各種各樣的飛行器用途也越來越廣。 在軍事方面,飛行器能完成組隊搬運、目標(biāo)跟蹤、載人航天等任務(wù);在民用方面,飛行器也能 夠運送快遞,進(jìn)行高空航拍、三維地形掃描等任務(wù)。現(xiàn)在,大部分飛行器還是需要人為控制, 例如需要控制者使用遙控器或者終端去控制飛行。如何讓控制者按照給定路線去控制飛行 器飛行成為了問題。
      [0003] 給飛行器添加三維導(dǎo)航儀可以很好地解決飛行器跟隨三維路徑和指示路徑的問 題。目前,大部分的三維導(dǎo)航技術(shù)均是對周圍的場景進(jìn)行三維化,讓人感覺導(dǎo)航的世界與現(xiàn) 實世界相仿,從而提高導(dǎo)航的效果。這樣確實能夠使人更加容易地跟隨導(dǎo)航路徑的行走,但 是,這并不是使用路徑的三維導(dǎo)航。在路徑的實時顯示、數(shù)據(jù)存儲和提醒方面,現(xiàn)在的導(dǎo)航 儀還是使用二維的路徑,導(dǎo)航儀沒有就對路徑的三維數(shù)據(jù)或者變化作出有效的顯示或者提 示。這樣,在以后的三維導(dǎo)航發(fā)展當(dāng)中具有很大的局限性。例如:當(dāng)前飛行器在不同高度飛 行時,導(dǎo)航儀的路徑還是指示這左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn),沒有考慮飛行器的高度進(jìn)行上下高低的導(dǎo)航,那 么,顯然,導(dǎo)航儀指示是不足夠的。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種飛行器三維導(dǎo)航方法 及其裝置,能夠更好地得到全面的三維路徑信息,讓飛行器的控制人員更加容易、更加方便 地控制飛行器。
      [0005] 為了解決上述問題,本發(fā)明提出了一種飛行器三維導(dǎo)航方法,所述方法包括:
      [0006] 獲取路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù);
      [0007] 獲取飛行器實時的位置信息和姿態(tài)信息;
      [0008] 根據(jù)飛行器實時的位置信息和姿態(tài)信息提供三維導(dǎo)航。
      [0009] 優(yōu)選地,在所述獲取路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)的步驟之前,還包括:
      [0010] 計算路徑的位矢、切矢、曲率、燒率數(shù)據(jù)。
      [0011] 優(yōu)選地,所述計算路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)的步驟包括:
      [0012] 根據(jù)起始點位置、目標(biāo)點位置、障礙物狀況,生成目標(biāo)路徑;
      [0013] 根據(jù)目標(biāo)路徑的特性將目標(biāo)路徑分成若干個段路徑;
      [0014] 計算各段路徑的切矢、曲率、撓率的參數(shù)方程;
      [0015] 確定各段參數(shù)的分辨率,得到各個路徑點的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)。
      [0016] 優(yōu)選地,所述獲取路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)的步驟,包括:
      [0017] 通過無線或者有線方式從地面站得到各個路徑點的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)。
      [0018] 優(yōu)選地,所述姿態(tài)信息通過加速度計和電子羅盤的信息融合獲得;所述位置信息 包括經(jīng)煒度信息和高度信息。
      [0019] 相應(yīng)地,本發(fā)明還提供一種飛行器三維導(dǎo)航裝置,所述裝置包括:
      [0020] 數(shù)據(jù)獲取模塊,用于獲取路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù);并獲取飛行器實時的 位置信息和姿態(tài)信息;
      [0021] 導(dǎo)航模塊,用于根據(jù)飛行器實時的位置信息和姿態(tài)信息提供三維導(dǎo)航。
      [0022] 優(yōu)選地,所述裝置還包括:計算模塊,用于計算路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)。
      [0023] 優(yōu)選地,所述計算模塊包括:
      [0024] 路徑生成單元,用于根據(jù)起始點位置、目標(biāo)點位置、障礙物狀況,生成目標(biāo)路徑;
      [0025] 路徑分割單元,用于根據(jù)目標(biāo)路徑的特性將目標(biāo)路徑分成若干個段路徑;
      [0026] 計算各段路徑的切矢、曲率、撓率的參數(shù)方程;
      [0027] 確定各段參數(shù)的分辨率,得到各個路徑點的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)
      [0028] 優(yōu)選地,所述數(shù)據(jù)獲取模塊通過無線或者有線方式從地面站得到各個路徑點的位 矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)。
      [0029] 優(yōu)選地,所述姿態(tài)信息通過加速度計和電子羅盤的信息融合獲得;所述位置信息 包括經(jīng)煒度信息和高度信息。
