扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统及方法

1.本发明涉及无人机对地观测领域，尤其涉及一种扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统及方法。


背景技术：

2.无人飞行器(unmanned aerial vehicle，uav)，又称无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。
3.现在主流的无人飞行器按飞行方式可分为固定翼无人飞行器和旋翼无人飞行器两大类。多旋翼无人机是一种常见的旋翼无人飞行器，其通过多个螺旋桨旋转产生升力和推力，以支持飞行器在空中飞行。多旋翼无人机操纵灵活，有前后、上下、左右移动、横滚、俯仰以及偏航旋转六个飞行自由度，具备垂直起降和空中悬停等功能；其结构简单，带载能力强，可以较容易地在机体上安装高性能传感器和计算机等设备。由于多旋翼无人机具有上述的这些特点和优势，多旋翼无人机的智能化已得到了良好且深入的发展，并且被广泛地应用到诸如目标跟踪和自主避障等领域。不过，多旋翼无人机由于其具有显著的外形特点，并且多个螺旋桨高速旋转会产生较大的气动噪声和机械噪声，一旦其在低空飞行时，较容易被发现，这显然是不利于执行军事侦察和野生动物观测等需要隐蔽飞行的任务场景。
4.近年来，随着空气动力学、飞行控制、嵌入式计算和复合材料等技术的发展，新型无人飞行器不断涌现。扑翼飞行器(flapping-wing aerial vehicle,fav)，即扑翼无人机，作为一种新型仿生飞行器，通过模仿昆虫、鸟类、蝙蝠等动物的飞行模式飞行，其工作原理与常见的固定翼或旋翼飞行器有本质上的不同，这使得其具备气动噪声小、机动灵活性强和仿生隐蔽性好等优点，显然更适合执行军事侦察和野生动物观测等需要隐蔽飞行的任务场景。不过，由于应用领域需要、高强度轻量化机翼材料以及高频扑动结构稳定性等因素限制，现有的扑翼无人机，通常为无人微小型飞行器，存在载重不足的问题，难以搭载体积或/和质量较大的高性能机载计算设备，这已经成为了扑翼飞行器智能化的一个瓶颈。
5.因此，如何集成扑翼无人机和多旋翼无人机的各自优势，以实现对地观测，成为无人机对地观测领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统。
7.本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法。
8.本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统，其特征在于，包括至少一个无人机协同对地观测子系统；其中，该无人机协同对地观测子系统包括：
9.至少一个扑翼无人机，具有采集地面图像的对地图像采集装置、第一图像数据传
输装置、第一数据传输装置和第一飞行控制器，第一飞行控制器分别连接对地图像采集装置、第一图像数据传输和第一数据传输装置；
10.多旋翼无人机，具有第二数据传输装置、第二图像数据传输装置、第二飞行控制器以及能分别控制该多旋翼无人机和各扑翼无人机飞行的机载计算机，第二飞行控制器分别连接第二数据传输装置、第二图像数据传输装置和机载计算机；其中，多旋翼无人机至少对应一个扑翼无人机，且该多旋翼无人机与其对应的所有扑翼无人机在飞往观测区域时形成无人机协同编队并基于该多旋翼无人机上机载计算机的指令在该观测区域外围附近解散无人机协同编队，多旋翼无人机的第二数据传输装置与对应各扑翼无人机的第一数据传输装置通信连接，接收扑翼无人机回传的飞行状态数据，且该多旋翼无人机基于该飞行状态数据处理以生成控制扑翼无人机飞行的飞行指令给扑翼无人机；第二图像数据传输装置与对应扑翼无人机的第一图像数据传输装置通信连接，接收扑翼无人机回传的对地图像数据，并由机载计算机处理该对地图像数据得到对地观测数据；其中，扑翼无人机回传的飞行状态数据包括扑翼无人机的当前飞行位置数据；
