[发明专利]一种水面无人飞船的半自动无线控制方法及装置

权利要求书

1.一种水面无人飞船的半自动无线控制方法，其特征在于，所述半自动无线控制方法包括下列步骤：

S1、触控终端和水面无人飞船初始化完成后均默认工作在无人机模式；

其中，所述触控终端，具有人机交互界面，可输入水面无人飞船的控制命令，接收并存储水面无人飞船发送的数据，显示与水面无人飞船状态相应的信息，具有两种工作模式：无人机模式和无人船模式；所述水面无人飞船具有两种工作模式：无人机模式和无人船模式，在无人机模式下具有空中飞行功能，在无人船模式具有水面航行功能；

S2、触控终端控制水面无人飞船起飞并降落至目标水域；

S3、触控终端发送无人船模式的控制命令，并切换自身工作模式为无人船模式；

S4、水面无人飞船收到无人船模式的控制命令后将工作模式切换为无人船模式；

S5、触控终端控制水面无人飞船在水面航行，航行过程中水面无人飞船执行水域探测任务；

S6、当执行完水域探测任务之后，触控终端发送无人机模式的控制命令，并切换自身工作模式为无人机模式；

S7、水面无人飞船收到无人机模式的控制命令后将工作模式切换为无人机模式；

S8、触控终端控制水面无人飞船起飞并降落至目标地点；

其中，手动控制的过程如下：

A1、在触控终端人机交互界面上输入状态控制量的大小；

在无人机模式下，所述状态控制量包括油门、偏航角、横滚角、俯仰角共4个状态控制量的数据；

在无人船模式下，所述状态控制量包括横向和纵向共2个状态控制量的数据，其中横向指水面无人飞船在水面的左右转向控制量，纵向指水面无人飞船在水面的前后速度控制量；

A2、触控终端对无人机模式或无人船模式下输入的状态控制量大小分别进行编码，得到状态控制量的数据；

A3、触控终端将状态控制量的数据封装成状态控制命令，状态控制命令的数据包长度大于或者等于4，且状态控制命令的数据包中第一个字节的最高位为1；

A4、触控终端将状态控制命令发送给水面无人飞船；

A5、水面无人飞船通过判断接收到的数据包长度大于或等于4个字节，且数据包中第一个字节的最高位为1，确定接收到的数据包为状态控制命令；

A6、水面无人飞船提取状态控制命令中的状态控制量的数据，从状态控制量的数据中获取相应工作模式下状态控制量的编码，并对状态控制量的编码进行解码，水面无人飞船根据解码的结果进行状态响应；

半自动控制的过程如下：

B1、在触控终端人机交互界面上输入具有特定功能的控制命令；

其中，所述特定功能在触控终端与水面无人飞船预先设定，并在控制命令的数据包中通过数据位进行区分，特定功能在触控终端人机交互界面上以虚拟按钮和/或列表的形式显示出来，通过触摸选中的方式开启特定功能，标识所述特定功能的数据位被置位；在无人机模式下，所述特定功能至少包括如下功能中的一项：一键起飞、悬停、一键降落、自动返航、自动飞行至目标地点；在无人船模式下，所述特定功能至少包括如下功能中的一项：直线航行、返航、连续“S”型线航行、“阿基米德”螺旋线航行、自动航行至目标地点；

B2、触控终端给水面无人飞船发送具有特定功能的控制命令，此时控制命令的数据包长度小于4，且数据包中第一个字节的最高位为0；

B3、水面无人飞船通过判断接收到的数据包长度小于4个字节，且数据包中第一个字节的最高位为0，确定接收到的数据包为具有特定功能的控制命令；

B4、水面无人飞船根据控制命令中的数据位识别所指定的特定功能，根据预先在程序中设计好的控制逻辑自动执行所指定的特定功能，在自动执行的过程中，判断是否收到状态控制命令，若否，则转至步骤B4继续执行；

B5、水面无人飞船若收到状态控制命令，则判断状态控制命令中的状态控制量的取值是否等于默认值，若是，则转至步骤B4继续执行；

B6、若状态控制量的取值不等于默认值，水面无人飞船按状态控制量的取值控制自身的状态，执行完成后，则转步骤B5继续执行；

B7、水面无人飞船执行完成所指定的特定功能后，给触控终端发送完成信息；所述控制命令的数据包长度小于4个字节时，发送过程如下：

C1、触控终端给水面无人飞船发送控制命令；

C2、触控终端等待水面无人飞船返回应答信息，若在设定时间间隔内未收到应答信息，则转至步骤C1继续执行；

C3、触控终端若在设定时间间隔内收到应答信息，停止发送所述控制命令；

其中，所述步骤A1中，从控制区域中输入状态控制量的大小，其中，所述控制区域的设定规则如下：

在触控终端的人机交互界面为每个状态控制量设定控制区域，输入是指触摸设定的控制区域，其中，在无人机模式下，油门的控制区域是通过一个具有一定长度的纵向滑轨限定，在滑轨上设定一个滑块，滑块在滑轨上滑动便实现油门的大小控制，滑块的默认位置在滑轨的中点；偏航角的控制区域是通过一个具有一定长度的横向滑轨限定，在滑轨上设定一个滑块，滑块在滑轨上滑动便可以实现偏航角的大小控制，滑块的默认位置在滑轨的中点；横滚角和俯仰角共用一个触摸点控制，控制区域为“田”字形，“田”字形中间的横向滑轨代表横滚角，纵向滑轨代表俯仰角，触摸点在“田”字形控制区域内滑动实现对横滚角和俯仰角的大小控制，触摸点到“田”字形中心的距离在对应滑轨上的投影大小表征着滑轨所代表的状态控制量的大小；

