一种机头方向校正方法及装置、飞行控制器
阅读说明：本技术 一种机头方向校正方法及装置、飞行控制器 (Method and device for correcting direction of machine head and flight controller ) 是由 李晟华 林惠宏 于 2018-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种机头方向校正方法及装置、飞行控制器,涉及无人机控制技术领域,以在保证飞行器安全飞行的前提下,简化天线安装自检过程。该校正方法包括：获取飞行器的姿态信息和飞行器的导航信息,根据飞行器的姿态信息和飞行器的导航信息,获得机头测定方向；机头测定方向与机头参照方向相同时,确定机头测定方向为机头校正方向,否则对机头测定方向进行反向,获得用于对飞行器进行导航的机头校正方向。所述机头方向校正装置用于实现上述校正方法。本发明提供的机头方向校正方法及装置、飞行控制器用于无人机控制中。(The invention discloses a method and a device for correcting a direction of a nose and a flight controller, and relates to the technical field of unmanned aerial vehicle control, so that an antenna installation self-checking process is simplified on the premise of ensuring safe flight of an aircraft. The correction method comprises the following steps: acquiring attitude information of the aircraft and navigation information of the aircraft, and acquiring a machine head measuring direction according to the attitude information of the aircraft and the navigation information of the aircraft; and if the measured direction of the aircraft nose is the same as the reference direction of the aircraft nose, determining the measured direction of the aircraft nose as the corrected direction of the aircraft nose, and if not, reversing the measured direction of the aircraft nose to obtain the corrected direction of the aircraft nose for navigating the aircraft. The machine head direction correcting device is used for realizing the correcting method. The invention provides a method and a device for correcting the direction of a machine head and a flight controller, which are used for unmanned aerial vehicle control.)
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种机头方向校正方法及装置、飞行控制器。
背景技术
载波相位差分技术(Real-time kinematic，缩写为RTK)是一种实时动态测量技术，其能够对定位对象进行厘米级的精确定位，经常被应用于飞行器导航中。
目前，飞行器采用两个RTK天线对飞行器进行厘米级精确定位，以确定飞行器的机头方向，从而达到对飞行器进行导航的目的，但由于RTK天线的外观结构没有区别，两个RTK天线很容易反接在飞行器的双母口接口上，使得两个RTK天线所确定的飞行器的机头方向与飞行器的实际机头方向相反，导致飞行器失控，甚至出现坠毁事故。
为了解决上述问题，在两个RTK天线与飞行器的双母口接口连接后，控制飞行器按照设定航线飞行。在飞行过程中，判断两个RTK天线所确定的飞行器的机头方向轨迹与实际飞行方向是否一致，若不一致，则说明两个RTK天线与飞行器的双母口接口反接，需要控制飞行器紧急悬停并强制降落，然后调换两个RTK天线与飞行器的双母口接口的连接，但这种方式不仅耗时耗电，而且在飞行器无法紧急悬停时，导致飞行器出现失控的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机头方向校正方法及装置、飞行控制器，用以在保证飞行器安全飞行的前提下，简化两个天线与飞行器的双母口接口是否反接的判断过程。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种机头方向校正方法，该机头方向校正方法包括：
获取飞行器的姿态信息和两个天线的位置信息；以海平面为基准时，所述两个天线的信号接收位置所在海拔高度不同；
根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，确定机头测定方向；
若所述机头测定方向与机头参照方向相同，则确定所述机头测定方向为机头校正方向；