11.地面站设备，设置多旋翼无人机的飞行参数和飞行任务以及设置各扑翼无人机的飞行参数和飞行任务，并将各飞行参数和飞行任务发送给各自对应的无人机；以及，提取多旋翼无人机存储的对地观测数据；其中，多旋翼无人机的飞行任务与扑翼无人机的飞行任务均存在多旋翼无人机与扑翼无人机的协同飞行任务。
12.改进地，在所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统中，所述多旋翼无人机根据地面站设备发送的飞行任务自主生成控制对应无人机的飞行指令集合，并将该飞行指令发送给对应的无人机；其中，飞行指令集合包括控制该多旋翼无人机自身飞行的飞行指令以及控制对应无人机飞行的飞行指令，以引导扑翼无人机按照该飞行指令执行观测飞行。
13.进一步地，在所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统中，所述多旋翼无人机的机载计算机处理所得对地观测数据存储在该机载计算机中。
14.再改进，在所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统中，所述地面站设备包括：
15.第一遥控器，与所述扑翼无人机的第一飞行控制器进行无线通信连接；
16.第二遥控器，与所述多旋翼无人机的第二飞行控制器进行无线通信连接；
17.pc地面站，分别与所述扑翼无人机的第一飞行控制器、所述多旋翼无人机的第二飞行控制器以及所述多旋翼无人机的机载计算机通信连接。
18.进一步地，在所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统中，所述pc地面站分别与所述第一飞行控制器、所述第二飞行控制器以及所述机载计算机进行有线通信连接。
19.改进地，在所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统中，所述扑翼无人机的第一图像数据传输与对地图像采集装置通过串口通信连接；所述多旋翼无人机的第二数据传输装置和第二图像数据传输装置分别与机载计算机通过串口通信连接。
20.本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：应用于所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法，其特征在于，包括如下步骤：
21.步骤1，地面站设备设置多旋翼无人机的飞行参数和飞行任务以及设置扑翼无人机的飞行参数和飞行任务，并将各飞行参数和飞行任务发送给各自对应的无人机；其中，多旋翼无人机的飞行任务与扑翼无人机的飞行任务均存在多旋翼无人机与扑翼无人机的协同飞行任务；
22.步骤2，建立多旋翼无人机与对应扑翼无人机之间的数据传输链路和图像数据传输链路；
23.步骤3，多旋翼无人机和扑翼无人机分别按照地面站设备设置的飞行参数升空飞行；
24.步骤4，多旋翼无人机根据地面站设备发送的飞行任务自主生成控制对应无人机的飞行指令集合，并将该飞行指令集合发送给对应的无人机；其中，飞行指令集合包括控制该多旋翼无人机自身飞行的飞行指令以及控制对应无人机飞行的飞行指令，以引导扑翼无人机按照该飞行指令执行观测飞行；
25.步骤5，多旋翼无人机与其控制的所有扑翼无人机以无人机编队形式飞往观测区域且在该观测区域外围附近解散后，飞行至观测区域内的扑翼无人机将采集到的对地图像数据发送给位于观测区域附近的多旋翼无人机；其中，该多旋翼无人机位于观测区域外围；
26.步骤6，多旋翼无人机处理各扑翼无人机回传的对地图像数据，得到对地观测数据并存储该对地观测数据；
27.步骤7，多旋翼无人机控制扑翼无人机返航至预设目的地。
28.改进地，在所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法中，在步骤7中，所述多旋翼无人机控制各扑翼无人机与该多旋翼无人机自身重新以无人机编队形式返航至预设目的地。
29.进一步地，在所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法中，所述多旋翼无人机控制其所处的无人机编队在观测区域外围附近解散，并令该多旋翼无人机自身以预设飞行状态位于观测区域附近以及各扑翼无人机飞行至观测区域内；其中，该预设飞行状态包括悬停或短时降落。
