植保喷药无人机及其定间距飞行控制方法与流程

1.本发明涉及农业领域，尤其涉及无人机喷洒农药技术。

背景技术：

2.随着科技的迅速发展，植保喷药无人机的使用已越来越广，农业相关的基础设施也在不断地改进，喷药植保喷药无人机采用智能操控使用喷药植保喷药无人机代替人工传统喷药设备来喷洒农药。利用喷药植保喷药无人机防治农作物病虫害具有如下优点：农业植保植保喷药无人机效率高，喷洒农药1个小时可以喷洒30到40亩地，工作量相当于4个劳动力人工喷药作业1整天。
3.植保喷药无人机依靠螺旋桨的风力向下产生的巨大气流直接将药液压迫作用于作物叶片正反面及茎基部，雾流上下穿透力强，飘移少，雾滴细匀。上述特点大幅提高了农药利用率，相比人工喷药可以节约20%以上的农药使用量，节约90%的用水量，大幅降低成本。
4.植保喷药无人机喷药能使雾状药液最大限度地喷洒在农作物上，便于农作物的吸收，同时也减少土地的污染，而且不受地形的限制，平原、丘陵、山坡均可喷洒，同时也适用于草原、森林，病虫害防治，还适用于农作物制种、授粉。相比之下，人工喷药不仅作业效率低，而且药液利用率低，容易造成环境污染。
5.由于植保喷药无人机喷药远离作业人员，因而避免了施药人员中毒的现象。
6.总之，植保喷药无人机喷药具有成本低、效果好、不污染环境、效率高节省时间、无中毒风险等优点，近年来得到日益广泛的应用。
7.经发明人研究，植保喷药无人机在应用中还存在改进空间。
8.植保喷药无人机可向下贴近农作物0.5-2米喷药，通常认为理想的飞行高度低于3米，理想的飞行速度小于10米/秒。无人机向下与农作物的间距越小，飞行中产生的气流对作物茎叶的扰动越大。
9.发明人的贡献之一在于发现了以下现象：并非茎叶的扰动越大就会导致更佳的药穿透效果和药液利用率，至少对于某些农作物来说，过大的扰动反而会使上层叶片在舞动中阻挡药雾向下穿透、使中下层叶片上的雾滴沉积量有所下降；从而为优化植保喷药无人机与农作物之间的相对高度提供了理论依据，指出了优化相对高度的技术发展方向。
10.现有技术中无人机操作人员是凭经验控制无人机的飞行，虽然普遍利用了飞行气流扰动茎叶从而提升药雾穿透性、提高药液利用率的现象，但并不能优化这个间距以实现更优的药液利用率，不能进一步降低农药使用量。
11.植保喷药无人机定高飞行时，如果是按照对地高度进行定高飞行，则因植株高低不同而不能获得稳定的无人机与植株之间的相对高度，相对高度不同时，植保喷药无人机飞行中产生的气流对作物茎叶的扰动程度不同，药雾穿透性不同，药液利用率不同，最终的施药效果也不尽相同。
12.为了追求一致且尽可能高的施药效果，有必要将定高飞行改为定间距飞行，这里
的间距指植保喷药无人机与被施药的农作物之间的相对高度，考虑因素是飞行气流对茎叶的扰动现象导致的药雾穿透性及药液利用率，目标是获取最佳的药液利用率，与根据目标植被及树冠大小等确定无人机飞行高度有根本不同（后者未考虑气流扰动现象和药液利用率）。
13.现有的无人机测量高度是向下竖直测量，只能测量与无人机正下方的农作物之间的相对高度；如果使用这样的技术，当前方农作物高度较高时，植保喷药无人机就不能提前发现，只能在间距突然缩小后，再紧急升高无人机，无人机的飞行轨迹就不平滑，降低植保喷药无人机的飞行效率，在间距突然缩小处的药液施药效果也显著与别处不同（降低）。
14.发明人的贡献之二在于在优化相对高度的基础上，通过监测飞行轨迹前方的农作物高度来提前控制植保喷药无人机的飞行高度，使植保喷药无人机的飞行轨迹更加平滑，提高飞行效率，各处的施药效果也更加均匀一致。

技术实现要素：

15.本发明的目的在于提供一种植保喷药无人机，为实现更优间距及定间距喷药作业提供基础。
