一种无人机控制方法、装置、无人机及介质与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机控制方法、装置、无人机及介质。


背景技术：

2.穿墙雷达技术是近几年快速发展起来的一种对墙后目标进行探测的技术，它能够实现对墙体后的目标进行探测、成像、定位、跟踪与识别等功能，因此在城市巷战、反恐安保、灾害及人质救援有着广泛的应用。传统的穿墙雷达技术是基于贴墙设备进行探测，这种近距离探测在实际应用中是非常危险的，因此，需要开展远距离穿墙雷达技术的研究。
3.目前，可以采用将雷达搭载到无人机上实现远距离离墙穿透探测。在该探测过程中，无人机可以通过悬停于某个固定点的方式进行探测，也可以通过沿平行于墙壁的直线轨迹运动的方式进行探测。无论无人机采用哪种方式进行探测，均可能存在无人机无法保证飞行精度，造成远距离离墙穿透探测的性能下降。例如，无人机无法稳定悬停在某个固定点，即无人机无法保证悬停精度，导致无人机所搭载的雷达会出现前后抖动的情况，造成雷达的检测性能下降甚至无法检测到目标，或者是无人机在运动时无法完全按照预设的直线轨迹运动，增加后续对穿墙雷达反馈的信号进行处理的难度，从而导致远距离离墙穿透探测的性能下降等。
4.因此，如何提高远距离离墙穿透探测的性能是本发明需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种无人机控制方法、装置、无人机及介质，用以解决现有远距离离墙穿透探测的性能低的问题。
6.本发明实施例提供了一种无人机，所述无人机包括：检测单元以及控制器；
7.所述检测单元，用于获取所述无人机所处环境的点云数据；根据所述点云数据，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息；其中，所述天线阵面通过所述无人机上的雷达发射天线以及雷达接收天线确定；
8.所述控制器，用于根据所述位姿信息，确定调整参数并根据所述调整参数，对所述无人机的位姿进行调整。
9.本发明实施例提供了一种无人机控制方法，所述方法包括：
10.获取无人机所处环境的点云数据；
11.根据获取到的点云数据，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息；其中，所述天线阵面通过所述无人机上的雷达发射天线以及雷达接收天线确定；
12.根据所述位姿信息，确定调整参数并根据所述调整参数，对所述无人机的位姿进行调整。
13.本发明实施例提供了一种无人机控制装置，所述方法装置：
14.获取模块，用于获取无人机所处环境的点云数据；
15.确定模块，用于根据获取到的点云数据，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息；其中，所述天线阵面通过所述无人机上的雷达发射天线以及雷达接收天线确定；
16.调整模块，用于根据所述位姿信息，确定调整参数并根据所述调整参数，对所述无人机的位姿进行调整。
17.本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述无人机控制方法的步骤。
18.由于本发明实施例提供的无人机中包括有检测单元和控制器，通过该检测单元，可以确定无人机上的天线阵面与目标平面之间的位姿信息，有利于后续控制器根据检测单元确定的位姿信息，确定调整参数并根据该调整参数，对无人机的位姿进行调整，从而实现无人机的天线阵面可以始终与目标平面之间保持固定的位姿，提高无人机飞行的稳定性，进而有利于通过该无人机进行远距离离墙穿透探测，提高远距离离墙穿透探测的性能。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的一种无人机的结构示意图；
21.图2为本发明实施例提供的一种无人机的结构示意图；
22.图3为本发明实施例提供的再一种无人机的结构示意图；
23.图4为本发明实施例提供的再一种无人机的结构示意图；
24.图5为本发明实施例提供的一种控制器与天线的连接结构示意图；
25.图6为本发明实施例提供的一种无人机控制过程示意图；
26.图7为本发明实施例提供的一种无人机控制装置的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