30.再改进，在所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法中，所述多旋翼无人机在处于所述预设飞行状态时分别控制对应的扑翼无人机在观测区域执行飞行任务。
31.与现有技术相比，本发明的优点在于：
32.首先，该发明的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方案通过构建由扑翼无人机、多旋翼无人机和地面站设备形成的协同对地观测系统，扑翼无人机作为对地观测系统的感知和任务执行单元，多旋翼无人机则作为处理与决策中枢，扑翼无人机与多旋翼无人机可建立图像数据传输链路和数据传输链路(主要是指令数据)，在利用地面站设备完成对各无人机的飞行任务或飞行参数设置后，起飞后的多旋翼无人机作为处理与决策中枢控制与其形成无人机编队的所有扑翼无人机飞完观测区域执行图像采集任务，多旋翼无人机位于观测区域外围且扑翼无人机位于观测区域内，并且多旋翼无人机对扑翼无人机回传的对地观测图像数据处理后得到对地观测数据，并再控制各扑翼无人机与该多旋翼无人机自身重新以无人机编队形式返航至预设目的地。如此，该扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方案既兼顾了多旋翼无人机具有操纵灵活、载重量大、多飞行自由度以及垂直起降和空中悬停等优势功能，又同时利用了扑翼无人机的气动噪声小、机动灵活性强和仿生隐
蔽性好等优点，实现了对需要隐蔽飞行任务场景的对地观测需要。
33.其次，该发明中的多旋翼无人机和扑翼无人机起飞后，多旋翼无人机会根据地面站设备发送的飞行任务自主生成控制对应无人机的飞行指令集合，针对扑翼无人机与多旋翼无人机的飞行控制权由多旋翼无人机的高性能机载计算机接管，多旋翼无人机和扑翼无人机工作时不再需要远端用户干预，具有更高的自主智能优势，提高了系统的易用性。
34.再次，多旋翼无人机还可以根据任务需要引导控制扑翼无人机展开针对性观测飞行，具备兴趣目标重点观测能力，提高了对地观测效率。
35.最后，该发明中的多旋翼无人机可以依据任务时长和剩余电量等要素，自主决策在区域外悬停或短时降落，平衡了机动性与能耗。
附图说明
36.图1为本发明实施例中扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统示意图；
37.图2为本发明实施例中扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法流程示意图。
具体实施方式
38.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
39.本实施例提供一种扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统。具体地，参见图1所示，该实施例的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统包括至少一个无人机协同对地观测子系统；其中，该无人机协同对地观测子系统包括至少一个扑翼无人机1、多旋翼无人机2和地面站设备3。其中：
40.扑翼无人机1具有采集地面图像的对地图像采集装置11、第一图像数据传输装置12、第一数据传输装置13和第一飞行控制器14，第一飞行控制器14分别连接对地图像采集装置11、第一图像数据传输12和第一数据传输装置13；例如，在该实施例中，所第一图像数据传输装置12与对地图像采集装置11通过串口通信连接，比如是usb串口；
