本發明涉及無線通信，具體而言，涉及一種無人機飛行狀態控制方法及系統。

背景技術：

1、近年來，無人機因其體積小、飛行靈活、控制精準等優勢被廣泛應用于各行各業的多個方面，如安全巡檢、信息采集等，無人機移動通信控制技術也得到了快速發展。但是，目前的無人機移動通信控制技術尚不完善，具有信道特征差、環境干擾因素多、頻譜資源少、管理級別高等特點，導致對無人機的控制距離短且控制信號易受干擾的問題。

2、有鑒于此，特提出本技術。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種無人機飛行狀態控制方法及系統，解決現有的無人機移動通信技術對無人機的控制距離短且控制信號易受干擾的問題。

2、本發明通過下述技術方案實現：

3、一方面，提供一種無人機飛行狀態控制方法，包括以下步驟：s1：建立無人機與地面控制站之間的tcp連接；s2：在無人機一側，將無人機的實時飛行狀態信息以消息幀的形式通過移動網絡發送至地面控制站；s3：在地面控制站一側，利用pid算法和mahony互補濾波算法對無人機發送的消息幀和無人機遙控器發送的控制命令進行解析，生成無人機的飛行狀態控制信息，將飛行狀態控制信息以消息幀的形式通過移動網絡發送給無人機；s4：在無人機一側，根據地面控制站發送的消息幀控制無人機的飛行狀態。

4、進一步的，s2中，無人機的實時飛行狀態信息包括無人機的飛行姿態信息、無人機的飛行位置信息和無人機的外圍設備信息；其中，無人機的飛行姿態信息包括旋翼轉速、旋翼轉向、旋翼角度和飛行速度，無人機的飛行位置信息包括經度、緯度和飛行高度，無人機的外圍設備信息包括電池電量和攝像頭參數；s3中，無人機的飛行狀態控制信息包括無人機的飛行路線控制信息和無人機的飛行姿態控制信息；其中，無人機的飛行路線控制信息包括飛行路線中多個目標位置的數量、每一個目標位置的編號以及每一個目標位置的經緯度和高度，無人機飛行姿態控制信息包括從當前位置飛行到下一個目標位置過程中的旋翼期望轉速、旋翼期望轉向和旋翼期望角度。

5、進一步的，無人機的飛行姿態控制信息中，旋翼期望轉向包括一組對角線上的旋翼采用順時針方向旋轉，另一組對角線上的旋翼采用逆時針方向旋轉。

6、進一步的，s2中，將無人機的實時飛行狀態信息以消息幀的形式通過移動網絡發送至地面控制站，包括以下步驟：s21：分別對無人機的飛行狀態信息、無人機的飛行位置信息和無人機的外圍設備信息封裝為消息幀數據結構的數據包；s22：將封裝后的每一個數據包通過移動網絡發送至地面控制站；s3中，將飛行狀態控制信息以消息幀的形式通過移動網絡發送給無人機，包括以下步驟：s31：分別對無人機的飛行姿態控制信息和無人機的飛行路線控制信息封裝為消息幀數據結構的數據包；s32：將封裝后的每一個數據包通過移動網絡發送至地面控制站。

7、進一步的，封裝為消息幀數據結構的數據包的方法為：建立消息幀數據結構；消息幀數據結構包括開始標志字段、消息幀序號字段、消息id字段、數據字段、校驗字段和消息長度字段；利用打包函數將數據打包；提取消息幀數據結構，并向消息幀數據結構中寫入開始標志、數據包序號和消息id，并將數據包序號加1；向消息幀結構中寫入數據；計算crc驗證碼，并將crc驗證碼寫入消息幀結構；計算消息幀的總長度，將總長度寫入消息幀結構，得到消息幀數據結構的數據包。

