專利名稱：無人機視景仿真系統及仿真方法
技術領域：
本發明涉及無人機控制技術，特別涉及無人機視景仿真系統及仿真方法。
背景技術：
無人機控制技術屬于一種遠距離信號控制技術，其主要利用無人機上的攝像頭及傳感器分別采集無人機當前視景及無人機的飛行狀態數據并回傳至地面控制站，由無人機控制人員根據上述采集到的數據來控制無人機的飛行。傳統的無人機控制存在以下缺陷1.信號延遲由于無人機控制屬于遠距離控制，有時甚至需要利用到衛星信號， 攝像頭采集的視頻信號數據量巨大，傳輸到地面控制站進行顯示會有時間延遲，離地面控制站距離越遠延遲越大，這樣可能造成控制人員的誤判斷而導致操作失誤；2.視頻信號不清晰由于傳輸帶寬有限和信號延遲問題，攝像頭采集的信號不能太大，因此視頻信號包含的信息有限，可能不能清晰的顯示出無人機所處的真實環境的情況，這就造成無人機在復雜的天氣情況下不能飛行；3.攝像頭視域狹小由于攝像頭自身視角的限制，導致只有在很小的視角范圍內采集視頻信號，讓控制人員無法感受到是在駕駛真飛機，可能由于控制人員的疏忽大意造成墜機；4.安全性不高如果攝像頭出現故障不能采集視頻信號或者數據傳輸鏈路出現故障都會導致無人機無法控制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對傳統技術中無人機控制技術存在的缺陷，提出一種無人機視景仿真系統及仿真方法，實時顯示無人機當前視景環境及狀態數據，提高無人機控制的安全性和準確性。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是無人機視景仿真系統，包括虛擬現實場景處理模塊負責根據無人機當前的坐標信息在全球衛星照片數據庫及全球適量地形數據庫中查找對應的衛星圖片及地形數據，并對查找到的衛星圖片及地形數據進行渲染，將渲染后得到的數據送入視景顯示模塊；真實場景處理模塊負責將無人機回傳的當前環境的視頻信息進行還原，將還原后的數據送入視景顯示模塊；飛行控制數據處理模塊負責將無人機回傳的飛行控制數據進行還原，并通過 HUD生成算法生成HUD數據，再將HUD數據送入視景顯示模塊；視景顯示模塊負責對經過虛擬現實場景處理模塊處理后的數據、經過真實場景處理模塊處理后的數據、經過飛行控制數據處理模塊處理后的數據合成輸出給顯示單元進行顯不。無人機視景仿真方法，包括以下步驟a.虛擬現實場景處理模塊根據無人機當前的坐標信息在全球衛星照片數據庫及全球適量地形數據庫中查找對應的衛星圖片及地形數據，并對查找到的衛星圖片及地形數據進行渲染，將渲染后得到的數據送入視景顯示模塊；b.真實場景處理模塊將無人機回傳的當前環境的視頻信息進行還原，將還原后的數據送入視景顯示模塊；c.飛行控制數據處理模塊將無人機回傳的飛行控制數據進行還原，并通過HUD生成算法生成HUD數據，再將HUD數據送入視景顯示模塊；d.視景顯示模塊對經過虛擬現實場景處理模塊處理后的數據、經過真實場景處理模塊處理后的數據及經過飛行控制數據處理模塊處理后的數據合成輸出給顯示單元進行顯不。進一步，步驟a具體包括al.無人機的慣性導航系統或GPS系統采集無人機當前世界坐標信息；a2.通過下行鏈路將無人機當前世界坐標信息傳輸給無人視景仿真系統；a3.無人視景仿真系統中的虛擬現實場景處理模塊將無人機當前世界坐標信息轉換為WGS84軍用坐標系中的坐標；a4.虛擬現實場景處理模塊根據轉換后的坐標信息在全球衛星照片數據庫和全球矢量地形數據庫中查找對應的衛星圖片和地形數據；a5.虛擬現實場景處理模塊根據具體的視角對查找到的衛星圖片和地形數據進行渲染，并將渲染后的數據送入視景顯示模塊。進一步，步驟b具體包括bl.無人機的攝像頭采集當前環境的視頻信息并壓縮；b2.通過下行鏈路將壓縮后的視頻信息傳輸給無人視景仿真系統；b3.無人視景仿真系統中的真實場景處理模塊對視頻信息解壓后，將視頻信息送入視景顯示模塊。進一步，步驟c具體包括Cl.無人機的機載傳感器采集飛行控制數據；c2.無人機的控制計算機對采集到的飛行控制數據進行編碼壓縮處理；c3.通過下行鏈路將處理后的飛行控制數據傳輸給無人視景仿真系統；c4.無人視景仿真系統中的飛行控制數據處理模塊對飛行控制數據進行解壓縮解碼處理；c5.通過HUD生成算法將經過步驟c4處理后的飛行控制數據生成HUD數據，并送入視景顯示模塊。進一步，所述飛行控制數據包括無人機當前飛行狀態數據及飛行姿態數據。本發明的有益效果是通過將無人機當前真實視景環境與虛擬出來的當前視景環境及當前飛行控制數據相結合，實時仿真無人機當前視景，提高無人機控制的安全性和準確性。
