一种导航方法、装置和无人机与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种导航方法、装置和无人机。


背景技术：

2.随着无人机具备越来越多的功能，无人机广泛应用在农林牧副渔等行业，无人机除了能搭载高清摄像头进行拍摄，使地面的操作人员具有更大范围的视野外，更复杂的探测设备和ai智能算法也越来越多的装备到无人机上，目前已经实现了无人机避障方案和无人机定高方案。现有技术中，一种无人机毫米波雷达探测系统、探测方法及无人机通过旋转机构控制毫米波雷达实现分段扫描，多次旋转后实现无人机下方的立体空间的覆盖，实时地在立体空间的每个位置对整个立体空间的重构，从而实现在飞行环境起伏较大、飞行空间受限和飞行障碍物不规则的地带，通过毫米波雷达构建出地面立体空间地图。
3.但是目前方案中只能实现通过毫米波雷达的扫描构建出无人机下方地面立体空间地图，并未给出地面的车辆提供向前行驶的局部最优路线。车辆驾驶员既能通过立体空间地图主观的选择前进路线，并未实现基于无人机实时测量数据的客观判断。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种导航方法、装置和无人机，用以解决现有技术中，无法通过无人机向地面车辆提供向前行驶的最优路径的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：
6.本发明实施例提供一种导航方法，应用于无人机，包括：
7.接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置；
8.通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径。
9.可选地，接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置之前，所述方法还包括：
10.调整所述无人机的高度，使所述无人机的高度与所述车辆之间的高度差为预设高度。
11.可选地，通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径，包括：
12.调整所述无人机的位置，使所述无人机与所述车辆之间的直线距离为第一预设距离，且所述无人机位于所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的连线上；
13.确定所述车辆当前位置与所述不同路径上的目标位置点之间的路面起伏程度最小的路径为所述目标路径；所述目标位置点与所述车辆的车头之间沿车长方向的距离为第二预设距离；
14.其中，所述第一预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的，所述第二预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确
定的；
15.根据所述目标路径，更新所述车辆当前位置，返回调整所述无人机的位置的步骤，直至更新后的车辆当前位置超过所述导航终点位置或者与所述导航终点位置重合
16.可选地，通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径之后，还包括：
17.发送所述目标路径至所述车载导航系统。
18.可选地，相邻的两条路径上的目标位置点之间，沿车宽方向相距第三预设距离；所述第三预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的。
19.可选地，确定所述车辆当前位置与所述不同路径上的目标位置点之间的路面起伏程度最小的路径为所述目标路径，包括：
20.在所述不同的路径上，通过n个点将所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路径等距划分，分别测量每一条路径上的n个点的位置对应的第一路面高度；n大于或等于1；
21.根据所述第一路面高度与所述车辆当前位置的第二路面高度之间的高度差，确定所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路面起伏程度；
22.确定路面起伏程度最小的路径为所述目标路径。
23.本发明实施例还提供一种导航装置，应用于无人机，包括：
24.接收模块，用于接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置；
25.确定模块，用于通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径。
26.可选地，所述装置还包括：
27.控制模块，用于调整所述无人机的高度，使所述无人机的高度与所述车辆之间的高度差为预设高度。
28.可选地，所述确定模块包括：
29.控制单元，用于调整所述无人机的位置，使所述无人机与所述车辆之间的直线距离为第一预设距离，且所述无人机位于所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的连线上；
30.确定单元，用于确定所述车辆当前位置与所述不同路径上的目标位置点之间的路面起伏程度最小的路径为所述目标路径；所述目标位置点与所述车辆的车头之间沿车长方向的距离为第二预设距离；
31.其中，所述第一预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的，所述第二预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的；
32.更新单元，用于根据所述目标路径，更新所述车辆当前位置，返回调整所述无人机的位置的步骤，直至更新后的车辆当前位置超过所述导航终点位置或者与所述导航终点位置重合。
33.可选地，所述确定模块还包括：