41.多旋翼无人机2具有第二数据传输装置21、第二图像数据传输装置22、第二飞行控制器23以及能分别控制该多旋翼无人机和各扑翼无人机飞行的机载计算机24，第二飞行控制器23分别连接第二数据传输装置21、第二图像数据传输装置22和机载计算机24；例如，第二数据传输装置21和第二图像数据传输装置22分别与机载计算机24通过串口通信连接，多旋翼无人机2的机载计算机24处理所得对地观测数据存储在该机载计算机中。其中，多旋翼无人机至少对应一个扑翼无人机，且该多旋翼无人机与其对应的所有扑翼无人机在飞往观测区域时形成无人机协同编队并基于该多旋翼无人机上机载计算机的指令在该观测区域外围附近解散无人机协同编队，多旋翼无人机2的第二数据传输装置21与对应各扑翼无人机1的第一数据传输装置13通信连接，接收扑翼无人机回传的飞行状态数据，且该多旋翼无人机基于该飞行状态数据处理以生成控制扑翼无人机飞行的飞行指令；第二图像数据传输装置22与对应扑翼无人机1的第一图像数据传输装置12通信连接，接收扑翼无人机回传的对地图像数据，并由机载计算机24处理该对地图像数据得到对地观测数据。该多旋翼无人机2根据地面站设备3发送的飞行任务自主生成控制对应无人机的飞行指令集合，并将该飞行指令集合内的飞行指令发送给对应的无人机，其中，飞行指令集合包括控制该多旋翼无
人机自身飞行的飞行指令以及控制对应无人机飞行的飞行指令以引导扑翼无人机按照该飞行指令执行观测飞行。其中，扑翼无人机回传的飞行状态数据包括扑翼无人机的当前飞行位置数据；
42.地面站设备3，包括第一遥控器31、第二遥控器32和pc地面站33，第一遥控器31与扑翼无人机1的第一飞行控制器14进行无线通信连接，第二遥控器32与多旋翼无人机2的第二飞行控制器23进行无线通信连接，pc地面站33分别配合与扑翼无人机1的第一飞行控制器14、多旋翼无人机2的第二飞行控制器23以及多旋翼无人机2的机载计算机24通信连接，该通信连接优选有线通信方式，例如，是通过串口通信方式连接。其中，该地面站设备3通过pc地面站33分别对应设置多旋翼无人机2的飞行参数和飞行任务以及设置扑翼无人机1的飞行参数和飞行任务，并将各飞行参数和飞行任务发送给各自对应的无人机；以及，提取多旋翼无人机2存储的对地观测数据。
43.具体到该实施例中，多旋翼无人机与对应的扑翼无人机组成一个混合系统。其中：(1)针对扑翼无人机
44.扑翼无人机1是整个协同对地观测系统的感知与任务执行单元。扑翼无人机1的对地图像采集装置11具有图片采集模式和视频采集模式，即该对地图像采集装置11可以根据指令采集图片或者视频。对地图像采集装置11可以面向地面采集光学信号，包括但不限于可见光信号、近热红外信号和紫外信号，并可形成连续实时的视频流。其中：
45.扑翼无人机1上的第一数据传输装置13与多旋翼无人机2的第二数据传输装置21配对通信，以形成传输飞行指令和飞行数据的无线链路，该配对通信的两个数据传输装置可以根据需要选择采用lora数传电台、蓝牙、wifi或其他无线通讯模块。
46.扑翼无人机1上的第一图像数据传输装置12与对应多旋翼无人机2的第二图像数据传输装置22配对通信，以形成传输扑翼无人机所采集图像的图像数据传输链路。
47.扑翼无人机1上的第一飞行控制器14通过信号线缆控制扑翼电机和舵机，用于实现基本的飞行姿态控制和飞行管理功能。
48.扑翼无人机1上的第一飞行控制器14与地面站设备3的第一遥控器31通过基于subs协议的2.4ghz无线电相连，用于接受第一遥控器31对该扑翼无人机起飞和飞行模式切换指令。
49.(2)针对多旋翼无人机
50.多旋翼无人机2是整个协同对地观测系统中的处理与决策中枢，其第二飞行控制器23通过信号线缆控制旋翼电机，第二飞行控制器23与机载计算机24通过串口通信连接，用于接收控制多旋翼无人机的飞行指令。其中，该机载计算机24为采用嵌入式linux操作系统的高性能机载计算机，拥有多核cpu、多核gpu，具备并行计算能力，可实时处理高分辨率的图像和视频数据，具备多核神经网络加速单元npu，可高效执行基于深度学习的神经网络算法，集成大容量ram与闪存，具备多任务和长时间数据记录能力。地面站设备3的pc地面站33可以换将图像处理算法嵌入到该多旋翼无人机2的机载计算机24中，以对扑翼无人机回传的对地图像数据做图像处理；不仅如此，pc地面站33还负责把针对扑翼无人机的飞行控制与航路规划算法嵌入到该机载计算机24中，从而实现多旋翼无人机对扑翼无人机的飞行控制。多旋翼无人机2的第二飞行控制器23与地面站设备3的第二遥控器32通过基于subs协议的2.4ghz无线电相连，用于接受第二遥控器32对该旋翼无人机起飞和飞行模式切换指
