CN114049797A - 一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法和装置 - Google Patents

一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法和装置。所述方法包括：首先确定回收跑道的相关位置信息和无人机飞行参数，包括预设接地点的精确GNSS坐标、回收跑道方向、无人机安全下沉率等，自动生成无人机滑跑回收航线，包括各航路点的GNSS坐标，各航段轨迹等；然后还包括无人机执行滑跑回收航线时对于自主回收状态的安全逻辑判断方法，可根据无人机实时自主飞行位置信息和滑跑回收航线信息，判断回收过程是否安全可执行，以此决定无人机继续完成回收航线或是切换航路点进行复飞，重新执行回收航线。本发明公开的方法可以生成完整有效的无人机自主滑跑回收航线和安全逻辑判断方法，能够切实提高滑跑回收的执行效率和成功率。

Description

一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法和装置
技术领域
本申请涉及无人机飞行控制领域，特别是涉及一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法和装置。
背景技术
滑跑回收无人机一种常用的回收方式，其优势在于对无人机损伤小，可满足大型无人机多次安全重复起降的要求。作为一种无人机回收方式，最重要的就是保证无人机的回收过程的安全性、可靠性、简便性和可执行性。现有技术通常是采用常规的有人机四边形通场回收模式，航线生成过程一般通过人工经验确定，不能快速自动完成，并且没有通用的安全判断模式。同时，采用常规的四边形通场回收航线，转弯时无人机不能快速跟踪理想航线，导致航线逻辑复杂，对飞行控制***的要求高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高无人机回收可靠性的无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法和装置。
一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法，所述方法包括：
(1)获取无人机回收时落在跑道上的预设接地点坐标和回收跑道方向角度值，以所述预设接地点坐标为相对坐标原点，以无人机回收时在跑道上的滑跑方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；
根据所述预设接地点为相对坐标原点设置自主滑跑回收的航路点1的相对坐标；所述航路点1的x坐标与所述预设接地点的x坐标一致，航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；
根据无人机由所述航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点2，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；
根据无人机由所述航路点2保持平行跑道航向经匀速下降第一预设高度后的位置为航路点3，航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；
根据无人机由所述航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点4，完成航路点4后无人机航向应指向跑道方向，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；
根据无人机由所述航路点4保持平行跑道航向经匀速下降第二预设高度后的位置为航路点5，航路点4到航路点5的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；
根据无人机由所述航路点5保持平行跑道航向经匀速下降第三预设高度后的位置为航路点6，航路点6的位置与所述预设接地点位置一致；
根据所述航路点4到航路点6的过程中，进行无人机的安全回收状态判断，若状态安全，将无人机引导到航路点6完成滑跑回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行滑跑回收航线，直到完成滑跑回收；
所述自主滑跑回收航线为连接所述航路点1、航路点2、航路点3、航路点4、航路点5、航路点6所构成的航线，以及相应的安全回收状态判断方法。
(2)根据(1)所述的方法，所述无人机转弯半径为无人机保持巡航速度侧倾30度时对应的安全盘旋半径。
(3)根据(1)所述的方法，航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行10秒所对应的距离，航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行25秒所对应的距离，航路点4到航路点5的距离为无人机按照巡航速度飞行5秒所对应的距离。
(4)根据(1)所述的方法，航路点1的z坐标值高度为无人机安全下沉率乘以40秒所确定；所述第一预设高度为无人机安全下沉率乘以25秒所确定；所述第二预设高度为无人机安全下沉率乘以5秒所确定；所述第三预设高度为无人机安全下沉率乘以10秒所确定。
(5)根据所述航路点4到航路点6的过程中，分航段采用不同方法进行无人机的回收安全状态判断，包括：
根据无人机实时位置和航路点5到航路点6的连线，计算无人机的实时侧向航路偏差值；根据无人机飞行高度和无人机在航路点5到航路点6连线上投影点的高度之差，得到无人机的实时航路高度偏差值；根据无人机飞行速度与预设的无人机安全下滑速度进行比较，得到无人机的实时速度偏差值；根据所述实时侧向航路偏差值、实时航路高度偏差值、实时速度偏差值进行无人机的安全状态判断，若所述实时侧向航路偏差、航路高度偏差、实时速度偏差值的绝对值小于较小的安全预设值，则判断无人机回收状态安全；否则，则判断无人机回收状态不安全。
(6)一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成装置包括：
回收跑道位置和方向确定模块，用于根据权利要求1所述的方法和高精度GNSS位置测量装置，获取跑道预设接地点精确的GNSS坐标和回收跑道方向角度值；
自主滑跑回收航线自动生成模块，用于根据跑道预设接地点精确的GNSS坐标和回收跑道方向角度值、无人机飞行参数和权利要求1、2、3、4所述方法，生成第一到航路点6的相对坐标，再转为GNSS坐标。
自主滑跑回收安全判断模块，用于根据权利要求1、2、3、4、5所述的方法，进行无人机自主滑跑回收的安全状态判断；若状态安全，将无人机引导到航路点6完成滑跑回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行滑跑回收航线，直到完成滑跑回收。
上述无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法和装置，首先基于获取跑道预设接地点位置、跑道方向和无人机飞行参数，包括预设接地点精确的GNSS坐标、回收跑道方向角度值、无人机安全下沉率等，自动生成无人机滑跑回收航线，包括各航路点的GNSS坐标，各航段轨迹等；然后还包括无人机执行滑跑回收航线时对于自主回收状态的安全逻辑判断方法，可根据无人机实时自主飞行位置信息和滑跑回收航线信息，判断滑跑回收过程是否安全可执行，以此决定无人机继续完成滑跑航线或是切换航路点进行复飞，重新执行滑跑航线。本发明公开的方法可以生成完整有效的无人机自主滑跑回收航线和安全逻辑判断方法，能够切实提高滑跑回收的执行效率和成功率。