34.发送单元，用于发送所述目标路径至所述车载导航系统。
35.可选地，相邻的两条路径上的目标位置点之间，沿车宽方向相距第三预设距离；所述第三预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的。
36.可选地，确定单元具体用于：
37.在所述不同的路径上，通过n个点将所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路径等距划分，分别测量每一条路径上的n个点的位置对应的第一路面高度；n大于或等于1；
38.根据所述第一路面高度与所述车辆当前位置的第二路面高度之间的高度差，确定所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路面起伏程度；
39.确定路面起伏程度最小的路径为所述目标路径。
40.本发明实施例还提供一种无人机，包括如上任一项所述的导航装置。
41.本发明实施例还提供一种无人机，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如上任一项所述的导航方法。
42.本发明的有益效果是：
43.本发明方案，通过接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置；通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径，可以实现通过无人机向车辆上的车载导航系统发送测量到的路面起伏最小的目标路径，指示车辆根据最优的目标路径进行行驶。
附图说明
44.图1表示本发明实施例提供的导航方法的流程图之一；
45.图2表示本发明实施例提供的导航范围的示意图；
46.图3表示本发明实施例提供的导航方法的流程图之二；
47.图4表示本发明实施例提供的导航装置的结构示意图；
48.图5表示本发明实施例提供的无人机导航系统的结构示意图；
49.图6表示本发明实施例提供的无人机的结构示意图。
具体实施方式
50.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
51.本发明针对现有技术中，无法通过无人机向地面车辆提供向前行驶的最优路径的问题，提供一种导航方法、装置和无人机。
52.如图1所示，本发明实施例提供一种导航方法，应用于无人机，包括：
53.步骤101：接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置。
54.在本发明实施例中，所述无人机与车辆上的车载导航系统通信连接，驾驶员将导航终点位置的坐标输入车载导航系统，车载导航系统自动识别出车辆当前位置的坐标，并将车辆当前位置与导航终点位置发送给无人机，无人机将车辆当前位置与导航终点位置的连线作为车辆行进的直线方向。
55.可选地，车辆为越野车。
56.步骤102：通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径。
57.需要说明的是，由于一些特殊环境，比如野外的道路崎岖，路途不平坦的情况，驾驶员在车内时，视野容易受到地表植物、大石块等的影响，视野范围仅有几米远，驾驶员无法判断出前方更远的路面状况，因此配备毫米波雷达的无人机可以构建出较大范围的地面立体空间地图，并对地图上的车辆当前位置和导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径，提供给驾驶员，使驾驶员根据目标路径穿越崎岖的道路。
58.在本发明实施中，预设探测范围为覆盖地表半径20米的圆。
59.本发明实施例，通过接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置；通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径，可以实现通过无人机向车辆上的车载导航系统发送测量到的路面起伏最小的目标路径，指示车辆根据最优的目标路径进行行驶。
60.可选地，接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置之前，所述方法还包括：
61.调整所述无人机的高度，使所述无人机的高度与所述车辆之间的高度差为预设高度。
62.在本发明实施例中，在进行无人机导航之前，在野外崎岖的环境下，车辆上搭载的无人机起飞，飞至工作高度，在工作高度下，无人机的高度与车辆之间的高度差为预设高度，可选地，预设高度为30米，在该工作高度下，驾驶员在车载导航系统上输入导航终点位置的坐标。
63.可选地，通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径，包括：
64.调整所述无人机的位置，使所述无人机与所述车辆之间的直线距离为第一预设距离，且所述无人机位于所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的连线上；
65.确定所述车辆当前位置与所述不同路径上的目标位置点之间的路面起伏程度最小的路径为所述目标路径；所述目标位置点与所述车辆的车头之间沿车长方向的距离为第二预设距离；
66.其中，所述第一预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的，所述第二预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的；
67.根据所述目标路径，更新所述车辆当前位置，返回调整所述无人机的位置的步骤，直至更新后的车辆当前位置超过所述导航终点位置或者与所述导航终点位置重合。