在无人船模式下，前后速度的控制区域是通过一个具有一定长度的纵向滑轨限定，在滑轨上设定一个滑块，滑块在滑轨上滑动便可以实现前后速度的大小控制，滑块的默认位置在滑轨的中点；左右转向的控制区域是通过一个具有一定长度的横向滑轨限定，在滑轨上设定一个滑块，滑块在滑轨上滑动便可以实现左右转向的大小控制，滑块的默认位置在滑轨的中点；

其中，所述步骤A2中对无人机模式或无人船模式下输入的状态控制量大小分别进行编码的过程如下：

A2.1、在滑轨上共设有2a个触摸点，以滑轨的中点位置作为参考零点将滑轨分为正半滑轨和负半滑轨，正半滑轨和负半滑轨上的触摸点均是a个；

A2.2、将正半滑轨和负半滑轨均划分为三种不同灵敏度的转换区，分别称为死区转换区、第一灵敏度转换区、第二灵敏度转换区；

A2.3、判断触摸点所属转换区，按所在转换区的编码公式对控制量的大小进行编码，编码的取值均是整数；

其中，所述步骤A2.3中对控制量的大小进行编码的过程如下：

A2.3.1、计算触摸点到参考零点的距离；

A2.3.2、计算触摸点到参考零点的距离在滑轨上的投影大小Δd，Δd＞0表示触摸点落在正半滑轨上，此时Δd取值范围是(0，a]内的整数；Δd＜0表示触摸点落在负半滑轨上，此时Δd的取值范围是[-a，0)内的整数；Δd＝0是无任何触摸时的默认值；

A2.3.3、判断Δd的绝对值是否小于第一阈值ε₀，若是，则触摸点在死区转换区，编码公式为：

C(Δd)＝0 (公式1)

其中，C(Δd)表示状态控制变量在滑轨上的投影大小为Δd时的编码；

A2.3.4、若Δd的绝对值是大于或等于第一阈值ε₀，当触摸点落在正半滑轨上，判断Δd的取值是否小于正半滑轨第二阈值ε₁，若是，则此触摸点在第一灵敏度转换区，编码公式为：

其中，表示对的数学运算结果进行四舍五入取整运算，δ是第一灵敏度转换区的参数，取值为大于零的整数，表示在滑轨上每移动δ个触摸点编码变化1个单位；

当触摸点落在负半滑轨上，判断Δd的取值是否大于负半滑轨第二阈值ε_-1，若是，则此触摸点在第一灵敏度转换区，编码公式为：

A2.3.5、当触摸点落在正半滑轨上且Δd是大于或等于正半滑轨第二阈值ε₁，则此触摸点在第二灵敏度转换区，编码公式为：

其中，β是第二灵敏度转换区的参数，取值为大于零的整数，表示在滑轨上每移动β个触摸点编码变化1个单位，μ表示在正半滑轨上的第一灵敏度转换区中不同编码的个数；

当触摸点落在负半滑轨上且Δd是小于或等于负半滑轨第二阈值ε_-1，则此触摸点在第二灵敏度转换区，编码公式为：

其中，ρ表示在负半滑轨上的第一灵敏度转换区中不同编码的个数；

其中，所述步骤A6中对状态控制量的编码进行解码的过程如下：

A6.1、判断状态控制变量的编码x是否更新，若状态控制变量的编码x没有更新，则继续利用上一次计算得到的y(x)，进行步骤A6.3；

A6.2、若状态控制变量的编码x已经更新，则将状态控制量的编码x带入转换函数进行解码得到y(x)，转换函数为：

其中，y(x)表示编码为x时的解码结果，x_MIN是输入状态控制量编码的最小值，y_MIN＝y(x_MIN)，x_MAX输入状态控制量编码的最大值，y_MAX＝y(x_MAX)，k表示转换函数的一个参数，称为转换函数的灵敏度调节系数，k的取值范围为[-5，5]中的非零实数；

A6.3、将y(x)带入权重函数进行计算出f_i，计算方法如下：

f_i＝αy(x)+(1-α)f_i-1 (公式7)

其中i表示第i次迭代，i＝1...，且f₀＝0，f_i表示状态控制量经过i次迭代后的取值；α表示权重系数，取值范围是(0，1]内的实数；

A6.4、将f_i作为实参传递给飞行控制或者航行控制处理进程后，则转至步骤A6.1继续执行，直至对状态控制量的编码完成解码；

其中，所述步骤B7中水面无人飞船给触控终端发送完成信息的过程如下：

B7.1、水面无人飞船给触控终端发送完成信息；

B7.2、水面无人飞船等待触控终端返回应答信息，若在设定时间间隔内未收到应答信息，则转至步骤B7.1继续执行；

B7.3、水面无人飞船若在设定时间间隔内收到应答信息，停止发送完成信息。

2.一种实现权利要求1所述的半自动无线控制方法的水面无人飞船半自动无线控制装置，其特征在于，所述半自动无线控制装置包括：

触控终端，包括：触摸屏及其组件，用于显示人机交互界面，检测并存储触摸数据，还用于显示其它部件初始化信息，显示水面无人飞船发送过来的数据信息；微控制器，对各个模块进行初始化和逻辑控制，对各类数据进行处理；工作在1GHz以下的ISM频段的无线通信模块，无线信号的中心频率典型值为433MHz或者915MHz，用于接收所述微控制器发送过来的数据，并对数据做技术处理之后向空间发送电波，还用于接收水面无人飞船发送的电波，并对电波信号进行处理之后将有效数据发送给微控制器；定位模块，用于获取手持终端当前的地理位置信息；存储单元，用于存储交互界面所需的图案、字体库、地图数据及接收到的数据；电源组件，用于提供电源和进行电源管理。