技术领域
[0001] 本实用新型涉及用于无线控制小型的UAV(例如但不限于无人机或
多轴飞行器)操作的地面站。
背景技术
[0002] 通常被称为“无人机”的多旋翼或多轴飞行器是通常具有两个以上
转子的旋翼飞行器。多轴飞行器的一优点是飞行控制所需的更简单的转子机构。与单转子
直升机和双转子直升机不同，单转子直升机和双转子直升机使用多个复杂的可变桨距转子，其桨距随着桨叶旋转而变化，以用于飞行
稳定性和控制，多个多轴飞行器通常使用多个固定桨距的桨叶。因此，飞行器运动的控制由通过改变每个转子的相对速度，以改变由每个转子产生的推
力和
扭矩得以实现。
[0003] 诸如多个多轴飞行器等的常规可用的多个UAV通常使用通常被称为“地面站”的
手持设备，经由无线链路或连接远程控制多轴飞行器。地面站和多轴飞行器中的每一个都配备有多个合适的无线收发器，用于发送和接收包括若干飞行控制
信号、若干遥测信号等的若干无线信号。许多这种常规可用的多轴飞行器在飞行中通过从多轴飞行器上的摄像机接收的第一人称视
角(FPV)图像而被控制，并通过与地面站关联的屏幕观察。屏幕通常不包括地面站的集成元件，而是包括通用
电子设备，例如安装在由地面站提供的
支架上的智能电话、平板手机或
平板电脑。地面站和安装在其上的通用电子设备之间的通信通常通过短距离无线连接，例如BlueToothTM无线连接，但更常通过WiFiTM无线连接，不过当通用电子设备是苹果公司的产品，例如IphoneTM或IpadTM时，可使用物理
电缆，例如由苹果公司提供的LightningTM连接器。
[0004] 对于典型的多轴飞行器地面站的设置，由多轴飞行器摄像机捕获的实时视频图像场景从多轴飞行器被无线传输到地面站。在地面站，接收的视频图像信号必须被处理，并通过短距离无线连接或专用的物理电缆连接重新传输到作为用于地面站的FPV屏幕的通用电子设备。这种布置还要求通用电子设备在用作地面站屏幕之前，具有下载到其中的合适的
软件，以使其能够用作FPV屏幕。
[0005] 使用通用电子设备作为UAV地面站的FPV屏幕会遇到一些问题。典型的布置遇到的一个这样的问题是：视频图像
信号处理中的相对高的延迟(这是不想要的)。出现这种情况的原因有很多，尤其是在地面站处理的所接收的数字视频图像信号需要从地面站无线重新传输到通用电子设备，或者重新格式化，以通过连接在地面站和通用电子设备之间的专用物理电缆进行重新传输。此外，通用电子设备未被优化为用作UAV地面站的FPV屏幕，这也会增加用户在FPV图像中看到的和UAV的摄像机正在观察的内容之间的延迟
水平。延迟量越大，控制UAV越不容易，控制UAV的飞行和收集多个图像的用户体验越差。
[0006] 如上的典型的布置遇到的另一个问题是：通用电子设备从地面站的支架上移位的情况并不少见。通用电子设备从支架的移位不仅分散了该用户对UAV进行飞行控制的注意力，而且FPV图像从
视野中消失还可能会危及飞行控制。当UAV被控制在靠近多个障碍物，例如多个
建筑物飞行，或者穿越树木等时，这会成为紧要问题。
[0007] 典型的布置的另一个问题是：虽然许多通用电子设备能够输出若干高清(HD)视频图像，例如若干HDMI图像，但是它们通常没有设置任何输入以接收数字HD视频图像。因此，将数字HD视频图像从UAV传送到通用电子设备的路线是从信号延迟角度看的未被优化的路线。
[0008] 同样，在典型的布置中，通用电子设备需要为地面站提供一些其他的功能，例如设置一地图，该地图要求通用移动设备执行地图应用程序，并且通过短距离无线连接或专用的电缆与地面站交换若干地图信号和数据。这再次涉及系统
信号传输中的不想要的延迟。
[0009] 因此，在如上的典型的多个UAV地面站布置中，若干数据传输路径，若干信号转换过程，若干无线通信路径，应用程序处理，以及在与地面站关联的通用电子设备的屏幕上显示处理后的图像数据导致高的系统延迟，这降低用户操作UAV的体验
质量。
