傘降固定翼無人機自主定點回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無人機回收技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無人機由于其成本低、用途廣泛等優(yōu)點，近年來已成為業(yè)界發(fā)展的熱點。其中傘降 固定翼無人機以其續(xù)航時間長、對場地要求低等特點，非常適合應(yīng)用于勘探、巡線、林業(yè)等 需要大范圍長時間巡航且發(fā)射回收場地條件差的場合。
[0003] 盡管對場地要求較低，且不需要跑道等基礎(chǔ)設(shè)施，傘降回收無人機在回收時仍需 要考慮回收場地的基本情況，除地面基本情況如是否平整、是否有積水、地面軟硬程度等必 須人為考察的局部地形因素外，還包括周邊有無高大山脈和建筑物攔阻以及風(fēng)速風(fēng)向?qū)?降的影響等因素。因此，無人機的安全回收成為無人機操縱者在駕駛無人機時需要著重考 慮的問題。
[0004] 目前應(yīng)用中的無人機回收技術(shù)還是依賴人為規(guī)劃。通常的回收流程是：人工選取 合適的回收點、回收航向和停車高度，根據(jù)地面測量風(fēng)速風(fēng)向估計出飛機的回收點和開傘 點，再根據(jù)這兩點規(guī)劃出回收航線，使飛機按照回收航線飛行并按規(guī)劃執(zhí)行發(fā)動機停車和 開傘，最終完成回收。其中回收點和停車高度的選擇需要考察場地局部地形和場地高度，回 收航向需要考察周邊地形遮擋和風(fēng)向風(fēng)速。在進入回收航線的過程中，由于沒有地面高程 的輔助，還需要人工控制進近降高過程，無法真正做到自主化回收。
[0005] 目前的回收方式需要無人機操縱者具備較豐富的回收經(jīng)驗，同時在地面站和飛機 通信故障的條件下，由于無法人工上傳回收航線，飛機回收存在較大的安全風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種傘降固定翼無人機自主定點回收方 法，利用機載數(shù)字高程地圖，在給定回收點和回收航向的條件下，由飛機自主形成回收過 程，完成自主定點回收。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0008] 步驟1，設(shè)定回收點P的坐標（Xd,yj和回收航向a;
[0009] 步驟2,判斷步驟1的設(shè)定是否具備回收條件，具體步驟如下：
[0010] 步驟2. 1，生成回收區(qū)，回收區(qū)為長度L= 0. 5(Vsmin+Vsmax)T。、寬度W= 2(ts+hs/vd) %的矩形，其中，Vsmin、Vs_為安全開傘速度上下界，ts為飛機停車到開傘時間間隔，hs為飛 機開傘安全高度，^為飛機開傘后平均下降速度，為時間常數(shù)，取180,V。為速度常數(shù)，取 20;回收區(qū)的四個頂點位置為：
[0011]

[0015] 步驟2. 2,生成進近區(qū)，進近區(qū)是圓心在點0、半徑為6R的圓形，其中R為飛機最小 盤旋半徑，點〇的坐標為
[0016] 步驟2. 3,在數(shù)字高程地圖中遍歷回收區(qū)和進近區(qū)內(nèi)網(wǎng)格點的高度，若存在點 (x，y)的高度HT大于回收點P的高度1與hs之和，則返回步驟1重新設(shè)定回收點P的坐標 和回收航向，否則進入下一步；
[0017] 步驟3,人工發(fā)出自主回收指令或機載程序判斷數(shù)據(jù)鏈失效需要自主回收時，生成 進近降高航線，并控制飛機沿進近降高航線飛行；生成進近降高航線的步驟如下：
[0018] 步驟3. 1，計算飛機與點0的距離D。，若V6R則進入步驟3. 2 ;否則以目標點為圓 心，3R為半徑，％+h,為給定高度，控制飛機進行順時針圓盤飛行，進入步驟4 ;
[0019] 步驟3. 2,將飛機當前位置與點0連線，在數(shù)字高程地圖中遍歷該連線上各點的高 度，搜索到最高高度Hh，令Hh+hsS飛機給定高度，控制飛機以點0為目標點飛行；
[0020] 步驟3. 3,等待5秒后返回步驟3. 1 ;
[0021] 步驟4,生成回收航線，并控制飛機沿回收航線飛行，生成回收航線的步驟如下：
[0022] 步驟4. 1，每隔1秒檢測一遍以下條件，當飛機同時滿足四個條件時進入步驟4. 2 ; 四個條件為：
[0023] (1)飛機高度H滿足HQ+hs-Ah〈H〈HQ+hs+Ah，其中Ah為飛機高度控制精度；