附图说明
图1为一个实施例中无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法的流程示意图；
图2为一个实施例中航路点俯视图；
图3为一个实施例中航路点侧视图；
图4为一个实施例中无人机自主滑跑回收航线的自动生成装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，提供了一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法，包括以下步骤：
步骤102，获取无人机回收时落在跑道上的预设接地点坐标和回收跑道方向角度值，以预设接地点坐标为相对坐标原点，以无人机回收时在跑道上的滑跑方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上。
步骤104，根据预设接地点为相对坐标原点设置自主滑跑回收的航路点1的相对坐标。
航路点1的x坐标与预设接地点的x坐标一致，航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值。
步骤106，根据无人机由航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点2。
其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径。
步骤108，根据无人机由航路点2保持平行跑道航向经匀速下降第一预设高度后的位置为航路点3。
航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离。
步骤110，根据无人机由航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点4，完成航路点4后无人机航向应指向跑道方向。
其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径。
步骤112，根据无人机由航路点4保持平行跑道航向经匀速下降第二预设高度后的位置为航路点5。
航路点4到航路点5的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离。
步骤114，根据无人机由航路点5保持平行跑道航向经匀速下降第三预设高度后的位置为航路点6。
航路点6的位置与预设接地点位置一致。
步骤116，根据航路点4到航路点6的过程中，进行无人机的安全回收状态判断，若状态安全，将无人机引导到航路点6完成滑跑回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为航路点1进行复飞，到达航路点1后重新执行滑跑回收航线，直到完成滑跑回收。
自主滑跑回收航线为连接航路点1、航路点2、航路点3、航路点4、航路点5、航路点6所构成的航线。
采用自动滑跑回收航线生成和自动安全滑跑着陆状态判断方法，及半圆形转弯航线，有利于自动飞行控制***精确跟踪理想回收航线，完成无人机自主滑跑回收。
在其中一个实施例中，无人机转弯半径为无人机保持巡航速度侧倾30度时对应的安全盘旋半径，案例计算为200米。
航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行10秒所对应的距离，案例计算为400米，航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行25秒所对应的距离，案例计算为1000米；航路点4到航路点5的距离为无人机按照巡航速度飞行5秒所对应的距离，案例计算为200米。
航路点1的z坐标值高度为无人机安全下沉率乘以40秒所确定，案例计算为100米；第一预设高度为无人机安全下沉率乘以25秒所确定，案例计算为625.米；第二预设高度为无人机安全下沉率乘以5秒所确定，案例计算为12.5米；第三预设高度为无人机安全下沉率乘以10秒所确定，案例计算为25米。
得到的航路点俯视图如图2所示，航路点侧向示意图如图3所示。
由前述步骤，可得到航点1的相对坐标为(0，400，100)米，航点2的相对坐标为(400，400，100)，航点3的相对坐标为(400，-600，37.5)米，航点4的相对坐标为(0，-600，37.5)米，航点5的相对坐标为(0，-400，25)米，航点6的相对坐标为(0，0，0)米。
由各航路点的相对坐标、相对坐标原点即预设接地点的GNSS坐标，和回收跑道方向角度值，可计算出各航路点的GNSS坐标。具体方法为常用平面坐标系转换方法，不再赘述。
在一个实施例中，采用差分GNSS定位***完成预设接地点的GNSS坐标的测量。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成装置，包括：
回收跑道位置和方向确定模块402，用于获取无人机回收时落在跑道上的预设接地点坐标和回收跑道方向角度值，以所述预设接地点坐标为相对坐标原点，以无人机回收时在跑道上的滑跑方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；
自主滑跑回收航线自动生成模块404，用于根据所述预设接地点为相对坐标原点设置自主滑跑回收的航路点1的相对坐标；所述航路点1的x坐标与所述预设接地点的x坐标一致，所述航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，所述航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；根据无人机由所述航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为所述航路点2，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由所述航路点2保持平行跑道航向经匀速下降第一预设高度后的位置为所述航路点3，所述航路点2到所述航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；根据无人机由所述航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为所述航路点4，完成航路点4后无人机航向应指向跑道方向，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由所述航路点4保持平行跑道航向经匀速下降第二预设高度后的位置为所述航路点5，所述航路点4到所述航路点5的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；根据无人机由所述航路点5保持平行跑道航向经匀速下降第三预设高度后的位置为所述航路点6，所述航路点6的位置与所述预设接地点位置一致；
