CN109885085A - 一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法，属于海上补给领域。本发明包括：无人机在补给舰上挂载补给物资，完毕后，自主飞往受补给舰；无人机飞行过程中，通过北斗载波相位差分相对定位技术实时地、精准地获取无人机自身相对于补给舰、受补给舰的位置信息数据，进行无人机路径规划与飞行控制；无人机最终自主停靠在受补给舰上，并由受补给舰上的船员接收物资；物资接受完毕后，无人机再自主飞回补给舰，由补给舰上的船员再次挂载补给物资；上述过程循环往复，直到完成补给任务。本发明结合无人机控制技术以及北斗相对定位技术，将无人机用作补给舰之间的物资运输工具，具有灵活性高、自主性强、补给快速准确等优点。

Description

一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法

技术领域

本发明属于海上补给领域，具体涉及一种基于北斗高精度相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法。

背景技术

海洋综合补给***是补给舰上的核心***，用于向受补给舰补给物资如干货、液货等。传统的海上补给方式有四种：航向横向补给，航向纵向补给，锚泊补给，垂直补给。

其中航向横向补给要求两船保持同向同速航行，舰员们利用钢缆运输物资。由于补给时两船较近，所以要求舰员有较高的操作舰船的技术，避免补给舰与受补给舰发生碰撞事故；航向纵向补给要求两船纵向排列，保持同向同速，多为输油管道液货补给；锚泊补给要求受补给舰停靠在码头上，是传统的补给方式，补给不灵活，已基本被淘汰；垂直补给主要依靠直升机进行物资补给，补给距离可近可远，补给较为灵活，但是需要直升机飞行员，且耗费大量人力、物力、财力。以上四种舰船补给方式中除了垂直补给与锚泊补给外，都要求补给舰与受补给舰之间有物资运输通道如支架、管道等，对舰船操作人员的操作技术有很高要求，危险性大，且均需要耗费较大的人力物力。

发明内容

本发明的目的在于解决传统的船舶补给方式既具有高危险性，又耗费大量人力、财力的问题，为此提供了一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法，包括以下步骤：

(1)无人机停放在补给舰上挂载补给物资，补给物资挂载完毕后，无人机载着补给物资自主飞往受补给舰；

(2)无人机飞至受补给舰附近，自主降落在受补给舰上的受补给区域内；

(3)受补给舰上的船员接收完无人机上挂载的补给物资后，无人机由受补给舰自主飞回补给舰；

(4)无人机飞回至补给舰附近，自主降落在补给舰上，并由补给舰上的船员为无人机再次挂载补给物资；

(5)无人机按以上过程循环往复，直到完成补给任务。

步骤1中补给物资挂载完毕后，无人机载着补给物资自主的飞往受补给舰，技术实现具体包括：

(1.1)无人机飞行时通过北斗相对定位技术实时地、精准地获取无人机自身相对于补给舰、受补给舰的位置信息；

(1.2)无人机实时地、精准地获取自身与补给舰、受补给舰的相对位置信息，之后利用所获得的数据进行无人机路径规划与飞行控制。

步骤1.1中所述的无人机飞行时通过北斗相对定位技术实时地、精准地获取无人机自身相对于补给舰、受补给舰的位置信息，技术实现具体包括：

(1.1.1)在补给舰的补给区域内固定放置一个北斗接收机模块、通信模块，并搭建基站；

(1.1.2)在受补给舰的补给区域内固定放置一个北斗接收机模块、通信模块，并搭建基站；

(1.1.3)无人机顶部安装北斗接收机模块、通信模块、北斗定位模块，无人机视为移动站；

(1.1.4)补给舰上的基站，通过接收机模块实时接收北斗卫星导航信号，计算、获得差分信息，利用通信模块实时向外播发差分信息；无人机的接收机模块实时接收多颗卫星的导航信号；无人机的通信模块实时接收补给舰播发的差分信息；无人机的定位模块利用接收到的卫星导航信号和差分信息进行实时载波相位双差，解算整周模糊度，进行相应正确性检验，保障解算结果的正确性，从而获得实时的在地心地固坐标系下补给舰与无人机的基线向量，由几何拓扑关系将该基线向量转换成在当地水平坐标系下的基线向量，即获得实时高精度的无人机与补给舰的相对位置关系；依照同样过程，获得实时高精度的受补给舰与无人机之间的相对位置关系；

(1.1.5)无人机控制器把得到的相对位置信息数据实时传输给补给舰、受补给舰上的基站；补给舰、受补给舰上的基站对相对位置信息数据进行可视化处理，便于双方船员实时监控无人机飞行状态。

步骤1.2中所述的无人机利用所获得的相对位置数据进行无人机路径规划与飞行控制，具体包括以下过程：

(1.2.1)无人机上的控制器得到的实时高精度的相对位置信息，将作为位置信息反馈回无人机的控制器；

(1.2.2)无人机飞行控制***对无人机进行位置的闭环控制，控制无人机朝着减少与受补给舰相对距离的方向飞行，并且保持无人机与受补给舰直线距离大于10米，防止无人机撞上受补给舰；