16.为实现上述目的，本发明的植保喷药无人机具有飞行控制器、螺旋桨和喷药系统，飞行控制器连接有用于测量无人机与下方农作物的相对高度的相对高度测量模块；飞行控制器内存储有各种类型的农作物的不同生长阶段分别对应的最佳相对高度hx数据；所述各种类型的农作物包括但不限于水稻、小麦、玉米、棉花、高粱和大豆；hx的单位为米；将喷药作业过程中的任意时刻下，飞行控制器将植保喷药无人机下方的农作物顶端所在水平面作为基准平面；相对高度指植保喷药无人机与基准平面的竖向距离；最佳相对高度数据通过实验获取；所述实验是指针对特定农作物的各生长阶段，分别通过控制植保喷药无人机由高向低渐变间距飞行喷药，初始相对高度为3米，终止相对高度为0.4米，人工选取其中药液竖向穿透性最佳的相对高度作为该特定农作物特定生长阶段的最佳相对高度数据。
17.相对高度测量模块采用测量方向朝向下方的超声波传感器阵列。
18.飞行控制器还连接有用于测量前方n米处农作物顶端与植保喷药无人机之间间距l的前间距测量模块；l的单位为米；n为实数且4米≥n≥2米；前间距测量模块采用超声波传感器阵列或激光测距传感器阵列；以当前植保喷药无人机下方的农作物顶端所在水平面为基准平面，前间距测量模块测量的竖向角度范围覆盖从最高的水平方向至最低的朝向前方n米处的基准平面的方向。
19.本发明还公开了上述植保喷药无人机的定间距飞行控制方法，喷药作业前，工作人员向飞行控制器输入待喷药区域的农作物种类及生长期，喷药作业开始、植保喷药无人机起飞后延时3-5秒，飞行控制器持续通过相对高度测量模块获取与其正下方农作物之间的竖向距离，将任意时刻下该竖向距离的实际值作为该时刻下的实际相对高度hs；
该竖向距离以相对高度测量模块的超声波传感器阵列获取的最小值为准，并根据该最小值确定基准平面相对植保喷药无人机的位置；飞行控制器控制植保喷药无人机的飞行高度，使hs持续落入hx
±
0.03米的范围之内；具体是：喷药作业进行中，随着植保喷药无人机向前飞行，当基准平面不变时，飞行控制器使螺旋桨的转速保持不变；当基准平面升高时，飞行控制器升高植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使hs落入hx
±
0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变；当基准平面降低时，飞行控制器降低植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使hs落入hx
±
0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变。
20.还包括有基准平面变化前的平滑变高控制方法：前方n米处农作物的最高点与当前植保喷药无人机之间竖向高度差为h米；情况一：当h＞hx时表明前方n米处的农作物顶端高度低于基准平面，飞行控制器通过以下公式一得到h值：公式一：h=（l
2-n＇2）
0.5
；其中，n＇＝n+
⊿
n，
⊿
n＝（n/l＇）
×
l＇＇，l＇=(hs2+n2)
0.5
，l＇＇＝l－l＇；h－hx为当前的植保喷药无人机高度降低目标；此时飞行控制器提前降低螺旋桨的转速，直到以下ab两个条件之一发生时，保持螺旋桨的转速不变：a：相对高度测量模块测得的相对高度小于等于0.2米；随着植保喷药无人机持续飞行，当条件a消失后，如果条件b仍未满足，则飞行控制器继续降低螺旋桨的转速，直到条件a或条件b发生；b：新计算得到的h值已经落入hx
±
0.03米的范围之内；情况二：当h＝hx时，表明前方n米处的农作物顶端位于基准平面，此时飞行控制器保持螺旋桨的转速不变；情况三：h＜hx时表明前方n米处的农作物顶端高度高于基准平面，飞行控制器通过以下公式二得到h值：公式二：h＝（l
2-n2）
0.5
