CN106647778A - 基于uwb指引的无人直升机自动着陆方法 - Google Patents

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薛智航
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    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
    • G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • G05D1/0653—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing
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Abstract

本发明公开了基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，地勤人员通过UWB发射器发射着陆指示，无人直升机通过机载UWB捕获装置，捕获UWB发射器发射的着陆指示。飞行控制***根据UWB捕获装置的输出信号操纵直升机跟踪UWB发射器发射的着陆指示。从而，在飞行控制***的控制下，直升机按照UWB发射器的指示和引导，逐渐向地面靠近，直至无人直升机最终完成自动着陆。本发明的优点是：采用UWB信号进行引导，可靠性高；可在着陆过程中随时更改着陆目标位置。

Description

基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法
技术领域
本发明涉及一种无人机着陆方法，具体涉及基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法。
背景技术
定位技术，是指对测量目标进行位置信息测定的技术。随着科技的发展，在各个领域内，需要被精确定位的目标越来越多，尤其是对动态移动目标的精确定位，逐渐成为了各行业关注的关键问题。UWB定位技术具有高带宽、低功耗、抗干扰能力强、传输速率高、频谱利用率高、***容量大、多径分辨率高等特点，可对动态目标进行实时定位，且可保证定位精度，为实现物料厂货物装载的自动化管理提供了可靠的技术支持。但至今未见有基于UWB定位技术在物料厂铲车作业监控管理设备上应用的公开报导。
无人直升机的定点着陆方法通常有两种。其一是在GPS全球定位***的指示下，实现定点着陆。利用GPS引导直升机着陆，是目前最普遍的方法。然而，由于GPS信号穿透力差，极易受地面建筑物和树丛的影响而失效。此外，GPS受美国军方控制，在特殊情况下亦会失效。因此，利用GPS引导直升机着陆存在弊端和隐患。其二是利用视觉导航装置，根据事先铺设在地面上信号布的指示，引导直升机着陆。由于视觉导航必须利用光学信号实现识别，而信号布的光学信号受周围环境影响甚大。因此，在光照不足的情况下，视觉导航装置的识别率会严重降低，甚至无法识别信号布。尤其在夜间，视觉导航装置必须借助外界光源的照射才能正常工作。此外，由于信号布通常在直升机着陆前铺设，而在直升机的着陆过程中无法移动。因而无法根据实际飞行情况，实时更改无人直升机的着陆位置。因此，以上两种方法均存在一定程度的不足。
由于GPS引导受美国军方控制，且GPS引导无法准确地对移动平台进行定位，而海上环境较为恶劣，视觉引导也难以使用，因此现有的无人机在海上的移动平台降落是大多依靠手动控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过UWB引导无人机自动着陆，目的在于提供基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，解决由于GPS引导受美国军方控制，且GPS引导无法准确地对移动平台进行定位，而海上环境较为恶劣，视觉引导也难以使用，因此现有的无人机在海上的移动平台降落是大多依靠手动控制。
本发明通过下述技术方案实现：
基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，包括依次进行的以下步骤：
A、起飞前，在无人机上安装机载UWB捕获装置，将机载UWB捕获装置与飞行控制***进行匹配；
B、在无人机准备进行着陆时，地勤人员使用UWB发射器对无人机进行着陆指示；
C、无人机上的机载UWB捕获装置捕获UWB发射器发射的着陆指示；
D、无人机上的机载UWB捕获装置根据捕获的着陆指示输出信号到飞行控制***；
E、无人机上的飞行控制***根据机载UWB捕获装置输入的信号控制无人机完成着陆。地勤人员通过UWB发射器发射着陆指示，无人直升机通过机载UWB捕获装置，捕获UWB发射器发射的着陆指示。飞行控制***根据UWB捕获装置的输出信号操纵直升机跟踪UWB发射器发射的着陆指示。从而，在飞行控制***的控制下，直升机按照UWB发射器的指示和引导，逐渐向地面靠近，直至无人直升机最终完成自动着陆。
所述步骤B中地勤人员使用UWB发射器对无人机进行着陆指示的方法为地勤人员通过UWB发射器向期望的着陆点照射UWB。UWB发射器向期望着陆点照射UWB后，无人机上的机载UWB捕获装置根据TOA、TDOA、RSS以及AOA方法确定照射点与无人机的位置关系。