68.在本发明实施例中，无人机接收到车辆当前位置的坐标和车辆终点位置的坐标后，两点的连线即为车辆行进的直线方向。无人机调整位置，飞至车辆当前位置和车辆终点位置之间的连线上，且与车辆之间的距离为第一预设距离，可选地，第一预设距离为15米，此时，无人机上的毫米波雷达的探测范围为覆盖地球表面半径20米的圆，如图2所示，车辆当前位置位于如图2所示的a点，b点、c点、d点、e点、f点和g点为沿v向，距离车辆车头30米处
的目标位置点，在该半径20米的圆内，车辆通过任一条路径到达b点
‑
g点中的任一点即完成了圆内的路径。
69.通过无人机上的毫米波雷达，分别探测a点至b点、a点至c点、a点至d点、a点至e点、a点至f点、a点至g点之间的路径上的路面起伏程度，确定路面起伏程度最小的路径为目标路径，示例性地，a点至c点之间的路径的路面起伏程度最小，则a点至c点之间的路径为目标路径，车辆通过a点至c点之间的路径，则通过了该半径20米的圆内的路径。车辆通过该目标路径后，根据目标路径，向无人机发送更新的车辆当前位置，返回调整所述无人机的位置的步骤，也就是无人机重新建立更新后的车辆当前位置与导航终点位置之间的连线，调整无人机与车辆的距离，并确定更新后的车辆当前位置与不同路径上的目标位置点之间的路面起伏程度最小的路径为目标路径，将目标路径发送至车载导航系统，引导驾驶员控制车辆按照目标路径行驶后，再根据目标路径更新车辆的当前位置，直到更新后的车辆当前位置超过导航终点位置或者与导航终点位置重合。
70.可选地，通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径之后，还包括：
71.发送所述目标路径至所述车载导航系统。
72.继续以上述的实施例进行说明，在探测出a点至c点之间的路径为目标路径后，将目标路径发送至车载导航系统，引导驾驶员控制车辆按照目标路径行驶。
73.可选地，相邻的两条路径上的目标位置点之间，沿车宽方向相距第三预设距离；所述第三预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的。
74.在本发明实施例中，请继续参阅图2，相邻的两条路径上的目标位置点之间的h向距离为第三预设距离，可选地，该第三预设距离为5米。
75.可选地，确定所述车辆当前位置与所述不同路径上的目标位置点之间的路面起伏程度最小的路径为所述目标路径，包括：
76.在所述不同的路径上，通过n个点将所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路径等距划分，分别测量每一条路径上的n个点的位置对应的第一路面高度；n大于或等于1；
77.根据所述第一路面高度与所述车辆当前位置的第二路面高度之间的高度差，确定所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路面起伏程度；
78.确定路面起伏程度最小的路径为所述目标路径。
79.在本发明实施例中，请继续参阅图2，以a点至c点之间的路径为例，说明计算该路径上的路面起伏程度的过程。无人机通过9个等距点(图2中星型符号所示)将该路径十等分，毫米波雷达分别测量该路径上10个点(包含c点)的第一路面高度的值，并分别与a点的第二路面高度的值做差值，并用数学上的标准差来衡量a点至c点之间的路径的路面起伏程度，公式如下：
80.81.其中，x
i
为第一路面高度的值，x
a
是第二路面高度的值，σ是标准差，表示的是路面起伏程度，σ越大，代表路径的路面起伏程度大，道路崎岖，车辆难以通行，σ越小，代表路径的路面起伏程度小，道路平坦，车辆易于通行。通过标准差的值，可以选择出路面起伏程度最小的最优路径。
82.下面结合图3，具体说明本发明实施例提供的导航方法：
83.无人机起飞至工作高度，接收车辆当前位置和导航终点位置，确定车辆当前位置和导航终点位置的连线为车辆行进方向，确定探测范围，例如探测范围是半径为20米的圆，确定探测范围内路面起伏程度最小的目标路径，引导车辆行至圆内的目标路径的终点，之后判断车辆是否超过导航终点位置或者处于导航终点位置，若是，则结束导航，否则，更新车辆当前位置，返回确定车辆当前位置和导航终点位置的连线为车辆行进方向的步骤。
84.如图4所示，本发明实施例还提供一种导航装置，应用于无人机，包括：
85.接收模块401，用于接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置；
86.确定模块402，用于通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径。
87.本发明实施例，通过接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置；通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径，可以实现通过无人机向车辆上的车载导航系统发送测量到的路面起伏最小的目标路径，指示车辆根据最优的目标路径进行行驶。
88.可选地，所述装置还包括：
89.控制模块，用于调整所述无人机的高度，使所述无人机的高度与所述车辆之间的高度差为预设高度。
90.可选地，所述确定模块402包括：
91.控制单元，用于调整所述无人机的位置，使所述无人机与所述车辆之间的直线距离为第一预设距离，且所述无人机位于所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的连线上；
92.确定单元，用于确定所述车辆当前位置与所述不同路径上的目标位置点之间的路面起伏程度最小的路径为所述目标路径；所述目标位置点与所述车辆的车头之间沿车长方向的距离为第二预设距离；
93.其中，所述第一预设距离是根据所述预设高度确定的，所述第二预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的；
94.更新单元，用于根据所述目标路径，更新所述车辆当前位置，返回调整所述无人机的位置的步骤，直至更新后的车辆当前位置超过所述导航终点位置或者与所述导航终点位置重合。