；（hx－h）为当前的植保喷药无人机高度升高目标；此时飞行控制器提前升高螺旋桨的转速，直到新计算得到的h值已经落入hx
±
0.03米的范围之内时，保持螺旋桨的转速不变。
21.本发明具有如下的优点：发明人的主要创造性贡献之一在于发现了以下现象：并非茎叶的扰动越大就会导致更佳的药穿透效果和药液利用率，过大的扰动反而会使叶片在舞动中阻挡药雾向下穿透，从而为优化植保喷药无人机与农作物之间的相对高度提供了理论依据，指出了优化飞行喷药相对高度的技术发展方向。相同的作物的茎叶在相同的生长阶段具有大致相同的特点（强度、弹性、大小等）。本发明对于不同的农作物的各生长阶段分别进行实验后获取相应的最佳相对高度数据，从而能够适应地不同农作物进行优化间距（无人机与农作物顶端的高差）喷药的需要，对于不同农作物的不同生长阶段分别实现最优的喷药效果，最大程度节省农药使用量。各种农作物的生长阶段的划分为现有技术，如棉花有出苗期、苗期、花蕾期、
结果期和叶絮期；不再赘述各种不同农作物的生长阶段。
22.相对高度测量模块如果采用激光测距，就会带来误差的问题。激光直径小，容易穿过茎叶的间隙从而使测量的间距偏高（会导致测量的间距高低起伏较大），需要专门设计噪音识别算法来过滤无效的测高数据；采用超声波传感器阵列则能够更好地规避这个问题，获取更准确的相对高度数据。同时，超声波传感器相对于激光测距传感器来说，具有成本低、重量轻、不受环境光线干扰等优点，因而本发明中优选采用超声波传感器阵列。采用传感器阵列，相比单独的传感器可以扩大探测区域。
23.前间距测量模块是实施基准平面变化前的平滑变高控制方法的基础。已知l（探测值）和n（预先设定值），l和n为附图中的直角三角形的两条边，就可以方便地计算出作为该直角三角形的第三条边的长度h值，即前方n米处农作物的最高点与当前植保喷药无人机之间竖向高度差。这样，通过前间距测量模块和公式一就能够方便地得到需要的h值，不需要gps、气压传感器、图像识别等复杂技术介入，方便快捷，准确度较高、实现过程抗环境干扰能力强，且成本较低。
24.本发明中根据相对高度测量模块的测量数据确定基准平面并作为调整植保喷药无人机飞行高度的基础，获得的是基准平面相对植保喷药无人机的相对数据，并不需要确定基准平面绝对的海拔，不需要外在的参照物来确定基准平面，而是直接以基准平面作为无人机飞行高度的控制基础依据，更易实现，成本较低，避免通过gps或气压测量确定基准平面的绝对位置带来的误差。
25.本发明能在植保喷药无人机的飞行喷药过程中，将植保喷药无人机相对农作物的高度保持在该农作物该生长阶段的最佳相对高度，从而获得更优并更均匀一致的喷药扩散效果，药雾具有总体相对更佳的穿透性能，药液利用率得到最优化，在同样的喷药量下取得更优的喷药效果，在保证同样喷药效果的时药液使用量最小。
26.等到无人机与农作物之间的高差（基准平面）已经发生变化（升降）后再调节无人机的高度，无人机需要急速升降，一方面无人机的飞行轨迹将不平滑，降低植保喷药无人机的飞行效率，而且由于在基准平面变化处，植保喷药无人机与其正下方的农作物之间的高差容易出现跳跃式的升降，致其严重偏离最佳相对高度hx，进而致使该处的喷药效果明显下降。采用基准平面变化前的平滑变高控制方法，使植保喷药无人机提前升降，不需要急速升降，一方面无人机的飞行轨迹更加平滑，另一方面对于植保喷药无人机与其正下方的农作物之间的高差，该高差在基准平面变化处也不会出现跳跃式的升降（无人机开始升降时即高差即开始平滑变化，在基准平面变化处高差的变化幅度必定小于不提前升降时的变化幅度），使喷药效果不会出现跳跃式的降低，提高喷药效果整体的一致性和稳定性。