[0024] (2)飛機空速Va滿足Vsniin〈Va〈Vs_;
[0025] (3)飛機處于圓心為點0'、半徑為的圓內(nèi)，點〇'的坐標為
[0026]
[0027] (4)航跡偏差的絕對值|d|〈Ad，其中Ad為水平導(dǎo)航控制精度；
[0028] 步驟4. 2，設(shè)定目標點為回收點P，進入航線點坐標為
;給定航線角a，給定高度Hd+h,;
[0029] 步驟5,根據(jù)機上測量風(fēng)速風(fēng)向修正回收航線，并控制飛機跟隨修正的回收航線， 修正回收航線的步驟如下：
[0030]步驟5. 1，航跡偏差的絕對值IdI〈Ad且持續(xù)10秒后進入步驟5. 2 ;
[0031]步驟5. 2,風(fēng)速估計
庫中，ASx、ASy為飛機衛(wèi)星定位位置 在一個衛(wèi)星定位周期中在x，y方向上的位移，At為衛(wèi)星定位周期，(i)為飛機航向角；每個 衛(wèi)星定位周期進行一次風(fēng)速估計，連續(xù)10個衛(wèi)星定位周期后求平均值；
[0032] 步驟5.3，修正回收航線的目標點？'，目標點？'的坐標為〇^-[^#0^平 +wx(ts+hs/vd)]，yQ-[vatssin<i)平+wy(ts+hs/vd)])，其中巾平為前10個衛(wèi)星定位周期的飛機航 向角平均值；
[0033] 步驟6,計算飛機與點P'的距離De
時認為飛機已接近回收點， 控制發(fā)動機停車；其中dMac;h為航點接近門限；
[0034] 步驟7,等待ts秒后控制飛機開傘；
[0035] 步驟8,飛機落地后根據(jù)機械觸地開關(guān)控制飛機切傘。
[0036] 本發(fā)明的有益效果是：由于利用了數(shù)字高程地圖和機載風(fēng)速估計手段，極大簡化 了飛機回收操作流程，減輕了無人機操作人員的操作負擔(dān)。
[0037] 由于本方法可以在無人機起飛前設(shè)定，保證了在無人機數(shù)據(jù)鏈故障的情況下，無 人機能按照本方法安全、準確的降落在回收場地，增強了無人機自主性，降低了無人機對通 信條件的依賴。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本方法總流程圖；
[0039] 圖2是本方法回收設(shè)定流程圖；
[0040] 圖3是本方法控制飛機進入進近航線流程圖；
[0041] 圖4是本方法控制飛機進入回收航線流程圖；
[0042] 圖5是本方法控制飛機進入修正回收航線流程圖；
[0043] 圖6是本方法控制飛機完成回收流程圖；
[0044] 圖7是本方法無人機回收過程平面示意圖。
【具體實施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施 例。
[0046] 本發(fā)明所涉方法步驟如下：
[0047] 1.人工設(shè)定回收點P(xQ,yQ)(北東坐標系中）和回收航向a。
[0048] 2.判斷回收設(shè)定是否具備回收條件。具體判斷步驟如下：
[0049] 1)根據(jù)給定回收點和回收方向生成回收區(qū)。回收區(qū)為長度L，寬度W的矩形。其 中L= 0. 5(Vsmin+VJTQ，W= 2(ts+hs/vd)VQ，其中Vsmin、V_^安全開傘速度上下界，單位為 米/秒，％為飛機停車到開傘時間間隔，h3為飛機開傘安全高度，v,為飛機開傘后平均下降 速度，I；為時間常數(shù)，取180秒，V^為速度常數(shù)，取20米/秒。其四個頂點位置為：
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054] 2)根據(jù)給定回收點、回收方向和計算出的回收區(qū)生成進近區(qū)。進近區(qū)為半徑為6R 的圓形。其中R為飛機最小盤旋半徑。其中心坐標為點〇:
[0055]
[0056] ⑴迦j力數(shù)子尚?m囹屮仕凹嘆込W進近込氾圍H的FJ份總的高度，若存在點 (x，y)的高度％大于設(shè)定回收點（x^y^的高度％與飛機安全開傘高度!^之和，即：
[0057] HT>H〇+hs
[0058] 則返回回收設(shè)定不符合回收條件，返回步驟1重新進行回收設(shè)定。若回收設(shè)定符 合回收條件則進入下一步。
[0059] 3.人工發(fā)出自主回收指令或機載程序判斷數(shù)據(jù)鏈失效需要自主回收時，生成進近 降高航線，并控制飛機沿進近降高