若所述机头测定方向与机头参照方向相反，则对所述机头测定方向进行反向处理，获得机头校正方向。
可选的，所述两个天线的位置信息均为RTK定位信息。
可选的，所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向，所述根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，获得机头测定方向包括：
根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线；
或，
所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；所述根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，获得机头测定方向包括：
根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线。
优选的，当所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向，所述飞行器的姿态信息为飞行器的姿态角α，所述两个天线的信号接收位置连线与所述飞行器的机身平面所呈的夹角为γ，所述两个天线的信号接收位置以机身平面为基准时的高度差的绝对值为h；
所述两个天线的位置信息为第一位置坐标(u,v,w)和第二位置坐标(x,y,z)；u为第一纬度数据，v为第一经度数据，w为第一海拔数据，x为第二纬度数据，y为第二经度数据，z为第二海拔数据；
当所述飞行器的姿态角α＝0°，若w＞z，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线包括：设定所述机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,z)；若w＜z，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线包括：设定所述机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,w)；
当所述飞行器的姿态角α大于0°且小于90°，若w＞z，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线包括：设定所述机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w-h/cosα)；若w＜z，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线包括：设定所述机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z-h/cosα)；
当所述飞行器的姿态角α大于-90°且小于0°，若w＞z，|α|＜γ，或w＜z，|α|＞γ所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线包括：设定所述机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w-hcosα)；若w＜z，|α|＜γ，或w＞z，|α|＞γ，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线包括：设定所述机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z-hcosα)。
优选的，所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；所述飞行器的姿态信息为飞行器的姿态角α，所述两个天线的信号接收位置连线与所述飞行器的机身平面所呈的夹角为γ；所述两个天线的信号接收位置以机身平面为基准时的高度差的绝对值为h；
所述两个天线的位置信息为第一位置坐标(u,v,w)和第二位置坐标(x,y,z)，u为第一纬度数据，v为第一经度数据，w为第一海拔数据，x为第二纬度数据，y为第二经度数据，z为第二海拔数据；
当所述飞行器的姿态角α大于-90°且小于0°，若w＜z，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线包括：设定所述机头测定方向是由(x,y,z-h/cosα)指向(u,v,w)；若w＞z，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线包括：设定所述机头测定方向是由(u,v,w-h/cosα)指向(x,y,z)；
当所述飞行器的姿态角α＝0°，若w＜z，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线包括：设定所述机头测定方向是由(x,y,w)指向(u,v,w)；若w＞z，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线包括：设定所述机头测定方向是由(u,v,z)指向(x,y,z)；
当所述飞行器的姿态角α大于0°且小于90°，若w＜z，α＜γ，或w＞z，且α＞γ，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线包括：设定所述机头测定方向是由(x,y,z-h/cosα)指向(u,v,w)；若w＞z，且α＜γ，或w＜z，α＞γ，所述设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线包括：设定所述机头测定方向是由(u,v,w-h/cosα)指向(x,y,z)。
进一步，当所述w＝z，|α|＝γ，所述机头方向校正方法还包括：
调整所述飞行器的姿态；
在所述飞行器的姿态调整后，更新所述飞行器的姿态信息和所述和两个天线的位置信息。