圖1為本發明中的無人機視景仿真系統結構框圖。
具體實施例方式為了使得本發明的技術方案更加清楚、完整，下面結合附圖及實施例作進一步描述。傳統技術中的無人機控制僅僅利用攝像頭采集當前真實視景環境配合傳感器采集到的飛行控制數據來實現，由于攝像頭本身視角的限制，造成視域狹小，由于信號傳輸距離原因，造成返回的信息有延遲，由于傳輸帶寬的限制，造成視頻信號不清晰，而且一旦攝像頭出故障或傳輸鏈路出故障，都會造成無人機無法控制；針對上述情況，本發明提出了一種無人機視景仿真系統及仿真方法，不僅利用了無人機攝像頭采集的真實視景環境與傳感器采集的飛行控制數據，還通過虛擬當前視景環境并將此三者結合，建立一個多感官刺激的地面駕駛環境，虛擬化技術及合成視覺技術的應用，讓無人機控制人員在任何氣象條件下都能準確的感知飛機在這個三維立體世界中的位置及周邊狀態，仿佛自己就在天空飛行，我們立足建立這樣的情景，讓控制人員扮演好自己的“角色”。參見圖1，該無人機視景仿真系統由四個部分構成1.虛擬現實場景處理模塊負責根據無人機當前的坐標信息在全球衛星照片數據庫及全球適量地形數據庫中查找對應的衛星圖片及地形數據，并對查找到的衛星圖片及地形數據進行渲染，將渲染后得到的數據送入視景顯示模塊；2.真實場景處理模塊負責將無人機回傳的當前環境的視頻信息進行還原，將還原后的數據送入視景顯示模塊；3.飛行控制數據處理模塊負責將無人機回傳的飛行控制數據進行還原，并通過 HUD生成算法生成HUD數據，再將HUD數據送入視景顯示模塊；4.視景顯示模塊負責對經過虛擬現實場景處理模塊處理后的數據、經過真實場景處理模塊處理后的數據、經過飛行控制數據處理模塊處理后的數據合成輸出給顯示單元進行顯示。本發明中的無人機視景仿真方法正是基于上述四個功能模塊來實現的，其具體步驟如下a.虛擬現實場景處理模塊的虛擬場景步驟al.無人機的慣性導航系統或GPS系統采集無人機當前世界坐標信息；a2.通過下行鏈路將無人機當前世界坐標信息傳輸給無人視景仿真系統；a3.無人視景仿真系統中的虛擬現實場景處理模塊將無人機當前世界坐標信息轉換為WGS84軍用坐標系中的坐標；a4.虛擬現實場景處理模塊根據轉換后的坐標信息在全球衛星照片數據庫和全球矢量地形數據庫中查找對應的衛星圖片和地形數據；a5.虛擬現實場景處理模塊根據具體的視角對查找到的衛星圖片和地形數據進行渲染，并將渲染后的數據送入視景顯示模塊；b.真實場景處理模塊對攝像頭采集信息的處理步驟bl.無人機的攝像頭采集當前環境的視頻信息并壓縮；b2.通過下行鏈路將壓縮后的視頻信息傳輸給無人視景仿真系統；b3.無人視景仿真系統中的真實場景處理模塊對視頻信息解壓后，將視頻信息送
6入視景顯示模塊；c.飛行控制數據處理模塊對飛行控制數據的處理步驟cl.無人機的機載傳感器采集飛行控制數據(無人機當前飛行狀態數據及飛行姿態數據)；c2.無人機的控制計算機對采集到的飛行控制數據進行編碼壓縮處理；c3.通過下行鏈路將處理后的飛行控制數據傳輸給無人視景仿真系統；c4.無人視景仿真系統中的飛行控制數據處理模塊對飛行控制數據進行解壓縮解碼處理；c5.通過HUD生成算法將經過步驟c4處理后的飛行控制數據生成HUD數據，并送入視景顯示模塊；d.視景顯示模塊對上述三路信號的合成顯示步驟視景顯示模塊對經過虛擬現實場景處理模塊處理后的數據、經過真實場景處理模塊處理后的數據及經過飛行控制數據處理模塊處理后的數據合成輸出給顯示單元進行顯
7J\ ο其中具體的合成工作可以由視景顯示模塊中的硬件疊加器來完成。采用上述方法即可實現對無人機的安全性、精確性控制。