28.本领域技术人员知道，本技术的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本技术可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
29.在本文中，需要理解的是，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
30.为了提高远距离离墙穿透探测的性能，本发明实施例提供了一种无人机控制方法、装置、无人机及介质。
31.实施例1：
32.图1为本发明实施例提供的一种无人机的结构示意图，该结构包括：检测单元11以及控制器12；
33.所述检测单元11，用于获取所述无人机所处环境的点云数据；根据所述点云数据，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息；其中，所述天线阵面通过所述无人机上的雷达发射天线以及雷达接收天线确定；
34.所述控制器12，用于根据所述位姿信息，确定调整参数并根据所述调整参数，对所述无人机的位姿进行调整。
35.在本发明实施例中，可以通过无人机进行远距离离墙穿透探测。该无人机至少包括检测单元11和控制器12。其中，检测单元11可以用于检测无人机的天线阵面与目标平面之间的位姿信息，例如，视觉与激光雷达等，该控制器12用于根据检测单元11确定的位姿信息，确定调整参数，以根据该调整参数，对无人机的位姿进行调整。
36.其中，该无人机的天线阵面是根据该无人机上的雷达发射天线以及雷达接收天线确定的。
37.在实际应用过程中，当需要进行远距离离墙穿透探测时，操作人员可以打开无人机、以及与该无人机配套的地面站的电源，然后通过该地面站，对该无人机的飞行进行控制，比如，对无人机的飞行高度、飞行方向、飞行距离、飞行模式、飞行终点的位置信息等参数进行控制。具体的，操作人员可以通过对该地面站进行操作，地面站接收到操作后，根据接收到的操作，生成控制信令并发送至无人机。无人机接收到控制信令后，根据该控制信令，控制无人机的飞行。
38.例如，检测单元11与控制器12是通过无人机的总电源进行供电的，控制器12可以采用power of cable的供电方式为雷达发射天线和雷达接收天线进行供电。
39.在一种示例中，该无人机中包括有数据通信单元。无人机通过该数据通信单元可以接收到地面站发送的控制信令。
40.无人机在被打开电源后，无人机的检测单元11便可以实时采集无人机所处环境的环境信息(如障碍物信息、无人机的坐标信息等)并生成环境图像，即对检测单元11前的可视化目标进行探测以及目标重建，实时获取无人机各个方向的障碍物信息(包括障碍物的位置信息、形状等)。且该无人机的控制器12可以控制无人机的数据通信单元将获取到的环境信息以及环境图像发送至地面站。地面站接收到环境信息以及环境图像后，可以控制地面站的显示屏显示，从而方便操作人员根据显示的环境信息以及环境图像，对无人机进行准确地控制，提高对无人机控制的准确性。
41.在一种示例中，若控制信令中携带有飞行终点的位置信息，则无人机接收到该控制信令中携带的飞行终点的位置信息后，无人机的控制器12可以根据无人机当前所处的位置信息以及飞行终点的位置信息，自动规划无人机的飞行路线。并根据无人机在飞行路线上所采集到的环境信息以及环境图像，确定飞行路线上的障碍物信息，从而根据障碍物信息，实现无人机的自动避障。
42.当无人机飞行到飞行终点后，无人机可以在飞行终点处悬停并进行远距离离墙穿透探测，也可以根据操作人员的控制，在飞行终点处沿平行于墙壁的某一方向做直线轨迹运动并进行远距离离墙穿透探测。在远距离离墙穿透探测的过程中，无人机的检测单元11通过无人机上的雷达发射天线发射采集信号，并通过无人机上的雷达接收天线接收从无人机所处环境中采集到的点云数据。检测单元11根据该点云数据，进行相应的处理，可以获取无人机的天线阵面与目标平面之间的位姿信息。其中，该目标平面可以是飞行终点处某一
墙壁所在的平面、也可以是地面等。无人机的控制器12根据检测单元11确定的位姿信息，可以确定当前无人机的天线阵面相对于目标平面的位置与姿态，从而根据该位姿信息，自动调整无人机的位姿，实现无人机的天线阵面始终与目标平面之间保持固定的位姿，提高无人机飞行的稳定性，进而有利于通过该无人机进行远距离离墙穿透探测，提高远距离离墙穿透探测的性能。
43.在一种可能的实施方式中，无人机的检测单元11在获取到了点云数据后，可以根据获取到的点云数据，确定每个点云法线。然后根据每个点云法线，确定目标平面。根据目标平面，确定法线角度。根据该法线角度，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息。
