一种沉浸式无人机驾驶飞行系统技术方案

本发明专利技术提供了一种沉浸式无人机驾驶飞行系统，包括机载装置、地面信息处理装置、无人机故障检测装置，机载装置、无人机故障检测装置皆与地面信息处理装置通过无线连接。本发明专利技术实现了无人机驾驶视角的虚拟移植，使我们能更直观地观察到无人机的飞行视角，得到沉浸式的飞行体验，并且能够对无人机进行故障检测，从而能在无人机发生故障时及时采取措施。

An immersive unmanned aerial vehicle flight system

The present invention provides an immersive drone flight system, including airborne device, information processing device, the UAV Ground Fault detection device, airborne device, UAV fault detection device and ground information processing device through a wireless connection. The invention realizes the transplantation of virtual drone perspective, so that we can directly observe the flight to view the UAV, by immersion flight experience, and be able to detect faults of UAV, which can take timely measures in UAV fault.

【技术实现步骤摘要】
一种沉浸式无人机驾驶飞行系统
本专利技术涉及无人机领域，具体涉及一种沉浸式无人机驾驶飞行系统。
技术介绍
相关技术中，无人机的操纵仍然主要依靠人眼原地远距离观察无人机飞行高度与姿态，并靠遥控器来控制飞行，由于距离和无人机速度的影响，需要操控者实时操控无人机的飞行状态，这样就无法同时很好地控制无人机云台拍摄的画面；并且现有的平面显示画面也不能够达到真实的飞行驾驶时的飞行感受，也容易因个人操作失误出现坠机、炸机或伤人的事件发生。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种沉浸式无人机驾驶飞行系统。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：一种沉浸式无人机驾驶飞行系统，包括机载装置、地面信息处理装置、无人机故障检测装置，机载装置、无人机故障检测装置皆与地面信息处理装置通过无线连接；该机载装置位于无人机上，控制无人机飞行状态及采集无人机的位置信息和周围环境的图像，并将图像和位置信息给地面信息处理装置，并接收地面信息处理装置的头部角度信息和控制指令；该无人机故障检测装置用于对无人机进行故障检测，并将故障检测结果发送至地面信息处理装置；该地面信息处理装置接收机载装置发送的位置信息和图像进行分析，通过地面信息处理装置的计算机增强现实技术处理，将无人机所在位置的周边环境信息、道路信息、交通信息、标示信息、地标信息模拟仿真后再叠加到真实世界画面空间中，通过虚拟现实眼镜呈现给操控者，并根据故障检测结果进行相应的报警。本专利技术的有益效果为：实现了无人机驾驶视角的虚拟移植，使我们能更直观地观察到无人机的飞行视角，得到沉浸式的飞行体验，并且能够对无人机进行故障检测，从而能在无人机发生故障时及时采取措施。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本专利技术的结构连接示意图；图2是无人机故障检测装置的结构框图。附图标记：机载装置1、地面信息处理装置2、无人机故障检测装置3、历史数据采集模块11、数据预处理模块12、特征提取模块13、实时故障诊断特征向量采集模块14、故障诊断模型建立模块15、故障诊断识别模块16。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1，本实施例提供了一种沉浸式无人机驾驶飞行系统，包括机载装置1、地面信息处理装置2、无人机故障检测装置3，机载装置1、无人机故障检测装置3皆与地面信息处理装置2通过无线连接；该机载装置1位于无人机上，控制无人机飞行状态及采集无人机的位置信息和周围环境的图像，并将图像和位置信息给地面信息处理装置2，并接收地面信息处理装置2的头部角度信息和控制指令；该无人机故障检测装置3用于对无人机进行故障检测，并将故障检测结果发送至地面信息处理装置2；该地面信息处理装置2接收机载装置1发送的位置信息和图像进行分析，通过地面信息处理装置2的计算机增强现实技术处理，将无人机所在位置的周边环境信息、道路信息、交通信息、标示信息、地标信息模拟仿真后再叠加到真实世界画面空间中，通过虚拟现实眼镜呈现给操控者，并根据故障检测结果进行相应的报警。优选地，该机载装置1包括三轴云台、双目摄像头、GPS。优选地，该地面信息处理装置2包括虚拟现实眼镜、计算机和报警器，计算机分别与虚拟现实眼镜、报警器相连；该计算机用于将采集的无人机飞行高度、姿态、GPS定位信息进行分析，通过现有的增强现实技术处理，将无人机所在位置的周边环境信息模拟仿真后在叠加到真实世界画面空间中，然后传输给虚拟现实眼镜；该虚拟现实眼镜用于显示经过计算机叠加增强现实效果后的图像信息；该报警器用于在故障检测结果表示无人机发送故障时进行报警。本专利技术上述实施例实现了无人机驾驶视角的虚拟移植，使我们能更直观地观察到无人机的飞行视角，得到沉浸式的飞行体验，并且能够对无人机进行故障检测，从而能在无人机发生故障时及时采取措施。优选地，该无人机故障检测装置3包括：(1)历史数据采集模块11，用于通过传感器采集无人机在正常状态下及各种故障状态下运行时多个测点的历史振动信号数据；(2)数据预处理模块12，用于对采集到的原始历史振动信号数据进行预处理；(3)该特征提取模块13，用于从过滤后的历史振动信号数据中提取小波包奇异值特征，并将提取的小波包奇异值特征作为故障诊断特征向量样本；(4)实时故障诊断特征向量采集模块14，用于获取无人机的实时故障诊断特征向量；(5)故障诊断模型建立模块15，用于建立基于改进的支持向量机的故障诊断模型，并使用故障诊断特征向量样本对故障诊断模型进行训练，计算出故障诊断模型参数的最优解，得到训练完成的故障诊断模型；(6)故障诊断识别模块16，用于将该无人机的实时故障诊断特征向量输入到训练完成的故障诊断模型中，完成无人机故障的诊断识别。优选地，该数据预处理模块12利用数字滤波器按照过滤公式对采集到的原始历史振动信号数据进行预处理，该过滤公式为：其中，Ω为滤波后得到的历史振动信号数据，Ω′为采集到的原始历史振动信号数据，L为测点的个数，Ψ＝1，2，3…L-1；τ为由数字滤波器自身特性决定的常数，θ为所用传感器的固有采集频率。本优选实施例利用数字滤波器按照过滤公式对数据进行预处理，能够自适应不同的振动信号，且能消除原始历史振动信号数据中的时域波形畸变，从而提高了数据预处理的精度，确保对无人机进行故障识别的准确性。优选地，在提取小波包奇异值特征时，该特征提取模块13具体执行：(1)设无人机处于状态H时从测点M测量到的一个时刻的历史振动信号为HM(Ω)，M＝1,…,L，L为测点的个数，对HM(Ω)进行层离散小波包分解，提取第层中的个分解系数，对所有的分解系数进行重构，以表示第层各节点的重构信号，构建特征矩阵其中的值根据历史经验和实际情况结合确定；(2)对特征矩阵T[HM(Ω)]进行奇异值分解，获得该特征矩阵T[HM(Ω)]的特征向量,其中W1,W2,…,Wv为由特征矩阵T[HM(Ω)]分解的奇异值，v为由特征矩阵T[HM(Ω)]分解的奇异值的个数：(3)定义HM(Ω)对应的故障诊断特征向量为：其中，表示特征向量中的最大奇异值，表示特征向量中的最小奇异值；(4)对计算得到的故障诊断特征向量进行筛选，排除不合格的故障诊断特征向量，设排除的不合格的故障诊断特征向量的数量为L′，则该无人机处于状态H时在该固定时刻的故障诊断特征向量样本为：本优选实施例提取小波包奇异值特征作为故障诊断特征向量，相比于提取其他特征作为故障诊断特征向量，具有较高的准确率以及较短的计算时间，能够提高对无人机进行诊断的容错性，从而有利于实现对无人机故障的精确诊断。优选地，该特征提取模块13对计算得到的故障诊断特征向量进行筛选时，具体执行：(1)将无人机处于状态H时在该时刻的所有计算得到的故障诊断特征向量作为该时刻的特征向量筛选样本集，计算该特征向量筛选样本集的标准差σH和期望值μH；(2)若计算得到的故障诊断特征向量不满足则剔除该故障诊断特征向量，其中，为期望值μH的最大似然估计，为标准差σH的最大似然估计。本优选实施例采用上述方式排除不合格的故障诊断特征向量，客观科学，提高了对无人机进行故障诊断的精确度。优选地，该特征提取模块13还将剔除的不合格的故障诊断特征向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉浸式无人机驾驶飞行系统，其特征是，包括机载装置、地面信息处理装置、无人机故障检测装置，机载装置、无人机故障检测装置皆与地面信息处理装置通过无线连接；该机载装置位于无人机上，控制无人机飞行状态及采集无人机的位置信息和周围环境的图像，并将图像和位置信息给地面信息处理装置，并接收地面信息处理装置的头部角度信息和控制指令；该无人机故障检测装置用于对无人机进行故障检测，并将故障检测结果发送至地面信息处理装置；该地面信息处理装置接收机载装置发送的位置信息和图像进行分析，通过地面信息处理装置的计算机增强现实技术处理，将无人机所在位置的周边环境信息、道路信息、交通信息、标示信息、地标信息模拟仿真后再叠加到真实世界画面空间中，通过虚拟现实眼镜呈现给操控者，并根据故障检测结果进行相应的报警。