[0010] 实用新型目的
[0011] 本实用新型的一个目的是提供用于
无人驾驶飞行器(UAV)，例如无人机、多轴飞行器或包括一些固定翼UAV在内的其他类型的小型UAV的改进的地面站。
[0012] 本实用新型的另一个目的是提供用于UAV(例如多轴飞行器)的地面站，以改善用户体验。
[0013] 本实用新型的再一个目的是在某种程度上减轻或消除与用于多个UAV的已知多个地面站相关的一个或多个问题，或者至少提供一有用的替代方案。
[0014] 上述多个目的通过独立
权利要求的多个特征的组合实现，多个
从属权利要求公开了本实用新型更多个有利
实施例。
[0015] 本领域技术人员将从以下描述中得出本实用新型的其他多个目的。因此，上述目的陈述并非详尽无遗，而仅用于说明本实用新型的许多目的中的一些目的。实用新型内容
[0016] 在第一主要方面，本实用新型提供一种用于UAV，例如无人机或多轴飞行器的地面站，所述地面站包括：用于容纳一片上系统(SOC)电路的壳体，所述片上系统(SOC)电路包括用于执行软件以无线控制UAV多个功能的控制处理器；第一屏幕；和第二屏幕；其中一个或两个屏幕都由所述SOC控制处理器直接控制。
[0017] 在第二主要方面，本实用新型提供一种用于UAV的地面站，包括：蛤壳壳体，所述蛤壳壳体包括用于容纳控制处理器的第一壳体构件，和可相对于所述第一壳体构件在
覆盖所述第一壳体构件的第一关闭
位置和第二打开位置之间移动的第二壳体构件，该布置使得所述第一壳体构件在其上安装有第一屏幕，所述第二壳体构件在其上安装有第二屏幕，以便当所述第二壳体构件处于其打开位置时，两个屏幕都可被用户看到，且其中两个屏幕都由所述控制处理器直接控制。在第三主要方面，本实用新型提供了一种用于UAV的地面站，包括：射频模
块，所述射频模块被配置为无线接收来自UAV摄像机的以数字格式输出的高清(HD) 图像信号；图像信号处理模块，用于将所接收的数字格式HD图像信号转换为MIPI信号；处理器，用于通过非无线连接，将所述MIPI信号输出到第一地面站屏幕和第二地面站屏幕中的一个或两个。
[0018] 在第四主要方面，本实用新型提供了一种UAV系统，包括：UAV；以及根据本实用新型前述任一方面的地面站。
[0019] 在本实用新型的第五主要方面，提供了一种存储多个程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述多个程序指令在被处理器执行时，使得根据本实用新型的用于UAV的地面站进行运转。
[0020] 在本实用新型的第六主要方面，提供了一种片上系统(SOC)电路，所述片上系统(SOC) 电路包括用于执行软件以无线控制诸如多轴飞行器的UAV的多个功能的控制处理器；片上系统(SOC)电路具有一个或多个输出，用于将多个信号输出到第一屏幕和第二屏幕；其中一个或两个屏幕都由所述SOC控制处理器直接控制。
[0021] 本实用新型内容不一定公开定义本实用新型所必需的所有特征；本实用新型可以存在于所公开的多个特征的一子组合中。
附图说明
[0022] 本实用新型的前述和进一步的特征从以下的多个优选实施例的描述中将变得显而易见，所述多个优选实施例仅通过示例的方式结合附图来提供，其中：
[0023] 图1是根据本实用新型的地面站的一个实施例的立体图，其中第二壳体构件相对于第一主壳体构件处于其打开位置；
[0024] 图2是图1所述地面站的主视图；
[0025] 图3是图1所述地面站的侧视图；
[0026] 图4是图1所述地面站的俯视图；
[0027] 图5是图1所述地面站的另一立体图，其示出了第一屏幕和第二屏幕的优选用途；以及
[0028] 图6是用于图1所述地面站的片上系统(SOC)电路
框图的一部分，其示出了FPV
视频信号通过所述系统的路径。
具体实施方式
[0029] 以下描述是仅作为示例的若干优选实施例，并且不限于实现本实用新型所必需的多个特征的组合。
[0030] 本