自主滑跑回收安全判断模块406，用于根据所述航路点4到所述航路点6的过程中，进行无人机的安全回收状态判断，若状态安全，将无人机引导到所述航路点6完成滑跑回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行滑跑回收航线，直到完成滑跑回收；所述自主滑跑回收航线为连接所述航路点1、所述航路点2、所述航路点3、所述航路点4、所述航路点5、所述航路点6所构成的航线。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成方法，其特征在于，所述方法包括：
获取无人机回收时落在跑道上的预设接地点坐标和回收跑道方向角度值，以所述预设接地点坐标为相对坐标原点，以无人机回收时在跑道上的滑跑方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；
根据所述预设接地点为相对坐标原点设置自主滑跑回收的航路点1的相对坐标；所述航路点1的x坐标与所述预设接地点的x坐标一致，所述航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，所述航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；
根据无人机由所述航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为所述航路点2；其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；
根据无人机由所述航路点2保持平行跑道航向经匀速下降第一预设高度后的位置为所述航路点3；所述航路点2到所述航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；
根据无人机由所述航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为所述航路点4，完成航路点4后无人机航向应指向跑道方向；其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；
根据无人机由所述航路点4保持平行跑道航向经匀速下降第二预设高度后的位置为所述航路点5；所述航路点4到所述航路点5的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；
根据无人机由所述航路点5保持平行跑道航向经匀速下降第三预设高度后的位置为所述航路点6；所述航路点6的位置与所述预设接地点位置一致；
在从所述航路点4到所述航路点6的飞行过程中，进行无人机的安全回收状态判断，若状态安全，将无人机引导到所述航路点6完成滑跑回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行滑跑回收航线，直到完成滑跑回收；所述自主滑跑回收航线为连接所述航路点1、所述航路点2、所述航路点3、所述航路点4、所述航路点5、所述航路点6所构成的航线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机转弯半径为无人机保持巡航速度时侧倾30度对应的安全盘旋半径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行10秒所对应的距离，所述航路点2到所述航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行25秒所对应的距离，所述航路点4到所述航路点5的距离为无人机按照巡航速度飞行5秒所对应的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述航路点1的z坐标值高度为无人机安全下沉率乘以40秒所确定；所述第一预设高度为无人机安全下沉率乘以25秒所确定；所述第二预设高度为无人机安全下沉率乘以5秒所确定；所述第三预设高度为无人机安全下沉率乘以10秒所确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述航路点4到所述航路点6的过程中，分航段采用不同方法进行无人机的回收安全状态判断，包括：
根据无人机实时位置和所述航路点5到所述航路点6的连线，计算无人机的实时侧向航路偏差值；
根据无人机飞行高度和无人机在所述航路点5到所述航路点6连线上投影点的高度之差，得到无人机的实时航路高度偏差值；
根据无人机飞行速度与预设的无人机安全下滑速度进行比较，得到无人机的实时速度偏差值；
根据所述实时侧向航路偏差值、实时航路高度偏差值、实时速度偏差值进行无人机的安全状态判断，若所述实时侧向航路偏差、航路高度偏差、实时速度偏差值的绝对值小于较小的安全预设值，则判断无人机回收状态安全；否则，则判断无人机回收状态不安全。
6.一种无人机自主滑跑回收航线的自动生成装置，其特征在于，所述装置包括：
回收跑道位置和方向确定模块，用于获取无人机回收时落在跑道上的预设接地点坐标和回收跑道方向角度值，以所述预设接地点坐标为相对坐标原点，以无人机回收时在跑道上的滑跑方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；
自主滑跑回收航线自动生成模块，用于根据所述预设接地点为相对坐标原点设置自主滑跑回收的航路点1的相对坐标；所述航路点1的x坐标与所述预设接地点的x坐标一致，所述航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，所述航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；根据无人机由所述航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为所述航路点2，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由所述航路点2保持平行跑道航向经匀速下降第一预设高度后的位置为所述航路点3，所述航路点2到所述航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；根据无人机由所述航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为所述航路点4，完成航路点4后无人机航向应指向跑道方向，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由所述航路点4保持平行跑道航向经匀速下降第二预设高度后的位置为所述航路点5，所述航路点4到所述航路点5的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；根据无人机由所述航路点5保持平行跑道航向经匀速下降第三预设高度后的位置为所述航路点6，所述航路点6的位置与所述预设接地点位置一致；
自主滑跑回收安全判断模块，用于根据所述航路点4到所述航路点6的过程中，进行无人机的安全回收状态判断，若状态安全，将无人机引导到所述航路点6完成滑跑回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行滑跑回收航线，直到完成滑跑回收；所述自主滑跑回收航线为连接所述航路点1、所述航路点2、所述航路点3、所述航路点4、所述航路点5、所述航路点6所构成的航线。
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