可选的，所述接收飞行器的姿态信息和飞行器的导航信息时，所述机头方向校正方法还包括：
接收机头参照方向，所述机头参照方向所在直线与所述机头测定方向所在直线平行。
优选的，所述飞行器的姿态信息为俯仰角θ和/或横滚角
当所述飞行器的姿态信息为俯仰角θ，所述机头参照方向所在直线与所述飞行器的机头和机尾连线平行；
当所述飞行器的姿态信息为横滚角或所述飞行器的姿态信息为俯仰角θ和横滚角所述机头参照方向所在直线与飞行器的机头和机尾连线交叉，且所述确定所述机头测定方向为机头校正方向或所述获得机头校正方向后，所述机头方向校正方法还包括：
将所述机头校正方向进行空间变换，使得所述机头校正方向与所述飞行器的机头和机尾连线平行。
可选的，所述在所述机头测定方向与机头参照方向相反时，所述机头方向校正方法还包括：
生成用于提示用户天线安装异常的提醒信息，将所述提醒信息发送至客户端。
与现有技术相比，本发明提供的机头方向校正方法中，以海平面为基准时，两个天线的信号接收位置所在海拔高度不同，使得飞行器只要上电，就能够根据飞行器的姿态信息和两个天线的位置信息判断出机头测定方向；然后将机头测定方向与预设的机头参照方向进行比较，在机头测定方向与机头参照方向相反时，说明两个天线的安装位置相反，此时只需要对机头测定方向进行反向，获得机头校正方向，以利用机头校正方向进一步对飞行器进行持续飞行导航，而无需在飞行过程中悬停降落，重新安装两个天线；可见，本发明提供的机头方向校正方法能够在飞机起飞前，就能够对两个天线的安装位置进行自检，并且在两个天线的安装位置相反时，对机头测定方向进行反向处理后，再利用所获得的机头校正方向对飞行器进行导航，避免了两个天线安装位置相反时，飞行器出现故障无法悬停降落所产生的安全事故；因此，本发明提供的机头方向校正方法在保证飞行器安全飞行的前提下，简化两个天线与飞行器的双母口接口是否反接的判断过程。
本发明还提供了一种机头方向校正装置，该机头方向校正装置包括：
与姿态传感器和两个天线分别连接的接收模块，用于获取飞行器的姿态信息和两个天线的位置信息；所述两个天线的信号接收位置以海平面为基准时所在海拔高度不同；
与所述接收模块连接的处理模块，用于根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，确定获得机头测定方向；
与所述处理模块连接的方向确定模块，用于在所述机头测定方向与机头参照方向相同时，确定所述机头测定方向为机头校正方向；在所述机头测定方向与机头参照方向相反时，对所述机头测定方向进行反向处理，获得机头校正方向。
可选的，所述两个天线均为用于提供RTK定位信息的RTK天线。
可选的，所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向，所述处理模块具体用于根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线；
或，
所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；所述处理模块具体用于根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线。
优选的，当所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；
所述飞行器的姿态信息为飞行器的姿态角α，所述两个天线的信号接收位置连线与所述飞行器的机身平面所呈的夹角为γ；所述两个天线的信号接收位置以机身平面为基准时的高度差的绝对值为h；所述两个天线的位置信息为第一位置坐标(u,v,w)和第二位置坐标(x,y,z)，u为第一纬度数据，v为第一经度数据，w为第一海拔数据，x为第二纬度数据，y为第二经度数据，z为第二海拔数据；
所述处理模块具体用于在所述飞行器的姿态角α＝0°，若w＞z，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,z)，若w＜z，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,w)；
在所述飞行器的姿态角α大于0°且小于90°，若w＞z，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w-h/cosα)，若w＜z，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z-h/cosα)；
在所述飞行器的姿态角α大于-90°且小于0°，若w＞z，|α|＜γ，或w＜z，|α|＞γ，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w-h/cosα)，若w＜z，|α|＜γ，或w＞z，|α|＞γ，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z-h/cosα)。
优选的，所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；
所述飞行器的姿态信息为飞行器的姿态角α，所述两个天线在机身平面的正投影的距离为L，所述两个天线的信号接收位置连线与所述飞行器的机身平面所呈的夹角为γ；所述两个天线的信号接收位置以机身平面为基准时的高度差的绝对值为h；所述两个天线的位置信息为第一位置坐标(u,v,w)和第二位置坐标(x,y,z)，u为第一纬度数据，v为第一经度数据，w为第一海拔数据，x为第二纬度数据，y为第二经度数据，z为第二海拔数据；
所述处理模块具体用于在所述飞行器的姿态角α大于-90°小于等于0°，若w＜z，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(x,y,z-h/cosα)指向(u,v,w)，若w＞z，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(u,v,w-h/cos)指向(x,y,z)；