说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的一特定特征、结构或特性被包含在本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都指代同一实施例，也不是与其他的多个实施例互斥的单独或替代的多个实施例。此外，描述了可以由一些实施例而不是由其他实施例展示的各种特征。类似地，各种要求被描述，这些要求可能是一些实施例而不是其他实施例的多个要求。
[0031] 参考多个附图，提供了用于多轴飞行器的地面站10的实施例。在以下描述中，多轴飞行器的多个实施例通过无人驾驶飞行器(UAV)的示例进行描述，尤其是具有高达约40kg 重量的小型UAV，但这不是限制的重量大小。该地面站10包括壳体20。在优选的多个实施例中，该壳体20可以是两部分，并且可以包括具有第一壳体构件20A和第二壳体构件20B 的蛤壳壳体。优选地，该第二壳体构件20B可相对于该第一壳体构件20A，在如图所示的覆盖该第一壳体构件20A的第一闭合位置和第二打开位置之间移动。
[0032] 优选地，该第二壳体构件20B枢转地安装在该第一壳体构件20A上。如图所示的打开位置是完全打开的位置，但是该第二壳体构件20B可以根据使用者的要求打开到其关闭位置和打开位置之间的任一位置。该第一壳体构件20A和第二壳体构件20B之间的枢轴连接30 可以在多个壳体构件之间提供足够的
摩擦力，以使得该第二壳体构件20B在被打开到其关闭位置和打开位置之间的任一位置时能够保持其位置，不过可以理解地，实现该第二壳体构件 20B打开到其关闭位置和打开位置之间的任一位置的任何合适的机构均可被使用。
[0033] 优选地，该地面站10包括被安装在该第一壳体构件20A上的第一屏幕40和被安装在该第二壳体构件20B上的第二屏幕50。该布置使得至少在该第二壳体构件20B处于其完全打开位置或接近其完全打开位置时，两个屏幕40，50都可被用户看到。
[0034] 在如附图所示的优选实施例中，可以看出该第二屏幕50在尺寸上优选地大于该第一屏幕40。还优选的是，该第一屏幕40具有比该第二屏幕50更高的屏幕
分辨率。还优选的是，该第二屏幕50相对于常规观察方向以横向取向被布置，并且该第一屏幕40优选地相对于常规观察方向以纵向取向被布置。
[0035] 如图4所示，优选地，该第一屏幕40的中
心轴线Y-Y与该第二屏幕50的中心轴线X-X 对齐，当从常规的观察方向观察时，如图所示，优选地，该第二屏幕50被布置在该第一屏幕40的上方。
[0036] 如在图5中更好地看到的，在使用中，优选地，该第二屏幕50被控制以显示从该多轴飞行器上的摄像机接收的视频图像，并且优选地，这包括FPV视频图像60以帮助用户控制该多轴飞行器的飞行。将该第二屏幕50相对于常规观察方向放置在该第一屏幕40上方至少具有这样的优点：当从直接观察飞行中的该多轴飞行器切换到观察该第二屏幕50上的该FPV 图像60时，这减少了该地面站10的该用户必须向上或向下倾斜他们头部的次数。此外，相对于常规观察方向以横向方向布置该第二屏幕50，增强了该用户使用宽纵横比FPV图像60 进行飞行控制的能力。然而，应该理解，该第一屏幕40和第二屏幕50的功能可以是可逆的。
[0037] 同样如在图5中更好地看到的，优选地，使用该第一屏幕40来显示该地面站10周围或至少前方的区域的至少一个地图70，以识别飞行中的该多轴飞行器的位置以及地图视图70 中的若干地理特征。在一些实施例中，设置在该第一屏幕40上的该地图视图70使得该用户能够在看不到或几乎看不到该多轴飞行器时(即，该多轴飞行器位于与该用户的距离在视觉上不易辨识，例如距离大约200米到300米左右时)，控制该多轴飞行器的飞行。地图视图放大倍率可以由用户改变。该第一屏幕40可以被设置为
触摸屏，从而接收多个用户输入以控制该地图视图的放大倍率以及其他多个用户输入。