令。
51.该实施例提供了一种应用于上述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法。具体地，参见图2所示，该实施例的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法包括如下步骤：
52.步骤1，地面站设备设置多旋翼无人机的飞行参数和飞行任务以及设置扑翼无人机的飞行参数和飞行任务，并将各飞行参数和飞行任务发送给各自对应的无人机；例如，在该实施例中，依据对地观测需求，确定观测系统执行任务的目标区域信息，包含该目标区域的角点坐标、任务执行时长、扑翼飞行器任务飞行航点和待识别目标区域的目标个数下界；其中，多旋翼无人机的飞行任务与扑翼无人机的飞行任务均存在多旋翼无人机与扑翼无人机的协同飞行任务；
53.步骤2，建立多旋翼无人机与对应扑翼无人机之间的数据传输链路和图像数据传输链路；
54.步骤3，多旋翼无人机和扑翼无人机分别按照地面站设备设置的飞行参数升空飞行；例如，此处的飞行参数包括飞行速度和飞行高度等执行观测任务所需要的参数；
55.步骤4，多旋翼无人机根据地面站设备发送的飞行任务自主生成控制对应无人机的飞行指令集合，并将该飞行指令集合发送给对应的无人机；其中，飞行指令集合包括控制该多旋翼无人机自身飞行的飞行指令以及控制对应无人机飞行的飞行指令，以引导扑翼无人机按照该飞行指令执行观测飞行；其中，扑翼无人机可以利用自身具备仿生隐蔽性优势，飞行至易暴露的目标区域(也即观测区域)；多旋翼无人机通过自主生成飞行指令，此时地面站设备不再对已处于飞行中的扑翼无人机做控制，而是由多旋翼无人机控制自身和当前扑翼无人机飞行，即针对扑翼无人机和多旋翼无人机的飞行控制权由多旋翼无人机的高性能机载计算机接管；多旋翼无人机可以控制其自身与多个扑翼无人机以无人机编队形式飞往距离任务区域(即观测区域)边界20m的临近区域；
56.步骤5，多旋翼无人机与其控制的所有扑翼无人机以无人机编队形式飞往观测区域且在该观测区域外围附近解散后，飞行至观测区域内的扑翼无人机将采集到的对地图像数据发送给位于观测区域附近的多旋翼无人机；其中，该多旋翼无人机位于观测区域外围；例如，此时的多旋翼无人机位于距离观测区域20m的临近区域；
57.具体地，多旋翼无人机控制其所处的无人机编队在观测区域外围附近解散，并令该多旋翼无人机自身以预设飞行状态位于观测区域附近以及各扑翼无人机飞行至观测区域内；其中，该预设飞行状态包括悬停或短时降落。多旋翼无人机可以依据任务时长和自身剩余电量等要素，自主决策在区域外悬停或短时降落；多旋翼无人机在处于该飞行状态(悬停或短时降落)时分别控制对应的扑翼无人机在观测区域执行飞行任务；
58.步骤6，多旋翼无人机处理各扑翼无人机回传的对地图像数据，得到对地观测数据并存储该对地观测数据；其中，该多旋翼无人机利用基于卷积神经网络的yolov5算法处理扑翼无人机回传的对地图像数据，以识别地面目标；
59.步骤7，多旋翼无人机控制扑翼无人机返航至预设目的地。其中，此处的预设目的地可以是出发点或预设的备降点。
60.根据实际的返航飞行需要，在步骤7中，多旋翼无人机控制各扑翼无人机与该多旋翼无人机自身重新以无人机编队形式返航至预设目的地。
61.需要说明的是，在多旋翼无人机根据地面站设备发送的飞行任务自主生成飞行指令前，可以由控制人员利用地面站设备的第二遥控器32控制该多旋翼无人机切换至自主飞行模式。
62.至于基于卷积神经网络的yolov5算法识别地面目标的具体步骤是：
63.步骤a1，利用现有成熟的yolov5算法处理当前时刻扑翼无人机回传的图像帧，获得待识别目标个数；
64.步骤a2，根据所得待识别目标个数与预设的目标个数下界值做出判断处理：
65.当该待识别目标个数大于预设的目标个数下界值时，判定该扑翼无人机当前所处飞行区域为目标密集区，执行针对目标密集区的观测任务；否则，判定该扑翼无人机当前所处飞行区域为非目标密集区，执行针对非目标密集区的观测任务。