在所述飞行器的姿态角α＝0°，若w＜z，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(x,y,w)指向(u,v,w)，若w＞z，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(u,v,z)指向(x,y,z)；
在所述飞行器的姿态角α大于0°且小于90°，若α＜γ，且w＜z，或w＞z，且α＞γ，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(x,y,z-h/cosα)指向(u,v,w)，若α＜γ，且w＞z，或w＜z，α＞γ，根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，设定所述机头测定方向是由(u,v,w-h/cosα)指向(x,y,z)。
进一步，所述处理模块还用于在w＝z，|α|＝γ，生成姿态调整指令和信息更新指令；
所述机头方向校正装置还包括与姿态控制器连接的发送模块，用于向所述姿态控制器发送姿态调整指令，使得所述姿态控制器根据姿态调整指令调整所述飞行器的姿态；
所述接收模块还用于根据信息更新指令，在所述飞行器的姿态调整后更新所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息。
可选的，所述接收模块还与客户端连接，所述客户端用于设定所述机头参照方向，所述接收模块还用于接收机头参照方向，所述机头参照方向所在直线与所述机头测定方向所在直线平行。
可选的，所述飞行器的姿态信息为俯仰角θ和/或横滚角
当所述飞行器的姿态信息为俯仰角θ，所述机头参照方向所在直线与所述飞行器的机头和机尾连线平行；
当所述飞行器的姿态信息为横滚角或所述飞行器的姿态信息为俯仰角θ和横滚角所述机头参照方向所在直线与飞行器的机头和机尾连线交叉，所述机头方向校正装置还包括与所述方向确定模块连接的空间变换模块，用于在所述飞行器的姿态信息为横滚角或所述飞行器的姿态信息为俯仰角θ和横滚角时，若所述机头测定方向与机头参照方向相同时，将所述机头校正方向进行空间变换，使得所述机头校正方向与所述飞行器的机头和机尾连线平行。
可选的，若所述飞行器的姿态信息为飞行器的俯仰角θ，所述第一天线和所述第二天线设在所述飞行器的机体轴所在直线；
若所述飞行器的姿态信息为横滚角或所述飞行器的姿态信息包括俯仰角θ和横滚角所述第一天线和所述第二天线位于所述飞行器的机体轴的两侧。
可选的，所述处理模块还用于在所述机头测定方向与机头参照方向相反时，生成用于提示用户天线安装异常的提醒信息；
所述机头方向校正装置还包括与处理模块连接的发送模块，用于将所述提醒信息发送至客户端。
与现有技术相比，本发明提供的机头方向校正装置的有益效果与上述技术方案所述的机头方向校正方法的有益效果相同，在此不做赘述。
本发明还提供了一种飞行控制器，该飞行控制器包括上述技术方案所述机头方向校正装置。
与现有技术相比，本发明提供的飞行控制器的有益效果与上述技术方案所述的机头方向校正方法的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的应用场景图；
图2为本发明实施例提供的飞行控制器的结构框图；
图3为本发明实施例提供的机头校正方法的流程图；
图4为本发明实施例中设定机头测定方向的一种流程图；
图5为本发明实施例中设定机头测定方向的另一种流程图；
图6为飞行器的机体坐标系的示意图；
图7为本发明实施例中θ＝0时机头测定方向在第一机头参照方向下的示意图；
图8为本发明实施例中0°＜θ＜90°时机头测定方向在第一机头参照方向下的示意图；
图9为本发明实施例中-90°＜θ＜0°，且|θ|＜γ时机头测定方向在第一机头参照方向下的示意图；
图10为本发明实施例中-90°＜θ＜0°，且|θ|＞γ时机头测定方向在第一机头参照方向下的相对位置示意图；
图11为本发明实施例中θ＝0时机头测定方向在第二机头参照方向下的示意图；
图12为本发明实施例中0°＜θ＜90°，且θ＜γ时机头测定方向在第二机头参照方向下的示意图；
图13为本发明实施例中0°＜θ＜90°，且θ＞γ时机头测定方向在第二机头参照方向下的示意图；
图14为本发明实施例中-90°＜θ＜0°时机头测定方向在第二机头参照方向下的示意图；
附图标记：
1-飞行器， 10-飞行控制器；
100-机身平面， 101-机头方向校正装置；
101a-接收模块， 101b-处理模块；
101c-方向确定模块， 101d-发送模块；
101e-空间转换模块， 102-姿态控制器；
11-第一天线， 12-第二天线；
13-姿态传感器， 2-测量设备；
21-RTK信息服务平台， 22-导航卫星；
3-客户端， A-高海拔信号接收位置；
B-低海拔信号接收位置， HP-水平面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，第一RTK天线应当接在飞行器的第一母口接口，第二RTK天线应当接在飞行器的第二母口接口，但由于第一RTK天线和第二RTK天线的外观结构相同，导致在飞行器上安装第一RTK天线和第二RTK天线时，第一RTK天线接在飞行器的第二母口接口，第二RTK天线接在飞行器的第一母口接口，这种问题被定义为第一RTK天线和第二RTK天线反接在飞行器的双母口接口上。
虽然现有技术已经公开了判断第一天线(如第一RTK天线)和第二天线(如第二RTK天线)反接在飞行器的双母口接口的方法，但是其过程比较复杂，且耗时长，难以保证飞行器的安全飞行，容易造成飞行器坠毁。针对现有技术所存在的问题，本发明实施例提供了一种机头方向校正方法及装置、飞行控制器，其可应用于图1所示的应用场景中。