27.本发明在控制植保喷药无人机升高或下降时，并非是以绝对高度（gps信息或气压信息决定的绝对高度，如海拔）为控制目标，而是以应上升高度或应下降高度作为控制依据，控制过程注重高度变化量而不管绝对值（海拔），不需要相应的换算，并且应上升高度或应下降高度的具体值随着无人机的前进也在不断更新，无须量化农作物以及植保喷药无人机的绝对高度，更加贴合农田实际，实现方案更加简单直接。
28.总之，基准平面变化前的平滑变高控制方法，使得植保喷药无人机的实际飞行轨迹更加贴合农作物顶端+hx所形成的轨迹，避免无人机与农作物的顶端的高差（间距）严重偏离hx，提高喷药效果整体的一致性和稳定性，提高整体喷药效果。其中，条件a的作用是避
免植保喷药无人机撞枝。
附图说明
29.图1是情况一下公式一的原理示意图；图2是情况二的原理示意图；图3是情况三下公式二的原理示意图。
30.图1至图3中，标号1所示为相对高度测量模块和前间距测量模块，α为前间距测量模块测量的竖向角度范围。图1和图3是为了表达三种情况下的h值确定原理，未按实际比例绘制。
具体实施方式
31.本发明中，各参数（包括但不限于hs、hx、n、l和h）均为实数；表示长度的各参数的单位均为米。
32.如图1至图3所示，本发明的植保喷药无人机具有飞行控制器、螺旋桨和喷药系统，飞行控制器连接有用于测量无人机与下方农作物的相对高度的相对高度测量模块；飞行控制器内存储有各种类型的农作物的不同生长阶段分别对应的最佳相对高度hx数据；所述各种类型的农作物包括但不限于水稻、小麦、玉米、棉花、高粱和大豆；hx的单位为米；将喷药作业过程中的任意时刻下，飞行控制器将植保喷药无人机下方的农作物顶端（最高点）所在水平面作为基准平面；相对高度指植保喷药无人机与基准平面的竖向距离（高度差）；最佳相对高度数据通过实验获取；所述实验是指针对特定农作物的各生长阶段，分别通过控制植保喷药无人机由高向低渐变间距飞行喷药（渐变间距是指：间距即相对高度的变化小于等于1米/分钟），初始相对高度为3米，终止相对高度为0.4米，人工选取其中药液竖向穿透性最佳的相对高度作为该特定农作物特定生长阶段的最佳相对高度数据。
33.无人机喷药系统为成熟的现有技术，并非本发明的改进点所在，不再赘述喷药系统的具体组成和结构。
34.各种农作物的生长阶段为现有技术，如棉花有出苗期、苗期、花蕾期、结果期和叶絮期；不再赘述各种不同农作物的生长阶段。对于特定农作物，针对其有打药需求的各生长阶段分别进行实验，确定该特定农作物特定生长阶段的最佳相对高度数据。
35.相对高度测量模块采用测量方向朝向下方的超声波传感器阵列。相对高度测量模块如果采用激光测距，就会带来误差的问题。激光直径小，容易穿过茎叶的间隙从而使测量的间距偏高（会导致测量的间距高低起伏较大），需要专门设计噪音识别算法来过滤无效的测高数据；采用超声波传感器阵列则能够很好地规避这个问题，获取更准确的相对高度数据。
36.飞行控制器还连接有用于测量前方n米处农作物顶端与植保喷药无人机之间间距l的前间距测量模块；l的单位为米；n为实数且4米≥n≥2米；（优选3米）前间距测量模块采用超声波传感器阵列或激
光测距传感器阵列；（n的数值限定受制于超声波传感器阵列的测距能力；成本和实现难度的原因，优选采用超声波传感器阵列）以当前植保喷药无人机下方的农作物顶端所在水平面为基准平面，前间距测量模块测量的竖向角度范围覆盖从最高的水平方向至最低的朝向前方n米处的基准平面的方向（即图中α角的范围）。
37.工作时，取前间距测量模块的传感器阵列获取的间距数值中最小的一个数值作为l值。
38.喷药作业前，工作人员向飞行控制器输入待喷药区域的农作物种类及生长期，以及规划好的飞行路径；喷药作业开始、植保喷药无人机起飞后（螺旋桨开始转动后）延时3-5秒（延时后无人机将位于农作物上方），飞行控制器持续通过相对高度测量模块获取与其正下方农作物之间的竖向距离，将任意时刻下该竖向距离的实际值作为该时刻下的实际相对高度hs；hs的单位为米。