95.可选地，所述确定模块402还包括：
96.发送单元，用于发送所述目标路径至所述车载导航系统。
97.可选地，相邻的两条路径上的目标位置点之间，沿车宽方向相距第三预设距离；所述第三预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的。
98.可选地，确定单元具体用于：
99.在所述不同的路径上，通过n个点将所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路径等距划分，分别测量每一条路径上的n个点的位置对应的第一路面高度；n大于或等于1；
100.根据所述第一路面高度与所述车辆当前位置的第二路面高度之间的高度差，确定所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路面起伏程度；
101.确定路面起伏程度最小的路径为所述目标路径。
102.需要说明的是，本发明实施例提供的装置是能够执行上述的导航方法的装置，则上述的导航方法的所有实施例均适用于该装置，且能够到达相同或者相似的技术效果。
103.可选地，本发明实施例还提供一种无人机导航系统，请参阅图5，处于车辆内部的驾驶员501，通过车辆上的车载导航系统502与无人机503通信连接，其中，无人机503包括：毫米波雷达5031、飞行控制器5032、测量系统5033和导航系统5034，毫米波雷达5031可以构建出较大范围的地面立体空间地图，并且扫描车辆当前位置和导航终点位置之间不同路径上的路面，飞行控制器5032可以控制无人机的飞行位置，比如飞行高度等，测量系统5033，与所述毫米波雷达5031连接，接收所述毫米波雷达5031发送的扫描的路面数据，根据路面数据测量所述不同路径上的路面的起伏程度，确定路面起伏程度最小的目标路径，导航系统5034用于接收测量系统5033确定的目标路径以及接收车载导航系统502发送的车辆当前位置和导航终点位置，并将接收到的目标路径发送至车载导航系统502。
104.本发明实施例还提供一种无人机，包括如上任一项所述的导航装置。
105.需要说明的是，本发明实施例提供的无人机，包括如上任一项所述的导航装置，则上述的导航装置的所有实施例均适用于该装置，且能达到相同或者相似的技术效果。
106.如图6所示，本发明实施例还提供一种无人机，包括：处理器601；以及通过总线接口602与所述处理器601连接的存储器603，所述存储器603用于存储所述处理器601在执行操作时所使用的程序和数据，处理器601调用并执行所述存储器603中所存储的程序和数据。
107.可选地，无人机还包括：收发机604，收发机604与总线接口602连接，用于在处理器601的控制下接收和发送数据，具体地，处理器601调用并执行所述存储器603中所存储的程序和数据。其中，收发机604用于：接收车载导航系统发送的车辆当前位置和导航终点位置；
108.可选地，处理器601用于：通过所述无人机上的毫米波雷达，对预设探测范围内的所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的不同路径进行测量，确定路面起伏最小的目标路径。
109.可选地，所述处理器601还用于：调整所述无人机的高度，使所述无人机的高度与所述车辆之间的高度差为预设高度。
110.可选地，所述处理器601具体用于：调整所述无人机的位置，使所述无人机与所述车辆之间的直线距离为第一预设距离，且所述无人机位于所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的连线上；以及，确定所述车辆当前位置与所述不同路径上的目标位置点之间的路面起伏程度最小的路径为所述目标路径；所述目标位置点与所述车辆的车头之间沿车长方向的距离为第二预设距离；其中，所述第一预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的，所述第二预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航
终点位置之间的距离确定的；以及，根据所述目标路径，更新所述车辆当前位置，返回调整所述无人机的位置的步骤，直至更新后的车辆当前位置超过所述导航终点位置或者与所述导航终点位置重合。
111.可选地，所述处理器601具体还用于：发送所述目标路径至所述车载导航系统。
112.可选地，相邻的两条路径上的目标位置点之间，沿车宽方向相距第三预设距离；所述第三预设距离是根据所述车辆当前位置和所述导航终点位置之间的距离确定的。
113.可选地，所述处理器601具体用于：在所述不同的路径上，通过n个点将所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路径等距划分，分别测量每一条路径上的n个点的位置对应的第一路面高度；n大于或等于1；以及，根据所述第一路面高度与所述车辆当前位置的第二路面高度之间的高度差，确定所述车辆当前位置和所述目标位置点之间的路面起伏程度；以及，确定路面起伏程度最小的路径为所述目标路径。
114.其中，在图6中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器601代表的一个或多个处理器和存储器603代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机604可以是多个元件，即包括发送机和接收机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器601负责管理总线架构和通常的处理，存储器603可以存储处理器601在执行操作时所使用的数据。
115.以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。