如图1和图2所示，测量设备2所提供的第一天线11的位置信息(即第一天线11所测量的第一位置信息)，第二天线12接收测量设备2所提供的第二天线12的位置信息(即第二天线12所测量的第二位置信息)，将第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息提供给机头方向校正装置101，同时，姿态传感器13监测飞行器1的姿态信息，并将飞行器1的姿态信息提供给机头方向校正装置101，这样机头方向校正装置101在将机头测定方向出现问题(机头测定方向与机头参照方向相反)时，对机头测定方向进行反向，获得机头校正方向，以对飞行器1导航。同时，机头方向校正装置101还可以在将机头测定方向与机头参照方向相反时，向客户端3发出提醒信息，以使得用户通过客户端3获知天线安装异常。其中，飞行器1只要上电，机头方向校正装置101就可开始机头方向校正，该过程实质是一个天线安装的自检过程。如果自检结果显示第一天线11和第二天线12反接在飞行器1的母口接口上，则只需要对机头测定方向进行校正(即反向处理)，即可以利用机头校正方向对飞行器1进行导航；而无需天线安装人员重新安装天线。下面结合附图对本发明实施例提供的机头方向校正方法进行详细说明。
如图1～图3和图7～图14所示，本发明实施例提供的机头方向校正方法包括如下步骤：
步骤S100：获取飞行器1的姿态信息和两个天线的位置信息。两个天线的位置信息包括第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息；以海平面为基准时，第一天线11的信号接收位置所在海拔高度与第二天线12的信号接收位置所在海拔高度不同；
步骤S200：根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，获得机头测定方向；
若机头测定方向与机头参照方向相反，则执行步骤311；
若机头测定方向与机头参照方向相同，则执行S312；
步骤S311：对机头测定方向进行反向，获得机头校正方向；
步骤S312：确定机头测定方向为机头校正方向。
基于上述实施例提供的机头方向校正方法中，以海平面为基准时第一天线11的信号接收位置所在海拔高度与第二天线12的信号接收位置的海拔高度不同，使得飞行器只要上电，就能够根据飞行器1的姿态信息，第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息判断出机头的测定方向；然后将机头测定方向与预设的机头参照方向进行比较，在机头测定方向与机头参照方向相反时，说明两个天线的安装位置相反(第一天线11和第二天线12反接在飞行器1的母口接口)，此时只需要对机头测定方向进行反向，获得机头校正方向，以利用机头校正方向进一步对飞行器进行持续飞行导航，而无需在飞行过程中悬停降落，重新安装两个天线；可见，本发明实施例提供的机头方向校正方法能够在飞机起飞前，并且通常是在飞行器组装完成后且进行试飞前，就能够对两个天线的安装位置进行自检，并且在两个天线的安装位置相反时，对机头测定方向进行反向处理后，再利用所获得的机头校正方向对飞行器进行导航，避免了两个天线安装位置相反时，飞行器出现故障无法悬停降落所产生的安全事故；因此，本发明实施例提供的机头方向校正方法在保证飞行器安全飞行的前提下，简化两个天线与飞行器的双母口接口是否反接的判断过程。
需要说明的是，上述实施例中第一天线11和第二天线12可以为接收普通GPS定位信息的天线，也可以为接收RTK定位信息的RTK天线，当第一天线11和第二天线12均为RTK天线时，如图1和图2所示，测量设备2包括相互通信的RTK信息服务平台21和导航卫星22；导航卫星22可以为GPS导航卫星，也可以为北斗导航卫星；第一天线11和第二天线12均与RTK信息服务平台21和导航卫星22通信，以使得第一天线11和第二天线12实时接收RTK信息服务平台21所发布的修正数据和定位信息，并利用修正数据对定位信息进行修正，即可获得第一天线11的RTK定位信息和第二天线12的RTK定位信息。
在一些实施例中，在机头测定方向与机头参照方向相反时，如图1～图3所示，本发明实施例提供的机头方向校正方法还包括：
与步骤S311并行的步骤S313：生成用于提示用户天线安装异常的提醒信息，将提醒信息发送至客户端3，使得客户端3向用户提供天线安装异常的提醒信息。
在一些实施例中，机头参照方向是否与机头测定方向一致，应当以机头参照方向的预设方式决定。其中，上述机头参照方向可以是客户端所提供的机头参照方向，也可以按照如下定义设定：
如图4所示，当机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向，则如图1和图2所示，上述根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，获得机头测定方向包括：
根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线。
如图5所示，当所述机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；则如图1和图2所示，上述根据所述飞行器的姿态信息和所述两个天线的位置信息，获得机头测定方向包括：
根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线。
其中，上述实施例中信号接收位置海拔高的天线可以是第一天线11，也可以是第二天线12，同理信号接收位置海拔低的天线可以是第一天线11，也可以是第二天线12，具体以第一天线11和第二天线12的实际位置信息为准。
如图6所示，上述机体坐标系是飞行器的惯性导航的基础坐标系，符合右手法则，原点在飞行器重心处，X轴指向飞行器的机头前进方向，Y轴由原点指向飞行器的右侧(沿着飞行器的飞行方向向机头方向的角度看)，Z轴方向根据X、Y轴由右手法则确定，具体参见图6所示出的XYZ轴所形成的三维坐标系。