44.在一种示例中，检测单元11可以通过对每个点云法线进行聚类，确定目标平面。例如，通过对每个点云法线进行聚类，确定每个候选平面。根据每个候选平面所包含的点云法线的数量，确定目标平面。
45.无人机在根据每个候选平面所包含的点云法线的数量，确定目标平面时，可以将包含点云法线最多的候选平面，确定为目标平面。
46.在一种示例中，考虑到远距离离墙穿透探测的性能容易受到无人机中检测单元11的稳定性的影响，因此，无人机上的天线(包括雷达发射天线以及雷达接收天线)可以通过支架以及减震球与控制器12连接，从而实现无人机与天线的刚性连接，保证后续天线在无人机飞行过程中不易发生晃动等情况，提高发射雷达信号以及接收回波信号的精度，进而降低对检测单元11性能的要求，避免由于该情况降低远距离离墙穿透探测的性能。
47.其中，该支架可以是简易支架，以通过该简易支架可以降低无人机的重量。
48.在本发明实施例中，该无人机上的雷达发射天线的数量可以与雷达接收天线的数量相同，比如，雷达发射天线的数量为1，雷达接收天线的数量为1，从而可以实现测量与目标之间的距离，确定目标的位置信息，该无人机上的雷达发射天线的数量也可以少于无人机上的雷达接收天线的数量，比如，雷达发射天线的数量为1，雷达接收天线的数量为2，这样不仅可以尽可能降低检测单元11的重量，减少检测单元11对无人机的负荷，提高无人机的续航能力，还能尽可能实现获取到各个目标(如障碍物、墙壁、人等)的多维的位置信息。
49.该雷达发射天线包含一种基于耦合激励的轻小型超宽带天线，射频功率放大器等模块，实现雷达信号的功率放大和向外辐射。该雷达接收天线包含多个基于耦合激励的轻小型超宽带天线，低噪声放大器模块，实现回波的接收以及放大，保证整个系统的噪声系数能够达到较低的水平。
50.需要说明的是，无人机的检测单元11可以直接搭载在无人机平台上，也可以搭载在无人机的云台上。例如，将无人机的检测单元11、控制器12、雷达发射天线以及雷达接收天线均安装于无人机平台上。
51.当无人机的控制器12获取到检测单元11确定的姿态信息后，可以根据该位姿信息，确定调整参数并根据该调整参数，对无人机的位姿进行调整，从而实现无人机的天线阵面始终与目标平面之间保持固定的位姿，提高无人机飞行的稳定性，进而有利于通过该无人机进行远距离离墙穿透探测，提高远距离离墙穿透探测的性能。
52.在一种可能的实施方式中，可以通过预设的算法以及获取到的位姿信息，确定调整参数，也可以通过模型以及获取到的位姿信息，确定调整参数，还可以通过预设的位姿与调整参数的对应关系，确定当前确定的位姿信息所对应的调整参数。
53.如果希望无人机的天线阵面与目标平面之间保持不同的位姿，比如，无人机的天线阵面与目标平面平行且相距5米，无人机的天线阵面与目标平面平行相距7米，无人机的天线阵面与目标平面垂直且相距5米，无人机的天线阵面与目标平面垂直且相距7米，则在根据相同的位姿信息确定调整参数时，所确定的调整参数是不同的。因此，在本发明实施例中，可以根据目标位姿值以及位姿信息，确定所述调整参数。其中，目标位姿值表征希望无人机的天线阵面与目标平面之间保持的位姿。
54.例如，针对不同的位姿值，设置该位姿值下，不同的位姿信息所对应的调整参数，当需要确定调整参数时，确定目标位姿值下，位姿信息与调整参数的对应关系，然后根据该位姿信息与调整参数的对应关系，确定当前检测单元11确定的位姿信息所对应的调整参数。
55.再例如，针对不同的位姿值，预先配置有该目标位姿值所对应的算法，当需要确定调整参数时，确定目标位姿值所对应的算法，然后根据该算法以及当前检测单元11确定的位姿信息，确定调整参数。
56.无人机在远距离离墙穿透探测的过程中，可以检测到墙壁两边的环境进行探测，即获取墙壁两边环境环境信息以及环境图像。例如，无人机对某一建筑内部的人员进行穿墙探测，通过该无人机可以实现对建筑内部的建筑构造以及包含的人员进行探测，也可以实现对建筑外部的环境进行探测。无人机可以将获取到的墙壁两边环境的环境信息以及环境图像均发送至地面站，以方便操作人员可以及时连接墙壁两边的环境情况，也可以只将墙壁另一边，即无人机不在的一边的环境的环境信息以及环境图像发送至地面站，以方便操作人员可以准确地了解墙壁另一边的环境情况。