權利要求
1.無人機視景仿真系統，其特征在于，包括虛擬現實場景處理模塊負責根據無人機當前的坐標信息在全球衛星照片數據庫及全球適量地形數據庫中查找對應的衛星圖片及地形數據，并對查找到的衛星圖片及地形數據進行渲染，將渲染后得到的數據送入視景顯示模塊；真實場景處理模塊負責將無人機回傳的當前環境的視頻信息進行還原，將還原后的數據送入視景顯示模塊；飛行控制數據處理模塊負責將無人機回傳的飛行控制數據進行還原，并通過HUD生成算法生成HUD數據，再將HUD數據送入視景顯示模塊；視景顯示模塊負責對經過虛擬現實場景處理模塊處理后的數據、經過真實場景處理模塊處理后的數據、經過飛行控制數據處理模塊處理后的數據合成輸出給顯示單元進行顯示。
2.無人機視景仿真方法，其特征在于，包括以下步驟a.虛擬現實場景處理模塊根據無人機當前的坐標信息在全球衛星照片數據庫及全球適量地形數據庫中查找對應的衛星圖片及地形數據，并對查找到的衛星圖片及地形數據進行渲染，將渲染后得到的數據送入視景顯示模塊；b.真實場景處理模塊將無人機回傳的當前環境的視頻信息進行還原，將還原后的數據送入視景顯示模塊；c.飛行控制數據處理模塊將無人機回傳的飛行控制數據進行還原，并通過HUD生成算法生成HUD數據，再將HUD數據送入視景顯示模塊；d.視景顯示模塊對經過虛擬現實場景處理模塊處理后的數據、經過真實場景處理模塊處理后的數據及經過飛行控制數據處理模塊處理后的數據合成輸出給顯示單元進行顯示。
3.如權利要求2所述的無人機視景仿真方法，其特征在于，步驟a具體包括 al.無人機的慣性導航系統或GPS系統采集無人機當前世界坐標信息；a2.通過下行鏈路將無人機當前世界坐標信息傳輸給無人視景仿真系統； a3.無人視景仿真系統中的虛擬現實場景處理模塊將無人機當前世界坐標信息轉換為 WGS84軍用坐標系中的坐標；a4.虛擬現實場景處理模塊根據轉換后的坐標信息在全球衛星照片數據庫和全球矢量地形數據庫中查找對應的衛星圖片和地形數據；a5.虛擬現實場景處理模塊根據具體的視角對查找到的衛星圖片和地形數據進行渲染，并將渲染后的數據送入視景顯示模塊。
4.如權利要求2或3所述的無人機視景仿真方法，其特征在于，步驟b具體包括 bl.無人機的攝像頭采集當前環境的視頻信息并壓縮；b2.通過下行鏈路將壓縮后的視頻信息傳輸給無人視景仿真系統； b3.無人視景仿真系統中的真實場景處理模塊對視頻信息解壓后，將視頻信息送入視景顯示模塊。
5.如權利要求2或3所述的無人機視景仿真方法，其特征在于，步驟c具體包括 cl.無人機的機載傳感器采集飛行控制數據；c2.無人機的控制計算機對采集到的飛行控制數據進行編碼壓縮處理； c3.通過下行鏈路將處理后的飛行控制數據傳輸給無人視景仿真系統；c4.無人視景仿真系統中的飛行控制數據處理模塊對飛行控制數據進行解壓縮解碼處理；c5.通過HUD生成算法將經過步驟c4處理后的飛行控制數據生成HUD數據，并送入視景顯示模塊。
6.如權利要求5所述的無人機視景仿真方法，其特征在于，所述飛行控制數據包括無人機當前飛行狀態數據及飛行姿態數據。
全文摘要
本發明涉及無人機控制技術，其針對傳統技術中無人機控制技術存在的缺陷，公開了一種無人機視景仿真系統，實時顯示無人機當前視景環境及狀態數據，提高無人機控制的安全性和準確性。其技術方案的要點可概括為不僅利用了無人機攝像頭采集的真實視景環境與傳感器采集的飛行控制數據，還通過虛擬當前視景環境并將此三者結合，建立一個多感官刺激的地面駕駛環境，虛擬化技術及合成視覺技術的應用，讓無人機控制人員在任何氣象條件下都能準確的感知飛機在這個三維立體世界中的位置及周邊狀態，仿佛自己就在天空飛行，我們立足建立這樣的情景，讓控制人員扮演好自己的“角色”。本發明還公開了一種無人機視景仿真方法，適用于對無人機的控制。
文檔編號G05B17/02GK102339021SQ201110205148
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者羅濤 申請人:成都西麥克虛擬現實電子技術有限公司