8、進一步的，s3中，pid控制模型包括：依次串聯的第一角度環pid控制器、第二角度環pid控制器和旋翼角速度傳感器；第一角度環pid控制器用于接收期望角度，根據期望角度獲取期望角速度；第二角度環pid控制器用于根據期望角速度生成pwm信號；旋翼角速度傳感器用于獲取在pwm信號驅動下旋翼的當前角度和旋翼的當前角速度，將旋翼的當前角度反饋給第一角度環pid控制器，將旋翼的當前角速度反饋給第二角度環pid控制器；第一角度環pid控制器還用于判斷旋翼的當前角速度是否與期望角度相同，若不相同，則更新期望角度；第二角度環pid控制器還用于判斷旋翼的當前角速度是否與期望角速度相同，若不相同，則更新pwm信號；

9、進一步的，s3中，利用pid算法和mahony互補濾波算法對無人機發送的消息幀和無人機遙控器發送的控制命令進行解析，包括以下步驟：采用pid算法獲取無人機的旋翼期望轉速和旋翼期望角度；采用mahony互補濾波算法生成用于對陀螺儀進行低頻噪聲濾波的高通濾波信號和對旋翼旋轉加速度進行高頻噪聲濾波的低通濾波信號。

10、進一步的，s2還包括以下步驟：將無人機的身份信息以消息幀的形式通過移動網絡發送至地面控制站；s3還包括以下步驟：對無人機發送的身份信息進行解析，以及生成禁飛區域控制信息，將禁飛區域控制信息以消息幀的形式通過移動網絡發送給無人機；s4還包括以下步驟：將控制信號應答信息以消息幀的形式通過移動網絡發送至地面控制站。

11、進一步的，禁飛區域控制信息包括飛行路線中多個目標位置的數量、每一個目標位置的編號以及每一個目標位置的經緯度、禁非區域標志和禁飛區域半徑。

12、另一方面，提供一種無人機飛行狀態控制系統，包括安裝在無人機上的飛行狀態傳感模塊、無人機通信模塊和飛行控制模塊，以及安裝在地面控制站的數據分析模塊和客戶端通信模塊。

13、其中，無人機與地面控制站之間建立有tcp連接；飛行狀態傳感模塊用于向無人機通信模塊實時發送飛行狀態信息；無人機通信模塊用于將飛行狀態信息進行編碼，將編碼后的信息以消息幀的形式通過移動網絡發送給客戶端通信模塊；客戶端通信模塊用于對無人機通信模塊發送的消息幀進行解碼，并接收遙控器發送的控制命令；數據分析模塊用于利用pid算法和mahony互補濾波算法對控制命令和客戶端通信模塊解碼的信息進行分析，生成無人機飛行控制命令；客戶端通信模塊還用于對無人機飛行控制命令進行編碼，將編碼后的信息以消息幀的形式通過移動網絡發送給無人機通信模塊；無人機通信模塊還用于對客戶端通信模塊發送的消息幀進行解碼；飛行控制模塊還用于根據無人機通信模塊解碼的信息控制無人機飛行狀態。

14、進一步的，上述無人機飛行狀態控制系統還包括安裝在地面控制站的身份驗證模塊，身份驗證模塊用于對無人機的身份合法性進行驗證；安裝在無人機上的gps定位模塊和預警模塊；gps定位模塊用于對無人機的當前位置、目標飛行位置和禁飛區域中心位置進行定位；預警模塊用于當無人機靠近禁飛區域時生成預警信號。

15、本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

16、1、定義了用于無人機與地面站之間進行數據交互的消息幀數據結構，采用消息幀數據結構對交互數據進行打包，確保信息能夠被完整傳送和接收，降低了無人機控制信息在傳輸過程中的干擾。并且，打包后的數據采用移動網絡進行傳輸，因此無人機上無需搭載信微波接收器，從根本上避免了無人機通過傳統的微波接收信號易被劫持的風險；并且通過移動網絡通信，無人機的ip地址是動態分配的，具有一定的不可預測性，能夠有效避免針對無人機的網絡攻擊，能夠進一步保證通信安全；此外，使用移動網絡傳輸無人機控制信號傳輸，可以大幅增加信號的傳送距離，實現遠距離移動式地控制無人機的飛行狀態。

17、2、消息幀的數據結構可擴充、可修改，增加了無人機控制信息的靈活性和多樣性。