39.该竖向距离以相对高度测量模块的超声波传感器阵列获取的最小值为准，并根据该最小值确定基准平面相对植保喷药无人机的位置；飞行控制器控制植保喷药无人机的飞行高度，使hs持续落入hx
±
0.03米的范围之内（包括两端值）；具体是：喷药作业进行中，随着植保喷药无人机向前飞行，飞行控制器持续判断基准平面的变化情况；当基准平面不变时，飞行控制器使螺旋桨的转速保持不变；当基准平面升高时（飞行方向前方的农作物顶端更高时――可能是农作物变高了也可能是地面变高了，飞行至变高后的农作物上方后，基准平面升高），飞行控制器升高植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使hs落入hx
±
0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变；当基准平面降低时（飞行方向前方的农作物顶端更低时――可能是农作物变低了也可能是地面变低了，飞行至变低后的农作物上方后，基准平面降低），飞行控制器降低植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使hs落入hx
±
0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变。
40.本发明中根据相对高度测量模块的测量数据确定基准平面并作为调整植保喷药无人机飞行高度的基础，获得的是基准平面相对植保喷药无人机的相对数据，并不需要确定基准平面绝对的海拔，不需要外在的参照物来确定基准平面，而是直接以基准平面作为无人机飞行高度的控制基础依据，更易实现，成本较低，避免通过gps或气压测量确定基准平面的绝对位置带来的误差。
41.本发明能在植保喷药无人机的飞行喷药过程中，将植保喷药无人机相对农作物的高度保持在该农作物该生长阶段的最佳相对高度，从而获得最优的喷药扩散效果，药雾具有最佳的穿透性能，药液利用率得到最优化，在同样的喷药量下取得更优的喷药效果，在保证同样喷药效果的时药液使用量最小。
42.还包括有基准平面变化前的平滑变高控制方法：前方n米处农作物的最高点与当前植保喷药无人机之间竖向高度差为h米。
43.情况一：
如图1所示，当h＞hx时表明前方n米处的农作物顶端高度低于基准平面，飞行控制器通过以下公式一得到h值：公式一：h=（l
2-n＇2）
0.5
；其中，n＇＝n+
⊿
n，
⊿
n＝（n/l＇）
×
l＇＇，参见图1， l＇=(hs2+n2)
0.5
，l＇＇＝l－l＇；l是测量值；（h－hx）为当前的植保喷药无人机高度降低目标，相应的植保喷药无人机螺旋浆转速的控制原则是，（h－hx）的值越大，飞行控制器控制无人机螺旋浆转速降低的幅度越大。由设计人员根据不同的无人机的型号的参数特性以及n值等因素，以取得相对尽可能更优的平滑飞行轨迹为目标，具体确定（h－hx）与螺旋浆转速变化的对应关系（如n值越小，这种情况下转速下降应越多；螺旋浆升力与无人机重量的比值越大，这种情况下转速下降应越少）。
44.此时飞行控制器（在基准平面未降低时）提前降低螺旋桨的转速，直到以下ab两个条件之一发生时，保持螺旋桨的转速不变：a：相对高度测量模块测得的相对高度（无人机相对其正下方的农作物也即当前基准平面的高度）小于等于0.2米；随着植保喷药无人机持续飞行，当条件a消失后（下方农作物的顶端高度降低导致相对高度大于0.2米），如果条件b仍未满足，则飞行控制器继续降低螺旋桨的转速，直到条件a或条件b发生；b：新计算得到的h值已经落入hx
±
0.03米的范围之内；情况二：如图2所示，当h＝hx时，表明前方n米处的农作物顶端位于基准平面，此时飞行控制器保持螺旋桨的转速不变；情况三：如图3所示，h＜hx时表明前方n米处的农作物顶端高度高于基准平面；飞行控制器通过以下公式一得到h值：公式一：h＝（l