[0038] 沿纵向方向布置该第一屏幕40的至少一个优点是它在该地面站10的向前方向上增强了该地图视图70的范围或比例。通常，使用地面站控制多轴飞行器飞行的用户倾向于将该地面站指向飞行中的该多轴飞行器的大致方向，并且也朝向这样的方向。优选地，该第一屏幕 40上示出的该地图视图70不是一固定的地图视图，而是被布置为响应于该地面站10检测到的取向来调整方向。因此，使该第一屏幕40以纵向方向布置具有一意想不到的好处，即：基于操作该地面站10的典型或预期的用户行为，该屏幕40将在与该多轴飞行器的飞行方向 F大致一致的方向上，而不是在与该飞行方向F
正交的方向Z上显示该地图视图70的更大范围。应当理解，对飞行方向F的参照不是对该多轴飞行器的绝对地理飞行方向的参照，而是当用户保持该地面站10大致指向飞行中的该多轴飞行器的方向时，该多轴飞行器相对于该地面站10飞行方向的参照。
[0039] 除了地图视图70之外，该第一屏幕40可以被配置为显示多个用户控制图标、多个多轴飞行器的设置和多个多轴飞行器
传感器读数中的任意一个。这些另外的显示特征可被显示在该地图视图70的
叠加中或者在该第一屏幕40的单独部分中。
[0040] 该第二屏幕50还可以被设置为触摸屏，该触摸屏被配置为接收若干用户触摸输入。该第二屏幕50可以被配置为显示多个用户控制图标、多个多轴飞行器设置、多个多轴飞行器传感器读数、以及可选地高于该第一屏幕40上所示的不同放大地图视图中的任意一个。该第二屏幕50可以被配置为显示多个软按钮、多个指示符、图形和文本中的任意一个。可选地，替代的放大地图视图可以包括在该第一屏幕40上示出的该地图视图70的一部分。
这些进一步的显示特征可被显示在该FPV图像视图60上的叠加中或者在该第二屏幕50的单独部分中。
[0041] 在一个实施例中，当该第二壳体构件20B相对于该第一壳体构件20A处于完全打开位置时，该第二屏幕50的观察表面所在的平面相对于该第一屏幕40的观察表面所在的平面形成一范围在110度至170度的角度。在另一个实施例中，该角度位于125度至145度的范围内或者位于130度至140度的范围内。然而，优选的是，该角度大约为135度，因为当在观察该第一屏幕40或第二屏幕50或观察飞行中的该多轴飞行器之间切换时，这被认为为该地面站10的用户提供了最佳的人体工程学体验。
[0042] 在一优选实施例中，该第一屏幕40的对角线尺寸约为12.5厘米。沿纵向布置该第一屏幕40的另一个优点是它允许该地面站宽度减小，同时仍然在该第一壳体构件20A上提供一相对大的屏幕，同时仍然为在该第一屏幕40的两边的多个控制操纵杆100A，100B提供空间。
[0043] 该多个控制操纵杆100A，100B被嵌入该第一壳体构件20A中，使得当该第二壳体构件 20B处于其关闭位置时，多个操纵杆100A，100B的顶部不妨碍关闭该地面站，同时保持一相对紧凑的外形。
[0044] 在一优选实施例中，该第二屏幕的对角线尺寸约为17.5厘米。
[0045] 在一优选实施例中，该第二屏幕50具有与第一人称视角(FPV)图像视图60的纵横比相同或密切相关的纵横比，该第一人称视角(FPV)图像视图60由从该多轴飞行器上的摄像机无线接收的该图像信号处理得到。
[0046] 该地面站10设置有一条或多条天线80，该天线80被安装在该第二壳体构件20B内的一适当位置或多个位置，用于实现与该多轴飞行器的无线通信。优选地，如图2中的多条虚线所示，一条或多条天线80被安装在该第二壳体构件20B内，使得它们不从该壳体构件20B 或该地面站10突出，即该地面站10不具有若干外部天线。一条或多条天线80可以相对于该屏幕以一大致垂直的方向
定位在该第二屏幕50附近和/或上方。将一条或多条天线80定位在该第二壳体构件20B中的至少一个优点是，这降低了用户未对准一条或多条天线80的可能性，例如，使用中将该地面站10保持在一方向，使得一条或多条天线80与地面水平。