在无人机着陆的过程中，地勤人员更改UWB发射器的照射点后，无人机的期望着陆点也立即更改为新的照射点。在直升机的着陆过程中，可以利用UWB发射器方便地更改着陆目标位置，更改UWB发射器的照射点后，无人机上的机载UWB捕获装置捕获新的照射点，根据新的照射点输出信号到飞行控制***。
所述步骤D中无人机上的机载UWB捕获装置根据捕获的着陆指示输出信号到飞行控制***的方法为UWB捕获装置根据捕获的UWB引导无人机向期望着陆点靠近。通过步骤B确定的无人机与照射点的位置关系来引导无人机着陆，着陆原理与GPS引导无人机着陆原理相同。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，采用UWB信号进行引导，可靠性高；
2、本发明基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，可在着陆过程中随时更改着陆目标位置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本发明基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，包括依次进行的以下步骤：
A、起飞前，在无人机上安装机载UWB捕获装置，将机载UWB捕获装置与飞行控制***进行匹配；
B、在无人机准备进行着陆时，地勤人员使用UWB发射器对无人机进行着陆指示；
C、无人机上的机载UWB捕获装置捕获UWB发射器发射的着陆指示；
D、无人机上的机载UWB捕获装置根据捕获的着陆指示输出信号到飞行控制***；
E、无人机上的飞行控制***根据机载UWB捕获装置输入的信号控制无人机完成着陆。
所述步骤B中地勤人员使用UWB发射器对无人机进行着陆指示的方法为地勤人员通过UWB发射器向期望的着陆点照射UWB。UWB发射器向期望着陆点照射UWB后，无人机上的机载UWB捕获装置根据到达时间定位、到达时间差定位、信号强度分析法以及到达角度定位方法确定照射点与无人机的位置关系。在无人机着陆的过程中，地勤人员更改UWB发射器的照射点后，无人机的期望着陆点也立即更改为新的照射点。在直升机的着陆过程中，可以利用UWB发射器方便地更改着陆目标位置，更改UWB发射器的照射点后，无人机上的机载UWB捕获装置捕获新的照射点，根据新的照射点输出信号到飞行控制***。
所述步骤D中无人机上的机载UWB捕获装置根据捕获的着陆指示输出信号到飞行控制***的方法为UWB捕获装置根据捕获的UWB引导无人机向期望着陆点靠近。通过步骤B确定的无人机与照射点的位置关系来引导无人机着陆，着陆原理与GPS引导无人机着陆原理相同。
根据上述方法使无人机降落在辽宁号航母上，首先在沈飞研究所研制的天弩无人机上加装机载UWB捕获装置NOVELDA 6100系列雷达，在无人机通过遥控或预设的飞行程序到达地勤人员通过UWB发射器FREESCALE XS110向期望的辽宁舰甲板上的着陆点照射UWB形成UWB安装点。无人直升机通过机载UWB捕获装置，捕获UWB发射器照射在地面上的UWB安装点。飞行控制***根据UWB捕获装置的输出信号操纵直升机跟踪UWB安装点，机载UWB捕获装置根据到达时间定位、到达时间差定位、信号强度分析法以及到达角度定位方法确定照射点与无人机的位置关系，定位精度为分米级，在舰长304.5米的辽宁舰上进行精准着陆绰绰有余，当辽宁舰处于行驶状态时，UWB安装点的位置在不停的变化，安装点的变化原理与地勤人员重设UWB安装点的原理相同，由于辽宁舰航速为29节，天弩无人机飞行速度远大于辽宁舰的航速，因此，在辽宁舰全速航行时，无人机仍能机跟踪UWB安装点，在飞行控制***的控制下，直升机按照UWB发射器的指示和引导，逐渐向地面上的UWB安装点靠近，并同时下降高度，直至无人直升机最终完成自动着陆。而采用GPS引导着陆想达到在移动的辽宁舰上进行分米级的精准着陆则需要在辽宁舰上建立多个差分基准站，在不建立差分基准站时，定位精度最多达到10m级，在甲板上精准着陆可行性几乎为0，且战争时期采用GPS定位必然会暴露辽宁舰的坐标。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：
A、起飞前，在无人机上安装机载UWB捕获装置，将机载UWB捕获装置与飞行控制***进行匹配；
B、在无人机准备进行着陆时，地勤人员使用UWB发射器对无人机进行着陆指示；
C、无人机上的机载UWB捕获装置捕获UWB发射器发射的着陆指示；
D、无人机上的机载UWB捕获装置根据捕获的着陆指示输出信号到飞行控制***；
E、无人机上的飞行控制***根据机载UWB捕获装置输入的信号控制无人机完成着陆。
2.根据权利要求1所述的基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，其特征在于，所述步骤B中地勤人员使用UWB发射器对无人机进行着陆指示的方法为地勤人员通过UWB发射器向期望的着陆点照射UWB。
3.根据权利要求2所述的基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，其特征在于，在无人机着陆的过程中，地勤人员更改UWB发射器的照射点后，无人机的期望着陆点也立即更改为新的照射点。
4.根据权利要求2所述的基于UWB指引的无人直升机自动着陆方法，其特征在于，所述步骤D中无人机上的机载UWB捕获装置根据捕获的着陆指示输出信号到飞行控制***的方法为UWB捕获装置根据捕获的UWB引导无人机向期望着陆点靠近。
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