66.例如，针对目标密集区的观测任务设置成多旋翼无人机的机载计算机24通过数据传输链路从扑翼无人机的飞行控制器获取当前时刻的飞机经纬度坐标，而后多旋翼无人机发送飞行控制指令给扑翼无人机，使得该扑翼无人机围绕该经纬度坐标作小半径盘旋飞行1圈，扑翼无人机在盘旋飞行过程中持续采集目标区域的图像数据。
67.在该实施例中，为实现平衡机动性与功耗，多旋翼无人机自主决策在区域外悬停或短时降落是重要的功能，具体为：多旋翼无人机的高性能机载计算机通过多旋翼无人机的飞行控制器获取该多旋翼无人机自身电池剩余电量；当剩余电量小于40％时或当任务执行时长超过多旋翼无人机飞行续航时长60％时，向多旋翼无人机飞行控制器发送降落指令，实施短时降落；其余情况下，多旋翼无人机实施观测区域外悬停。
68.尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统，其特征在于，包括至少一个无人机协同对地观测子系统；其中，该无人机协同对地观测子系统包括：至少一个扑翼无人机(1)，具有采集地面图像的对地图像采集装置(11)、第一图像数据传输装置(12)、第一数据传输装置(13)和第一飞行控制器(14)，第一飞行控制器(14)分别连接对地图像采集装置(11)、第一图像数据传输(12)和第一数据传输装置(13)；多旋翼无人机(2)，具有第二数据传输装置(21)、第二图像数据传输装置(22)、第二飞行控制器(23)以及能分别控制该多旋翼无人机和各扑翼无人机飞行的机载计算机(24)，第二飞行控制器(23)分别连接第二数据传输装置(21)、第二图像数据传输装置(22)和机载计算机(24)；其中，多旋翼无人机至少对应一个扑翼无人机，且该多旋翼无人机与其对应的所有扑翼无人机在飞往观测区域时形成无人机协同编队并基于该多旋翼无人机上机载计算机的指令在该观测区域外围附近解散无人机协同编队，多旋翼无人机(2)的第二数据传输装置(21)与对应各扑翼无人机(1)的第一数据传输装置(13)通信连接，接收扑翼无人机回传的飞行状态数据，且该多旋翼无人机(2)基于该飞行状态数据处理以生成控制扑翼无人机飞行的飞行指令；第二图像数据传输装置(22)与对应扑翼无人机(1)的第一图像数据传输装置(12)通信连接，接收扑翼无人机回传的对地图像数据，并由机载计算机(24)处理该对地图像数据得到对地观测数据；其中，扑翼无人机回传的飞行状态数据包括扑翼无人机的当前飞行位置数据；地面站设备(3)，设置多旋翼无人机(2)的飞行参数和飞行任务以及设置各扑翼无人机(1)的飞行参数和飞行任务，并将各飞行参数和飞行任务发送给各自对应的无人机；以及，提取多旋翼无人机(2)存储的对地观测数据；其中，多旋翼无人机(2)的飞行任务与扑翼无人机(1)的飞行任务均存在多旋翼无人机与扑翼无人机的协同飞行任务。2.根据权利要求1所述的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统，其特征在于，所述多旋翼无人机(2)根据地面站设备(3)发送的飞行任务自主生成控制对应无人机的飞行指令集合，并将该飞行指令集合内的飞行指令发送给对应的无人机；其中，飞行指令集合包括控制该多旋翼无人机自身飞行的飞行指令以及控制对应无人机飞行的飞行指令，以引导扑翼无人机按照该飞行指令执行观测飞行。3.根据权利要求2所述的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统，其特征在于，所述多旋翼无人机(2)的机载计算机(24)处理所得对地观测数据存储在该机载计算机中。4.根据权利要求2或3所述的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统，其特征在于，所述地面站设备(3)包括：第一遥控器(31)，与所述扑翼无人机(1)的第一飞行控制器(14)进行无线通信连接；第二遥控器(32)，与所述多旋翼无人机(2)的第二飞行控制器(23)进行无线通信连接；pc地面站(33)，分别与所述扑翼无人机(1)的第一飞行控制器(14)、所述多旋翼无人机(2)的第二飞行控制器(23)以及所述多旋翼无人机(2)的机载计算机(24)通信连接。