【技术特征摘要】
1.一种沉浸式无人机驾驶飞行系统，其特征是，包括机载装置、地面信息处理装置、无人机故障检测装置，机载装置、无人机故障检测装置皆与地面信息处理装置通过无线连接；该机载装置位于无人机上，控制无人机飞行状态及采集无人机的位置信息和周围环境的图像，并将图像和位置信息给地面信息处理装置，并接收地面信息处理装置的头部角度信息和控制指令；该无人机故障检测装置用于对无人机进行故障检测，并将故障检测结果发送至地面信息处理装置；该地面信息处理装置接收机载装置发送的位置信息和图像进行分析，通过地面信息处理装置的计算机增强现实技术处理，将无人机所在位置的周边环境信息、道路信息、交通信息、标示信息、地标信息模拟仿真后再叠加到真实世界画面空间中，通过虚拟现实眼镜呈现给操控者，并根据故障检测结果进行相应的报警。2.根据权利要求1所述的一种沉浸式无人机驾驶飞行系统，其特征是，该机载装置包括三轴云台、双目摄像头、GPS。3.根据权利要求2所述的一种沉浸式无人机驾驶飞行系统，其特征是，该地面信息处理装置包括虚拟现实眼镜、计算机和报警器，计算机分别与虚拟现实眼镜、报警器相连；该计算机用于将采集的无人机飞行高度、姿态、GPS定位信息进行分析，通过现有的增强现实技术处理，将无人机所在位置的周边环境信息模拟仿真后在叠加到真实世界画面空间中，然后传输给虚拟现实眼镜；该虚拟现实眼镜用于显示经过计算机叠加增强现实效果后的图像信息；该报警器用于在故障检测结果表示无人机发送故障时进行报警。4.根据权利要求3所述的一种沉浸式无人机驾...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳明创自控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44