[0047] 优选地，该第一壳体构件20A被布置成容纳一控制处理器110，该控制处理器110被配置为通过非无线连接直接控制该第一屏幕40和第二屏幕50，如图6所示。优选地，该非无线连接包括一个或多个硬线连接120。优选地，该控制处理器110被设置在一片上系统(SOC) 电路130上，该SOC电路130可以包括SOC集成电路，并且可以包括或者与其他多个处理器和输入和输出端口相关联。该第一屏幕40和第二屏幕50分别通过一个或多个硬线连接120 连接到该SOC电路130上的该控制处理器110。
[0048] 芯片上的系统或片上系统(SOC)通常是集成电路(IC)，该集成电路将计算机或其他电子系统的所有元件集成到单个的芯片
基板中。它可在该单个的芯片基板上包含数字、模拟、混合信号和射频功能。它还可在该集成电路上或在该集成电路的PCB上包括多个处理器和多个输入/输出端口。
[0049] 该地面站10被配置为无线接收来自该多轴飞行器上的该摄像机的数字图像信号，并且该SOC电路130被配置为处理所接收的图像信号，从而在该第二屏幕50上至少显示该FPV 视图60。该地面站10被配置为接收来自该摄像机的高清(HD)数字视频图像，并将该SOC 电路130中的该HD视频图像转换为移动产业处理器
接口(MIPI)格式，以输出到该第一屏幕40和第二屏幕50中的一个或两个。
[0050] 优选地，该SOC电路130被配置为执行
操作系统(OS)软件以实现用于该地面站10 和/或该多轴飞行器的控制和其他多个功能，其中优选的OS包括AndroidTM OS。优选地，在该SOC电路130上执行的AndroidTM OS软件还被配置为除了多个实现该地面站和该多轴飞行器控制指令之外，还实现多个通用移动设备软件应用程序。
[0051] 更具体地，如图6所示，该地面站10包括：被配置为无线接收来自该多轴飞行器摄像机的高清(HD)图像信号的射频接收器或收发器140，以及用于转换所接收到的HD图像信号为MIPI信号的图像信号处理模块150。该控制处理器110被配置为在该硬线连接120上将该MIPI信号输出到第一屏幕40和第二屏幕50中的一个或两个。优选地，该图像信号处理模块150和该处理器110都被设置在该SOC 130上，但是可以并存在该SOC
电路板/PCB 上。
[0052] 该地面站10可设置有分路器模块160，用于将所接收到的HD图像信号分成从该分路器模块160输出到该图像信号处理模块150的第一HD图像信号，和从该分路器模块160输出到HD用户输出连接器170的第二HD图像信号。优选地，该分路器模块160被设置在该SOC 130上，但是可以并存在该SOC电路板/PCB上。该射频接收器或收发器140可包括第一人称视图(FPV)图像模块。该数字视频下行链路模块(图像模块)的接收器部分提供低延迟
视频流功能。优选地，该HD图像信号是高清媒体接口(HDMI)信号。
[0053] 一般地，本实用新型涉及一种用于多轴飞行器的地面站，包括用于容纳一片上系统 (SOC)集成电路的壳体，第一屏幕和第二屏幕，该片上系统(SOC)集成电路包括控制处理器，该片上系统(SOC)集成电路与具有附加的多个处理器和多个输入/输出端口的PCB 关联，该片上系统(SOC)集成电路用于执行软件以无线控制该多轴飞行器的功能，其中一个或两个屏幕都由该SOC控制处理器和关联的电路直接控制。该壳体可包括蛤壳壳体，该蛤壳壳体包括用于容纳该控制处理器的第一壳体构件和第二壳体构件，第二壳体构件相对于该第一壳体构件可在覆盖该第一壳体构件的第一闭合位置和第二打开位置之间移动。该布置使得该第一壳体构件在其上安装有该第一屏幕，该第二壳体构件在其上安装有该第二屏幕，以便当该第二壳体构件处于其打开位置时，两个屏幕都可被用户看到。