5.根据权利要求4所述的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统，其特征在于，所述pc地面站(33)分别与所述第一飞行控制器(14)、所述第二飞行控制器(23)以及所述机载计算机(24)进行有线通信连接。6.根据权利要求2或3所述的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统，其特征在于，所述扑翼无人机(1)的第一图像数据传输装置(12)与对地图像采集装置(11)通过串口
通信连接；所述多旋翼无人机(2)的第二数据传输装置(21)和第二图像数据传输装置(22)分别与机载计算机(24)通过串口通信连接。7.应用于权利要求2～6任一项所述扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，地面站设备设置多旋翼无人机的飞行参数和飞行任务以及设置扑翼无人机的飞行参数和飞行任务，并将各飞行参数和飞行任务发送给各自对应的无人机；其中，多旋翼无人机的飞行任务与扑翼无人机的飞行任务均存在多旋翼无人机与扑翼无人机的协同飞行任务；步骤2，建立多旋翼无人机与对应扑翼无人机之间的数据传输链路和图像数据传输链路；步骤3，多旋翼无人机和扑翼无人机分别按照地面站设备设置的飞行参数升空飞行；步骤4，多旋翼无人机根据地面站设备发送的飞行任务自主生成控制对应无人机的飞行指令集合，并将该飞行指令集合发送给对应的无人机；其中，飞行指令集合包括控制该多旋翼无人机自身飞行的飞行指令以及控制对应无人机飞行的飞行指令，以引导扑翼无人机按照该飞行指令执行观测飞行；步骤5，多旋翼无人机与其控制的所有扑翼无人机以无人机编队形式飞往观测区域且在该观测区域外围附近解散后，飞行至观测区域内的扑翼无人机将采集到的对地图像数据发送给位于观测区域附近的多旋翼无人机；其中，该多旋翼无人机位于观测区域外围；步骤6，多旋翼无人机处理各扑翼无人机回传的对地图像数据，得到对地观测数据并存储该对地观测数据；步骤7，多旋翼无人机控制扑翼无人机返航至预设目的地。8.根据权利要求7所述的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法，其特征在于，在步骤7中，所述多旋翼无人机控制各扑翼无人机与该多旋翼无人机自身重新以无人机编队形式返航至预设目的地。9.根据权利要求8所述的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法，其特征在于，所述多旋翼无人机控制其所处的无人机编队在观测区域外围附近解散，并令该多旋翼无人机自身以预设飞行状态位于观测区域附近以及各扑翼无人机飞行至观测区域内；其中，该预设飞行状态包括悬停或短时降落。10.根据权利要求9所述的扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测方法，其特征在于，所述多旋翼无人机在处于所述预设飞行状态时分别控制对应的扑翼无人机在观测区域执行飞行任务。

技术总结
本发明涉及一种扑翼无人机与多旋翼无人机协同对地观测系统及方法，通过构建扑翼无人机、多旋翼无人机和地面站设备形成协同对地观测系统，扑翼无人机与多旋翼无人机建立图像数据传输、数据传输链路，地面站设备完成对各无人机飞行任务或/和飞行参数设置后，多旋翼无人机控制自身与扑翼无人机以编队形式飞完观测区域执行图像采集任务，观测区域外的多旋翼无人机对观测区域内扑翼无人机回传的对地观测图像数据处理得到对地观测数据并控制自身与扑翼无人机返航。如此，兼顾多旋翼无人机操纵灵活、多飞行自由度及垂直起降和空中悬停等优势，以及扑翼无人机的气动噪声小、机动灵活性强和仿生隐蔽性好等优点，实现了对隐蔽飞行任务场景的对地观测需要。任务场景的对地观测需要。任务场景的对地观测需要。


技术研发人员：金煜轩 宋广华
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/9/7