下面结合图1～图5、图6～图14详细说明机头测定方向的设定过程，以下所列设定过程仅用于对本发明实施例进行解释。其中，第一天线11在机身平面100(如图6所示的XY轴所形成的平面)的正投影与第二天线12在机身平面100的正投影距离为L，第一天线11与第二天线12的信号接收位置连线与飞行器1的机身平面100所呈的夹角为γ；第一天线11的信号接收位置和第二天线12的信号接收位置以机身平面100为基准时的高度差的绝对值为h；第一天线11的位置信息为第一位置坐标(u,v,w)，u为第一纬度数据，v为第一经度数据，w为第一海拔数据；第二天线12的位置信息为第二位置坐标(x,y,z)，x为第二纬度数据，y为第二经度数据，z为第二海拔数据。
当机头参照方向是指以海平面为基准信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向。如图4、图6～图10所示，上述步骤S200具体包括：
步骤S211：判断飞行器1的姿态角α的角度范围；
若-90°＜α＜0°，执行步骤S212；
若α＝0°，执行步骤S213；
若0°＜α＜90°，执行步骤S214；
步骤S212：判断飞行器1的姿态角|α|与γ的关系，判断w与z的大小关系；
若|α|＜γ，且w＞z，执行步骤S215；
若|α|＜γ，且w＜z，执行步骤S216；
若|α|＞γ，且w＜z，执行步骤S215；
若|α|＞γ，且w＞z，执行步骤S216；
若|α|＝γ，且w＝z，此时由于第一天线的信号接收位置所在海拔高度与第二天线的信号接收位置所在海拔高度不存在海拔高度差值，因此，无法确定飞行器1的机头方向，执行步骤S219；
步骤S213：判断w与z的大小关系；
若w＞z，执行步骤S217；
若w＜z，执行步骤S218；
步骤S214：判断w与z的大小关系；
若w＞z，执行步骤S215；
若w＜z，执行步骤S216；
步骤S215：设定机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w-h/cosα)；
步骤S216：设定机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z-h/cosα)；
步骤S217：设定机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w)；
步骤S218：设定机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z)；
步骤S219：调整飞行器1的姿态，使得飞行器1的姿态信息发生变化，相应的飞行器1的姿态角α发生变化；
更新步骤S100中飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，以最终获取飞行器1的机头测定方向。
当所述机头参照方向是指信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；如图5、图10～图14所示，上述步骤S200具体包括：
步骤S221：判断飞行器1的姿态角α的角度范围；
若-90°＜α＜0°，执行步骤S222；
若α＝0°，执行步骤S223；
若0°＜α＜90°，执行步骤S224；
步骤S222：判断w与z的大小关系；
若w＜z，则执行步骤S225；
若w＞z，则执行步骤S226；
步骤S223：判断w与z的大小关系；
若w＜z，则执行步骤S227；
若w＞z，则执行步骤S228；
步骤S224：判断飞行器1的姿态角α与γ的关系，判断w与z的大小关系；
若α＜γ，且w＜z，则执行步骤S225；
若α＜γ，且w＞z，则执行步骤S226；
若α＞γ，且w＞z，则执行步骤S225；
若α＞γ，且w＜z，则执行步骤S226；
若α＝|α|＝γ，且w＝z，则执行步骤S229；
步骤S225：设定机头测定方向是由(x,y,z-h/cosα)指向(u,v,w)；
步骤S226：设定机头测定方向是由(u,v,w-h/cosα)指向(x,y,z)；
步骤S227：设定机头测定方向是由(x,y,w)指向(u,v,w)；
步骤S228：设定所述机头测定方向是由(u,v,z)指向(x,y,z)；
步骤S229：调整飞行器1的姿态，使得飞行器1的姿态信息发生变化，相应的飞行器1的姿态角α发生变化；更新步骤S100中飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，以最终获取飞行器1的机头测定方向。
另外，如图6所示，上述飞行器1的姿态角α为俯仰角θ和/或横滚角俯仰角θ是飞行器1绕着机体坐标系的Y轴转动时，机体坐标系的X轴与地平面(水平面)之间的夹角；飞行器1的机头相对飞行器1的机尾高时，俯仰角θ为正。横滚角是飞行器1绕着机体坐标系的X轴转动时，飞行器1的Y轴与地平面(水平面)之间的夹角。从飞行器1的机头观看飞行器1绕着机体坐标系的X轴向转动时，飞行器1绕着机体坐标系的X轴顺时针转动为横滚角的正方向。当飞行器1的姿态角α为俯仰角θ时，第一天线11和第二天线12沿着飞行器1的机体坐标系的X轴方向设置(将机体坐标系的X轴定义为机体轴)，只要保证第一天线11信号接收位置所在海拔高度与第二天线12的信号接收位置所在海拔高度不同即可(例如可将第一天线11设在飞行器1的机头，第二天线12设在飞行器1的机尾)，这样无论所获得机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收海拔位置高的天线，还是信号接收位置海拔高的天线指向信号接收海拔位置低的天线，其方向所在直线与飞行器的机头和机尾连线平行，至于机头测定方向，要么与机头参照方向相反，要么与机头参照方向相同。当机头测定方向与机头参照方向相同时，机头测定方向能够作为实际机头方向用于飞行器的导航中；当机头测定方向与机头参照方向相反时，需要将机头测定方向进行反向才能用于飞行器的导航中。