(1.2.3)无人机实现从补给舰起飞，载着补给物资自主的飞往受补给舰的技术目标。

步骤2中所述的无人机飞至受补给舰附近，自主降落在受补给舰上的受补给区域内，具体包括以下过程：

(2.1)无人机飞行控制***结合北斗相对定位技术得出的位置信息，对无人机进行位置闭环控制，某一时刻，在当地水平坐标系下的基线向量的东向与北向坐标同时为零，即无人机已经飞行至受补给舰正上方；

(2.2)无人机在受补给舰上空作短暂悬停，然后缓慢降落在受补给区域内；

(2.3)无人机完全停放完毕后，受补给舰上的船员接收补给物资。

步骤3和步骤4中所述的补给物资接收完毕后，无人机由受补给舰自主飞回至补给舰附近，自主降落在补给舰上，在此过程中无人机飞行的自主性以及路径规划，与无人机由补给舰飞往受补给舰过程中所需要的技术一致，即通过北斗相对定位技术，在无人机飞行过程中实时获取无人机与补给舰、受补给舰之间的相对位置信息，并结合无人机飞行控制技术，实现无人机自主停靠回补给舰上的技术目标。

本发明的有益效果在于：

本发明的整个补给过程不需要搭建物资传送结构，补给物资完全靠无人机进行运输，只有在为无人机挂载、接收补给物资时需要船员参与，具有高度的自主性。本发明结合无人机控制技术以及北斗相对定位技术，将无人机用作补给舰之间的物资运输工具，具有灵活性高、自主性强、补给快速准确等优点。

附图说明

图1为本发明实施例的实施场景示意图；

图2为本发明实施例的事件发展示意图；

图3为本发明实施例的一个无人机内部结构框图；

图4为本发明涉及到的北斗相对定位技术示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供了一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法。

如图1所示，为更清楚的描述本方案的发明意图，先对本发明的实施场景进行设置，本发明实施场景为补给舰通过无人机对受补给舰进行单次补给，包括：补给舰1、基站2、多颗北斗导航卫星3、无人机4、基站5、受补给舰6。

补给舰1上的船员为无人机4挂载补给物资，补给物资挂载完毕后，无人机4由补给舰1自主起飞前往受补给舰6，并且精确的停靠在受补给舰6上的受补给区域内，此时，受补给舰6上船员接收来自无人机4的补给物资，补给物资接收完毕后，无人机4由受补给区域自主起飞返回补给舰1，并且精准停靠在补给区域内。这便完成了无人机对受补给舰的单次补给任务。

本发明的目的通过以下技术方案来实现的：

如图2所述，所述方法包括步骤：

S100、补给舰1上的船员在补给区域内为无人机4挂载补给物资。

在补给任务执行前，补给舰1上的船员根据天气状况以及补给物资的需求大小，在补给区域内，合理的为无人机4挂载补给物资，满足无人机4的载重以及安全要求。

S101、无人机4载着补给物资自主飞往受补给舰6。

S102、无人机4自主停靠在受补给舰6上。

为了使无人机4能够自主精准的飞抵受补给舰。在无人机4飞行过程中，补给舰1上的基站2、受补给舰6上的基站5，通过北斗接收机模块实时接收多颗北斗导航卫星3的信号，计算、获得差分信息，并利用通信模块实时向外播发差分信息。无人机4的北斗接收机模块203实时接收多颗北斗导航卫星3的导航信号，无人机4的通信模块202实时接收补给舰1、受补给舰6播发的差分信息，无人机的北斗定位模块201利用接收到的卫星导航信号和差分信息进行实时载波相位双差，解算整周模糊度，进行相应正确性检验，保障解算结果的正确性，从而获得实时的补给舰1和无人机4、受补给舰6和无人机4之间的基线向量，由几何拓扑关系将该基线向量转换成在当地水平坐标系下的基线向量，即获得实时高精度的无人机4与补给舰1、受补给舰6的相对位置关系。