[0054] 根据本实用新型的地面站提供一种具有SOC电路和关联的PCB的地面站，该关联的 PCB具有附加的多个处理器和具有嵌入式HD视频处理能力的多个输入/输出端口。显示在该第二屏幕上的该图像视图是完全可定制的，因为所接收的UAV图像信号在被输出到该第二屏幕之前，在包含有该SOC集成电路的该SOC电路被处理。
[0055] 此外，该地面站可被用作一独立设备，用于使用其HD输出连接器将多个HD视频图像输出到多个外部设备。这使得该地面站能够被用于将来自该UAV的多个视频图像实时地
流式传输到多个外部设备，并且通过诸如因特网的网络实时地发送这样的多个视频图像。该地面站还可以用作
音频编辑器和其他多个功能，其中提供两个屏幕是另一个优点。
[0056] 根据本实用新型的该地面站提供一个专用于显示该多轴飞行器(无人机)摄像机视图的屏幕或显示器，同时将大部分的(如果不是全部的话)航行信息保持在另一个屏幕或显示器上。在仅有一个屏幕被提供的情况下，如在许多传统地面站中，该用户可能需要例如在FPV 图像视图和地图视图之间切换，否则要忍受非常混乱的FPV视图。
[0057] 根据本实用新型的该地面站通过使用多个低延迟模块和多个电路，并且还通过最小化该多轴飞行器摄像机图像信号需要被处理，在多个信号格式之间传输或转换的次数，来克服或减少在传统的多轴飞行器系统中通常遇到的时间延迟。
[0058] 根据本实用新型的地面站能实现简单的用户操作，或对该第二屏幕倾斜的调节以便尤其在若干高环境光条件下更舒适地观察。该地面站还采用多个高光输出屏幕以增加在若干强光条件下的可读性。该地面站可以包括内置光传感器，以根据感测到的多个条件和/或多个用户偏好
自动调节多个屏幕
背光。
[0059] 根据本实用新型的该地面站可设置有前置摄像机，优选地在该第二壳体构件20B上，以捕获该用户的多个图像。
[0060] 本说明书说明了本实用新型的多个原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出各种布置，这些布置虽然未在本文中明确描述或示出，但体现了本实用新型的多个原理并且被包括在其精神和范围内。
[0061] 此外，本文叙述本实用新型的多个原理，多个情况和多个实施例，以及多个实施例的多个具体示例的所有陈述旨在包含其结构和功能的多个等效项。另外，这些多个等效项旨在包括当前已知的多个等效项以及将来开发的等效项，即，开发的执行相同功能的任意元件，而不管其结构如何。
[0062] 虽然本实用新型已经在所述多个附图和前面的描述中得以详细图示和描述了，但是这被认为是说明性的而不是限制性的，应该理解，只是多个示例性实施例被示出和描述了，而不以任何方式限制本实用新型的范围。可以理解，本文描述的任何特征可以与任何实施例一起使用。所述多个说明性实施例不排斥彼此或本文未列举的其他实施例。因此，本实用新型还提供了包括上述一个或多个说明性实施例的多个组合的多个实施例。在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，对本文所述的本实用新型的若干
修改和若干变化可被制定，因此，仅如所附多个权利要求所示的那样的多个限制应当被施加。
[0063] 在本实用新型的权利要求中，表示为用于执行一
指定功能的装置的任何元件旨在包含执行该功能的任何方式。由这些多个权利要求限定的本实用新型在于，由各种所述装置提供的多个功能以多个权利要求所要求的方式结合和组合在一起。因此认为可以提供这些功能的任何装置都等同于这里所示的装置。
[0064] 在随后的多个权利要求和在本实用新型的前述描述中，除非上下文由于明确的语言或必要的含义而另外要求外，否则词语“包括(comprise)”或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的
变形以一包容的含义使用，即，指定所述特征的存在，但不排除在本实用新型的各种实施例中存在或添加其他多个特征。
[0065] 应当理解，如果在此提及任何
现有技术，则这种现有技术不构成承认现有技术形成本领域公知常识的一部分。