2-n2）
0.5
。（hx－h）为当前的植保喷药无人机高度升高目标，相应的植保喷药无人机螺旋浆转速的控制原则是，（hx－h）的值越大，飞行控制器控制无人机螺旋浆转速升高得越多（大）。由设计人员根据不同的无人机的型号的参数特性以及n值等因素，以取得相对尽可能更优的平滑飞行轨迹为目标，具体确定（hx－h）与螺旋浆转速变化的对应关系（如n值越小，这种情况下转速升高应越多；螺旋浆升力与无人机重量的比值越大，这种情况下转速升高应越少）。
45.此时飞行控制器（在基准平面未升高时）提前升高螺旋桨的转速，直到新计算得到的h值已经落入hx
±
0.03米的范围之内时(即植保喷药无人机已上升图3中的
⊿
h米；
⊿
h＝hs－h，hs是实测所得，正常情况下位于hx
±
0.03米的范围之内)，保持螺旋桨的转速不变。
46.n值受限于传感器具体选型的不同，植保喷药无人机的螺旋桨特性（升力）与无人机本身重量等特性不同，这些不同的特性均对调整螺旋桨转速这一任务有影响，因而本发明不能给出通用的具体的调整植保喷药无人机螺旋浆转速的量化标准。但只要按本发明的指引进行了调整，就一定会取得比不调整更优的技术效果，植保喷药无人机会提前上升或下降，使其使飞行轨迹更加平滑，提高飞行效率，各处的施药效果也更加均匀一致。
47.即便在计算过程中，即便有小的误差，比如因n值有一定误差而导致h值的计算结果有小的误差，但植保喷药无人机上升和下降的趋势并不会改变，随着无人机不断前飞，之前的误差的影响会不断被新的h值数据消除，这种误差并不改变植保喷药无人机飞行轨迹更加平滑的技术效果。
48.等到无人机与农作物之间的高差（基准平面）已经发生变化（升降）后再调节无人
机的高度，无人机需要急速升降，一方面无人机的飞行轨迹将不平滑，降低植保喷药无人机的飞行效率，而且由于在基准平面变化处，植保喷药无人机与其正下方的农作物之间的高差容易出现跳跃式的升降，致其严重偏离最佳相对高度hx，进而致使该处的喷药效果明显下降。采用基准平面变化前的平滑变高控制方法，使植保喷药无人机提前升降，不需要急速升降，一方面无人机的飞行轨迹更加平滑，另一方面对于植保喷药无人机与其正下方的农作物之间的高差，该高差在基准平面变化处也不会出现跳跃式的升降（无人机开始升降时即高差即开始平滑变化，在基准平面变化处高差的变化幅度必定小于不提前升降时的变化幅度），使喷药效果不会出现跳跃式的降低，提高喷药效果整体的一致性和稳定性。
49.总之，基准平面变化前的平滑变高控制方法，使得植保喷药无人机的实际飞行轨迹更加贴合农作物顶端+hx所形成的轨迹，避免无人机与农作物的顶端的高差（间距）严重偏离hx，提高喷药效果整体的一致性和稳定性，提高整体喷药效果。其中，条件a的作用是避免植保喷药无人机撞枝。
50.以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.植保喷药无人机，具有飞行控制器、螺旋桨和喷药系统，飞行控制器连接有用于测量无人机与下方农作物的相对高度的相对高度测量模块；其特征在于：飞行控制器内存储有各种类型的农作物的不同生长阶段分别对应的最佳相对高度hx数据；所述各种类型的农作物包括但不限于水稻、小麦、玉米、棉花、高粱和大豆；hx的单位为米；将喷药作业过程中的任意时刻下，飞行控制器将植保喷药无人机下方的农作物顶端所在水平面作为基准平面；相对高度指植保喷药无人机与基准平面的竖向距离；最佳相对高度数据通过实验获取；所述实验是指针对特定农作物的各生长阶段，分别通过控制植保喷药无人机由高向低渐变间距飞行喷药，初始相对高度为3米，终止相对高度为0.4米，人工选取其中药液竖向穿透性最佳的相对高度作为该特定农作物特定生长阶段的最佳相对高度数据。