57.其中，无人机可以按照预设的周期向地面站发送墙壁另一边环境的环境信息以及环境图像，也可以在预设的时间点向地面站发送墙壁另一边环境的环境信息以及环境图像，还可以是在接收到地面站发送的采集指令时向地面站发送墙壁另一边环境的环境信息以及环境图像。当然，还可以是无人机每检测到墙壁另一边环境中所存在的待检测目标(比如，人、动物等)时向地面站发送墙壁另一边环境的环境信息以及环境图像，这样可以大大减少无人机与地面站进行交互的次数，降低无人机的功耗。该待检测目标为在墙壁另一边的环境中所存在的所有目标中，操作人员希望探测到的目标。
58.当无人机完成了远距离离墙穿透探测任务或完成预定航迹的飞行之后，可以降落或继续执行下一个远距离离墙穿透探测任务。
59.由于本发明实施例提供的无人机中包括有检测单元11和控制器12，通过该检测单元11，可以确定无人机上的天线阵面与目标平面之间的位姿信息，有利于后续控制器12根据检测单元11确定的位姿信息，确定调整参数并根据该调整参数，对无人机的位姿进行调整，从而实现无人机的天线阵面可以始终与目标平面之间保持固定的位姿，提高无人机飞行的稳定性，进而有利于通过该无人机进行远距离离墙穿透探测，提高远距离离墙穿透探测的性能。
60.实施例2：
61.为了对本发明实施例提供的无人机进行详细的介绍，下面通过具体的实施例进行说明。图2为本发明实施例提供的一种无人机的结构示意图。该无人机包括无人机平台、控制器12、检测单元11、雷达发射天线以及雷达接收天线这五个结构。
62.其中，无人机平台主要用于搭载控制器12、检测单元11、雷达发射天线以及雷达接收天线等结构的。图3为本发明实施例提供的再一种无人机的结构示意图。在图3中，无人机平台上搭载有控制器12、雷达发射天线以及雷达接收天线。
63.检测单元11主要是对检测单元11前的可视化目标进行探测以及目标重建，实时获取无人机各个方向的障碍物信息，以及确定无人机的天线阵列的位姿信息的。
64.雷达发射天线用于实现雷达信号的功率放大和向外辐射。
65.雷达接收天线用于实现回波的接收以及放大，保证整个系统的噪声系数能够达到较低的水平。
66.控制器12主要用于对无人机的飞行进行控制的，雷达信号的时序控制，雷达信号的产生与调制，回波信号的接收与解调，以及确定无人机的位姿的调整参数。
67.图4为本发明实施例提供的再一种无人机的结构示意图。如图4所示，该无人机还包括数据通信单元和电源，该数据通信单元主要实现接收地面站发送的控制信令，以及向地面站发送环境信息以及环境图像。该电源主要用于为检测单元11与控制器12进行供电。其中，按照控制器12所实现的功能，可以将该控制器12划分为信号处理子单元以及飞控子单元。该信号处理子单元主要用于雷达信号的时序控制，通过发射机产生与调制发射信号(如雷达信号)，通过接收机接收与解调雷达接收天线接收到的信号(如回波信号)，以及确定无人机的位姿的调整参数，该飞控子单元用于对无人机的飞行进行控制，以及根据信号处理子单元确定的调整参数，对无人机的位姿进行调整。
68.在图4中，无人机上的天线可以通过简易支架以及减震球与控制器12连接，从而实现无人机与天线的刚性连接，保证后续天线在无人机飞行过程中不易发生晃动等情况，也降低对检测单元11性能的要求，避免由于该情况降低远距离离墙穿透探测的性能。图5为本发明实施例提供的一种控制器12与天线的连接结构示意图。在图5中，示出了用于与无人机的天线进行连接的两个支架以及减震球。
69.用户可以通过地面站控制无人机的飞行，并获取无人机的探测结果。
70.实施例3：
71.本发明实施例还提供了一种无人机控制方法，图6为本发明实施例提供的一种无人机控制过程示意图，该过程包括：
72.s601：获取无人机所处环境的点云数据。
73.s602：根据获取到的点云数据，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息；其中，所述天线阵面通过所述无人机上的雷达发射天线以及雷达接收天线确定。
74.s603：根据所述位姿信息，确定调整参数并根据所述调整参数，对所述无人机的位姿进行调整。
75.需要说明的是，本发明实施例提供的无人机控制方法解决技术问题的原理可以参见上述实施例1-2中的描述，重复之处不做赘述。
76.进一步地，所述根据获取到的点云数据，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息，包括：
77.根据所述点云数据，确定每个点云法线；
78.根据所述每个点云法线，确定目标平面；