      [0030] 在本發(fā)明實施例中,通過地面站進(jìn)行飛行路徑的規(guī)劃,傳輸各個路徑點的位矢、切 矢、曲率、撓率這幾個幾何不變量到飛行器,飛行器在飛行過程中利用自身位置和姿態(tài)信息 對路徑的導(dǎo)航做出適當(dāng)?shù)奶幚恚瑸槿S路徑導(dǎo)航和顯示提供保障。能夠更好地提供路徑的 信息,讓飛行器的控制人員更加容易、更加方便地控制飛行器;不但更加直觀,使飛行器的 控制更加簡單,而且提高飛行器控制的安全性。
      【附圖說明】
      [0031] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以 根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
      [0032] 圖1是本發(fā)明實施例的飛行器三維導(dǎo)航方法的流程示意圖;
      [0033] 圖2是本發(fā)明實施例中根據(jù)飛行器實時的位置信息和姿態(tài)信息提供三維導(dǎo)航的 流程示意圖;
      [0034] 圖3是本發(fā)明實施例中坐標(biāo)變換的流程示意圖;
      [0035] 圖4是本發(fā)明實施例中導(dǎo)航儀的坐標(biāo)系確立示意圖;
      [0036] 圖5是本發(fā)明實施例的飛行器三維導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
      【具體實施方式】
      [0037] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;?本發(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
      [0038] 圖1是本發(fā)明實施例的飛行器三維導(dǎo)航方法的流程示意圖,如圖1所示,該方法包 括:
      [0039] S1,獲取路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù);
      [0040] S2,獲取飛行器實時的位置信息和姿態(tài)信息;
      [0041] S3,根據(jù)飛行器實時的位置信息和姿態(tài)信息提供三維導(dǎo)航。
      [0042] 進(jìn)一步地,在S1之前,還包括:
      [0043] 計算路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)。
      [0044] 計算路徑的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)的步驟包括:
      [0045] 根據(jù)起始點位置、目標(biāo)點位置、障礙物狀況,生成目標(biāo)路徑;
      [0046] 根據(jù)目標(biāo)路徑的特性將目標(biāo)路徑分成若干個段路徑;
      [0047] 計算各段路徑的切矢、曲率、撓率的參數(shù)方程;
      [0048] 確定各段參數(shù)的分辨率,得到各個路徑點的位矢、切矢、曲率、撓率數(shù)據(jù)。
      [0049] 具體實施中,地面站根據(jù)起始點位置(經(jīng)煒坐標(biāo)和高度),目標(biāo)點位置(經(jīng)煒坐 標(biāo)和高度)和障礙物狀況,生成目標(biāo)路徑。接著再將目標(biāo)路徑分成若干段,這個可以根據(jù) 計算機(jī)處理器的運算速度、問題對路徑要求的計算精度等決定分的路徑的段數(shù)。這里如果 路徑是連續(xù)的,則路徑可以直接進(jìn)入下一步參數(shù)方程的轉(zhuǎn)化;如果路徑是離散的,則每一 段進(jìn)行插值以后在進(jìn)行參數(shù)化。將各段路徑分別轉(zhuǎn)換為一般參數(shù)(以下將t設(shè)置為參數(shù), te[0,1])下的參數(shù)方程r(t)。每段參數(shù)方程的r(t)的格式如下:
      [0050] r(t) = [x(t)y(t)z(t)]
      [0051] 每一列x(t)、y(t)、z(t)分別代表這段中各個點的煒度,經(jīng)度,高度的參數(shù)方程。 對r⑴求一次導(dǎo)r'⑴,二次導(dǎo)r"⑴,三次導(dǎo)r" '⑴。

      [0067] 然后再利用曲率、撓率公式,代入計算,即可得到各個點的曲率和撓率的數(shù)值。
      [0068] 上述得到的參數(shù)方程均為連續(xù)方程,為了更好地將路徑傳輸給飛行器,接下來將 路徑離散化。首先需要確定參數(shù)t的分辨率。
      [0069] 優(yōu)選地,分辨率可以根據(jù)曲率決定,曲率大的地方,t的分辨率大,控制點較多;曲 率小的地方,t的分辨率可以小一點,控制點可以稍微少一點。
      [0070] 這里說明采用參數(shù)方程的好處就是,更改路徑的分辨率,只需要更改t的分辨率 即可,并不需要重新計算曲率,撓率的公式。
      [0071] 將各路徑段的參數(shù)t代入各路徑段的位矢參數(shù)方程r(t)、切矢參數(shù)方程r'(t)、曲 率參數(shù)方程κ(t)和撓率參數(shù)方程τ(t),即可得到各個路徑點的位矢、切矢、曲率和撓率。
      [0072] 在S1中,飛行器通過無線或者有線方式從地面站得到各個路徑點的位矢、切矢、 曲率、撓率數(shù)據(jù),獲得獲得數(shù)據(jù)后,存儲在ROM或者SD卡中。
      [0073] 每個路徑點的數(shù)據(jù)存儲方式為:
      [0074] p= [r1X3r1Χ3κ1Χ1τ
      當(dāng)前第1頁1 2 
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