当飞行器1的姿态角α为俯仰角θ和横滚角或横滚角时，第一天线11和第二天线12设在机体坐标系的X轴的两侧，即第一天线11和第二天线12位于机体轴的两侧；此时，所获得的机头测定方向所在直线与飞行器的机头和机尾连线交叉。
当机头测定方向与机头参照方向相同时，如图3所示，此时确定机头测定方向为机头校正方向或获得机头校正方向后，所述机头方向校正方法还包括：
步骤S400：将机头校正方向进行空间变换，使得机头校正方向与所述飞行器的机头和机尾连线平行。
示例性的，下面以飞行器1的姿态角α为俯仰角θ时举例说明不同机头参照方向下的机头测定方向的示意图，图7～14中，A表示高海拔信号接收位置，B代表低海拔信号接收位置，X代表机身坐标系的X轴，BK所在直线的箭头方向代表机头校正方向。
其中，第一机头参照方向是在信号接收位置高的天线设在机头，信号接收位置低的天线设在机尾时，按照图4所示的流程设定的机身测定方向；图7示出了θ＝0时，机头测定方向在第一机头参照方向下的示意图，其反映了机身平面100的X轴与水平面HP的相对位置，图8示出了0°＜θ＜90°时，机头测定方向在第一机头参照方向下的示意图，起反映了机身平面100的X轴与水平面HP的相对位置；图9示出了-90°＜θ＜0°，且|θ|＜γ时，机头测定方向在第一机头参照方向下的示意图，其反映了机身平面100的X轴与水平面HP的相对位置示意图；图10示出了-90°＜θ＜0°，且|θ|＞γ时，机头测定方向在第一机头参照方向下的示意图，其反映了机身平面100的X轴与水平面HP的相对位置。
其中，机头参照方向是在信号接收位置低的天线设在机头，信号接收位置高的天线设在机尾时，按照图5所示的流程设定的机身测定方向；图11示出了θ＝0时，机头测定方向在第二机头参照方向下的示意图，其反映了机身平面100的Y轴与水平面HP的相对位置，图12示出了0°＜θ＜90°，且θ＜γ时，机头测定方向在第二机头参照方向下的示意图，其反映了机身平面100的Y轴与水平面HP的相对位置；图13示出了0°＜θ＜90°，且θ＞γ时，机头测定方向在第二机头参照方向下的示意图，其反映了机身平面100的Y轴与水平面HP的相对位置，图14示出了-90°＜θ＜0°时，机头测定方向在第二机头参照方向下的示意图，其反映了机身平面100的Y轴与水平面HP的相对位置。
可以理解的是，本发明实施例提供的机头方向校正方法的所有功能均由编程为用于执行本文所描述的一个或多个操作和/或功能的微处理器来执行。在一些实施例中，控制器整个或部分地由专门配置的硬件来执行(例如，由一个或多个专用集成电路或ASIC(s)来执行)。
如图1～图3和图7～图14所示，本发明实施例提供的机头方向校正装置101，机头方向校正装置101的具体工作过程参照前文描述，该机头方向校正装置101包括：
与姿态传感器13、第一天线11和第二天线12分别连接的接收模块101a，用于接收飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息；以海平面为基准，第一天线的信号接收位置所在海拔高度与第二天线的信号接收位置所在海拔高度不同；第一天线11和第二天线12均为用于提供RTK定位信息的RTK天线，当然也可以为普通的定位天线。
与接收模块101a连接的处理模块101b，用于根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，确定机头测定方向；
与处理模块101b连接的方向确定模块101c，用于在机头测定方向与机头参照方向相同时，确定机头测定方向为机头校正方向；在机头测定方向与机头参照方向相反时，对机头测定方向进行反向处理，获得机头校正方向；机头校正方向用于对飞行器1进行导航。
与现有技术相比，本发明实施例提供的机头方向校正装置101的有益效果与上述实施例提供的机头方向校正方法的有益效果相同，在此不做赘述。
其中，如图2和图3所示，如果机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；此时处理模块101b具体用于根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由信号接收位置海拔低的天线指向信号接收位置海拔高的天线。
如果机头参照方向是指以海平面为基准时信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向；此时处理模块101b具体用于根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由信号接收位置海拔高的天线指向信号接收位置海拔低的天线。
具体的，如图2～图4，图7～图14所示，本发明实施例中处理单元101b用于设定机头测定方向可以分为以下两种情况。其中，飞行器1的姿态信息为飞行器的姿态角α，第一天线11在机身平面100的正投影与第二天线12在机身平面100的正投影距离为L，第一天线11与第二天线12的信号接收位置连线与飞行器1的机身平面100所呈的夹角为γ；第一天线11的信号接收位置和第二天线12的信号接收位置以机身平面100为基准时的高度差的绝对值为h；第一天线11的位置信息为第一位置坐标(u,v,w)，u为第一纬度数据，v为第一经度数据，w为第一海拔数据；第二天线12的位置信息为第二位置坐标(x,y,z)，x为第二纬度数据，y为第二经度数据，z为第二海拔数据。
第一种情况：当上述机头参照方向是指信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向。如图2～图4，图7～图10所示，上述处理模块101b具体用于：
在飞行器的姿态角α＝0°，若w＞z，根据飞行器的姿态信息和两个天线的位置信息，设定机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,z)，若w＜z，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,w)；