79.根据所述目标平面，确定法线角度；
80.根据所述法线角度，确定所述位姿信息。
81.进一步地，所述根据所述每个点云法线，确定目标平面，包括：
82.对所述每个点云法线进行聚类，确定每个候选平面；
83.根据所述每个候选平面包含的点云法线的数量，确定目标平面。
84.进一步地，所述根据所述位姿信息，确定调整参数，包括：
85.根据目标位姿值以及所述位姿信息，确定所述调整参数。
86.进一步地，所述无人机上的雷达发射天线的数量少于所述无人机上的雷达接收天线的数量。
87.进一步地，所述无人机上的天线通过支架以及减震球与所述控制器连接；其中，所述天线包括所述雷达发射天线以及所述雷达接收天线。
88.进一步地，所述方法还包括：
89.接收地面站发送的控制信令；
90.根据所述控制信令，控制所述无人机飞行。
91.进一步地，所述方法还包括：
92.采集环境信息并生成环境图像；
93.将所述环境信息以及所述环境图像发送至所述地面站。
94.由于本发明实施例提供的无人机中包括有检测单元和控制器，通过该检测单元，可以确定无人机上的天线阵面与目标平面之间的位姿信息，有利于后续控制器根据检测单元确定的位姿信息，确定调整参数并根据该调整参数，对无人机的位姿进行调整，从而实现无人机的天线阵面可以始终与目标平面之间保持固定的位姿，提高无人机飞行的稳定性，进而有利于通过该无人机进行远距离离墙穿透探测，提高远距离离墙穿透探测的性能。
95.实施例4：
96.本发明实施例还提供了一种无人机控制装置，图7为本发明实施例提供的一种无人机控制装置的结构示意图，该装置包括：
97.获取模块71，用于获取无人机所处环境的点云数据；
98.确定模块72，用于根据获取到的点云数据，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息；其中，所述天线阵面通过所述无人机上的雷达发射天线以及雷达接收天线确定；
99.调整模块73，用于根据所述位姿信息，确定调整参数并根据所述调整参数，对所述无人机的位姿进行调整。
100.需要说明的是，本发明实施例提供的无人机控制装置解决技术问题的原理可以参见上述实施例1-3中的描述，重复之处不做赘述。
101.由于本发明实施例提供的无人机中包括有检测单元和控制器，通过该检测单元，可以确定无人机上的天线阵面与目标平面之间的位姿信息，有利于后续控制器根据检测单元确定的位姿信息，确定调整参数并根据该调整参数，对无人机的位姿进行调整，从而实现无人机的天线阵面可以始终与目标平面之间保持固定的位姿，提高无人机飞行的稳定性，进而有利于通过该无人机进行远距离离墙穿透探测，提高远距离离墙穿透探测的性能。
102.实施例5：
103.在上述各实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有可由处理器执行的计算机程序，当所述程序在所述处理器
上运行时，使得所述处理器执行时实现如下步骤：
104.获取无人机所处环境的点云数据；
105.根据获取到的点云数据，确定天线阵面与目标平面之间的位姿信息；其中，所述天线阵面通过所述无人机上的雷达发射天线以及雷达接收天线确定；
106.根据所述位姿信息，确定调整参数并根据所述调整参数，对所述无人机的位姿进行调整。
107.由于计算机可读存储介质解决问题的原理与上述实施例中的无人机控制方法相似，因此具体实施可以参见无人机控制方法的实施。
108.由于本发明实施例提供的无人机中包括有检测单元和控制器，通过该检测单元，可以确定无人机上的天线阵面与目标平面之间的位姿信息，有利于后续控制器根据检测单元确定的位姿信息，确定调整参数并根据该调整参数，对无人机的位姿进行调整，从而实现无人机的天线阵面可以始终与目标平面之间保持固定的位姿，提高无人机飞行的稳定性，进而有利于通过该无人机进行远距离离墙穿透探测，提高远距离离墙穿透探测的性能。
109.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。
110.本技术是参照根据本技术的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
111.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
112.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。