2.根据权利要求1所述的植保喷药无人机，其特征在于：相对高度测量模块采用测量方向朝向下方的超声波传感器阵列。3.根据权利要求1所述的植保喷药无人机，其特征在于：飞行控制器还连接有用于测量前方n米处农作物顶端与植保喷药无人机之间间距l的前间距测量模块；l的单位为米；n为实数且4米≥n≥2米；前间距测量模块采用超声波传感器阵列或激光测距传感器阵列；以当前植保喷药无人机下方的农作物顶端所在水平面为基准平面，前间距测量模块测量的竖向角度范围覆盖从最高的水平方向至最低的朝向前方n米处的基准平面的方向。4.权利要求3中所述植保喷药无人机的定间距飞行控制方法，其特征在于：喷药作业前，工作人员向飞行控制器输入待喷药区域的农作物种类及生长期，喷药作业开始、植保喷药无人机起飞后延时3-5秒，飞行控制器持续通过相对高度测量模块获取与其正下方农作物之间的竖向距离，将任意时刻下该竖向距离的实际值作为该时刻下的实际相对高度hs；该竖向距离以相对高度测量模块的超声波传感器阵列获取的最小值为准，并根据该最小值确定基准平面相对植保喷药无人机的位置；飞行控制器控制植保喷药无人机的飞行高度，使hs持续落入hx
±
0.03米的范围之内；具体是：喷药作业进行中，随着植保喷药无人机向前飞行，当基准平面不变时，飞行控制器使螺旋桨的转速保持不变；当基准平面升高时，飞行控制器升高植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使hs落入hx
±
0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变；当基准平面降低时，飞行控制器降低植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使hs落入hx
±
0.03米的范围之内后，保持螺旋桨的转速不变。5.根据权利要求4所述的定间距飞行控制方法，其特征在于：还包括有基准平面变化前的平滑变高控制方法：前方n米处农作物的最高点与当前植保喷药无人机之间竖向高度差为h米；情况一：当h＞hx时表明前方n米处的农作物顶端高度低于基准平面，飞行控制器通过以下公式一得到h值：公式一：h=（l
2-n＇2）
0.5
；其中，n＇＝n+
⊿
n，
⊿
n＝（n/l＇）
×
l＇＇，l＇=(hs2+n2)
0.5
，
l＇＇＝l－l＇；h－hx为当前的植保喷药无人机高度降低目标；此时飞行控制器提前降低螺旋桨的转速，直到以下ab两个条件之一发生时，保持螺旋桨的转速不变：a：相对高度测量模块测得的相对高度小于等于0.2米；随着植保喷药无人机持续飞行，当条件a消失后，如果条件b仍未满足，则飞行控制器继续降低螺旋桨的转速，直到条件a或条件b发生；b：新计算得到的h值已经落入hx
±
0.03米的范围之内；情况二：当h＝hx时，表明前方n米处的农作物顶端位于基准平面，此时飞行控制器保持螺旋桨的转速不变；情况三：h＜hx时表明前方n米处的农作物顶端高度高于基准平面，飞行控制器通过以下公式二得到h值：公式二：h＝（l
2-n2）
0.5
；（hx－h）为当前的植保喷药无人机高度升高目标；此时飞行控制器提前升高螺旋桨的转速，直到新计算得到的h值已经落入hx
±
0.03米的范围之内时，保持螺旋桨的转速不变。

技术总结

本发明公开了一种植保喷药无人机，具有飞行控制器、螺旋桨和喷药系统，飞行控制器连接有用于测量无人机与下方农作物的相对高度的相对高度测量模块；飞行控制器内存储有各种类型的农作物的不同生长阶段分别对应的最佳相对高度HX数据；本发明还公开了相应的控制方法，当基准平面升高时，飞行控制器升高植保喷药无人机的螺旋桨的转速，使HS落入HX