无人机4实时得到相对位置信息后，结合无人机控制技术，即可实现无人机4由补给舰1上补给区域起飞后能自主飞往受补给舰6，并且精准停靠在受补给区域内。

S103、受补给舰6上的船员接收无人机4上挂载的补给物资。

受补给舰6上的船员可以使用拖车等工具，将接收到的无人机4上的补给物资送入船舱内，并进行有序的整理摆放。

S104、无人机4由受补给舰6飞回补给舰1，并停落在补给舰1上的补给区域内，并由补给舰1上船员为无人机4再次挂载补给物资。

同之前无人机4从补给舰1上起飞并自主飞往受补给舰6上的过程与技术一致，无人机4也将利用北斗相对定位技术，实时获取无人机4与补给舰1、受补给舰6的相对位置信息。

无人机4实时得到的相对位置信息，结合无人机控制技术，即可实现无人机4由受补给舰6上的受补给区域内起飞后能自主返回补给舰1，并且精准停靠在补给区域内。

无人机4已经回到补给舰上，即对受补给舰6的单次补给任务完成，可以准备下一次的补给任务。

如图3所述，作为一种可能的实施例，为了保证北斗相对定位技术的实现，补给无人机***205的内部结构框图还包括：

飞行控制模块200、北斗定位模块201、通信模块202、北斗接收机模块203、补给物资挂载模块204。

如图4所述，本发明涉及到的北斗相对定位技术包括以下步骤：

基站接收北斗卫星导航信号，并广播差分信号300；

移动站接收差分信息以及北斗卫星导航信号301；

移动站进行实时载波相位双差，并解算整周模糊度，进行相应的正确性检验302；

得出移动站与基站的相对位置矢量303，也就是得出了无人机相对于补给舰、受补给舰的相对位置信息。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)无人机停放在补给舰上挂载补给物资，补给物资挂载完毕后，无人机载着补给物资自主飞往受补给舰；

(2)无人机飞至受补给舰附近，自主降落在受补给舰上的受补给区域内；

(3)受补给舰上的船员接收完无人机上挂载的补给物资后，无人机由受补给舰自主飞回补给舰；

(4)无人机飞回至补给舰附近，自主降落在补给舰上，并由补给舰上的船员为无人机再次挂载补给物资；

(5)无人机按以上过程循环往复，直到完成补给任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法，其特征在于：步骤1中补给物资挂载完毕后，无人机载着补给物资自主的飞往受补给舰，技术实现具体包括：

(1.1)无人机飞行时通过北斗相对定位技术实时地、精准地获取无人机自身相对于补给舰、受补给舰的位置信息；

(1.2)无人机实时地、精准地获取自身与补给舰、受补给舰的相对位置信息，之后利用所获得的数据进行无人机路径规划与飞行控制。

3.根据权利要求2所述的一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法，其特征在于：步骤1.1中所述的无人机飞行时通过北斗相对定位技术实时地、精准地获取无人机自身相对于补给舰、受补给舰的位置信息，技术实现具体包括：

(1.1.1)在补给舰的补给区域内固定放置一个北斗接收机模块、通信模块，并搭建基站；

(1.1.2)在受补给舰的补给区域内固定放置一个北斗接收机模块、通信模块，并搭建基站；

(1.1.3)无人机顶部安装北斗接收机模块、通信模块、北斗定位模块，无人机视为移动站；

(1.1.4)补给舰上的基站，通过接收机模块实时接收北斗卫星导航信号，计算、获得差分信息，利用通信模块实时向外播发差分信息；无人机的接收机模块实时接收多颗卫星的导航信号；无人机的通信模块实时接收补给舰播发的差分信息；无人机的定位模块利用接收到的卫星导航信号和差分信息进行实时载波相位双差，解算整周模糊度，进行相应正确性检验，保障解算结果的正确性，从而获得实时的在地心地固坐标系下补给舰与无人机的基线向量，由几何拓扑关系将该基线向量转换成在当地水平坐标系下的基线向量，即获得实时高精度的无人机与补给舰的相对位置关系；依照同样过程，获得实时高精度的受补给舰与无人机之间的相对位置关系；

(1.1.5)无人机控制器把得到的相对位置信息数据实时传输给补给舰、受补给舰上的基站；补给舰、受补给舰上的基站对相对位置信息数据进行可视化处理，便于双方船员实时监控无人机飞行状态。

4.根据权利要求2所述的一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法，其特征在于：步骤1.2中所述的无人机利用所获得的相对位置数据进行无人机路径规划与飞行控制，具体包括以下过程：

(1.2.1)无人机上的控制器得到的实时高精度的相对位置信息，将作为位置信息反馈回无人机的控制器；

(1.2.2)无人机飞行控制***对无人机进行位置的闭环控制，控制无人机朝着减少与受补给舰相对距离的方向飞行，并且保持无人机与受补给舰直线距离大于10米，防止无人机撞上受补给舰；

(1.2.3)无人机实现从补给舰起飞，载着补给物资自主的飞往受补给舰的技术目标。

5.根据权利要求1所述的一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法，其特征在于：步骤2中所述的无人机飞至受补给舰附近，自主降落在受补给舰上的受补给区域内，具体包括以下过程：

(2.1)无人机飞行控制***结合北斗相对定位技术得出的位置信息，对无人机进行位置闭环控制，某一时刻，在当地水平坐标系下的基线向量的东向与北向坐标同时为零，即无人机已经飞行至受补给舰正上方；

(2.2)无人机在受补给舰上空作短暂悬停，然后缓慢降落在受补给区域内；

(2.3)无人机完全停放完毕后，受补给舰上的船员接收补给物资。

6.根据权利要求1所述的一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法，其特征在于：步骤3和步骤4中所述的补给物资接收完毕后，无人机由受补给舰自主飞回至补给舰附近，自主降落在补给舰上，在此过程中无人机飞行的自主性以及路径规划，与无人机由补给舰飞往受补给舰过程中所需要的技术一致，即通过北斗相对定位技术，在无人机飞行过程中实时获取无人机与补给舰、受补给舰之间的相对位置信息，并结合无人机飞行控制技术，实现无人机自主停靠回补给舰上的技术目标。