在飞行器1的姿态角α大于0°且小于90°，若w＞z，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w-h/cosα)，若w＜z，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z-h/cosα)；
在飞行器1的姿态角α大于-90°且小于0°，若w＞z，且|α|＜γ，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w-h/cosα)，若w＜z，且|α|＜γ，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z-h/cosα)；若w＜z，且|α|＞γ，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(x,y,z)指向(u,v,w-h/cosα)，若w＞z，且|α|＞γ，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(u,v,w)指向(x,y,z-h/cosα)。
第二种情况：当上述机头参照方向是指信号接收位置海拔高的天线位于机体坐标系正方向，信号接收位置海拔低的天线位于机体坐标系负方向时，设定的机头测定方向。如图2、图3、图5，以及图11-图14所示，上述处理模块101b具体用于：
在飞行器1的姿态角α大于-90°且小于0°，若w＜z，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(x,y,z-h/cosα)指向(u,v,w)，若w＞z，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(u,v,w-h/cosα)指向(x,y,z)。
在飞行器1的姿态角α＝0°，若w＜z，根据飞行器的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(x,y,w)指向(u,v,w)，若w＞z，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定所述机头测定方向是由(u,v,z)指向(x,y,z)；
在飞行器1的姿态角α大于0°且小于90°，若α＜γ，且w＜z，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(x,y,z-h/cosα)指向(u,v,w)，若α＜γ，且w＞z，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(u,v,w-h/cosα)指向(x,y,z)，若w＞z，且α＞γ，根据飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定机头测定方向是由(x,y,z-h/cosα)指向(u,v,w)，若w＜z，且α＞γ，根据所述飞行器的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息，设定所述机头测定方向是由(u,v,w-h/cosα)指向(x,y,z)。
进一步，如图2、图3、图4和图5所示，上述处理模块11还用于在所述飞行器的姿态角α大于-90°且小于0°，w＝z，|α|＝γ，生成姿态调整指令和信息更新指令。
本发明实施例提供的机头方向校正装置101还包括与姿态控制器102和处理模块11连接的发送模块101d，用于向姿态控制器102发送姿态调整指令，使得姿态控制器102根据姿态调整指令调整飞行器1的姿态；而接收模块101a还用于根据信息更新指令，在飞行器1的姿态调整后更新飞行器1的姿态信息、第一天线11的位置信息和第二天线12的位置信息。
需要说明的是，如图2和图3所示，上述接收模块101a还与客户端3连接，客户端3用于设定机头参照方向，接收模块101a还用于接收机头参照方向，机头参照方向所在直线与机头测定方向所在直线平行。
另外，上述处理模块101b还用于在机头测定方向与机头参照方向相反时，生成用于提示用户天线安装异常的提醒信息；发送模块101d用于将提醒信息发送至客户端3。
可选的，当飞行器1的姿态信息包括俯仰角θ和/或横滚角若飞行器1的姿态信息为飞行器1的俯仰角θ，第一天线11和第二天线12设在飞行器1的机体轴所在直线，此时，机头参照方向所在直线与飞行器1的机头和机尾连线平行。
若飞行器1的姿态信息为横滚角或飞行器1的姿态信息为俯仰角θ和横滚角第一天线11和第二天线12位于飞行器1的机体轴的两侧，此时，机头参照方向所在直线与飞行器1的机头和机尾连线交叉。
当飞行器1的姿态信息为横滚角或飞行器1的姿态信息为俯仰角θ和横滚角时，由于机头参照方向所在直线与飞行器1的机头和机尾连线交叉，这使得将机头测定方向作为机头校正方向，或者获得机头校正方向后，还需要对机头校正方向进行空间转换，使得机头测定方向与所述飞行器的机头和机尾连线平行。基于此，如图2所示，本发明实施例提供的机头方向校正装置还包括与方向确定模块101c分别连接的空间变换模块101e，用于在飞行器的姿态信息为横滚角或飞行器的姿态信息为俯仰角θ和横滚角时，将机头校正方向进行空间变换，使得机头校正方向与飞行器1的机头和机尾连线平行。
本发明实施例还提供了一种飞行控制器10，如图2所示，该飞行控制器10包括上述机头方向校正装置101。
与现有技术相比，本发明实施例提供的飞行控制器10的有益效果与上述机头校正装置的有益效果相同，在此不做赘述。
如图2所示，当然上述飞行控制器10还包括姿态控制器102，用于控制飞行器1的姿态，姿态控制器102与上述机头校正装置所包括的发送模块101d信息交互。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。