CN106043690A - 固定翼无人机失速悬停降落方法及系统 - Google Patents

固定翼无人机失速悬停降落方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及固定翼无人机失速悬停降落方法及系统，其降落的方法通过降低无人机的飞行速度并且使其失速悬停，该降落方法对降落地点的场地要求简单，对净空范围要求低，可以实现较为精准的降落；固定翼无人机失速悬停降落的系统通过操控固定翼无人机的飞行航向，在降落过程中，使无人机失速悬停后再进行降落，该系统简单有效。

Description

固定翼无人机失速悬停降落方法及系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及固定翼无人机失速悬停降落方法及系统。
背景技术
固定翼无人机具有续航时间长，载重量大，适合远距离连续工作等优点，因此在大面积测绘、航拍中都有广泛的应用。
固定翼无人机在大面积测绘、航拍的过程中，经常要在不具备场地空旷、土地平整、无水塘或水田的地方降落。现有无人机的降落方式主要有跑道着陆、撞网回收、伞将回收这三种方式。跑道着陆降落对场地的要求比较高，需要有足够的开阔且需要平整可作为降落跑道的场地；
撞网回收对设备要求较高，必须携带支撑撞网的支架，并且要求降落地点足够空旷；
伞降回收对设备降落的位置比较难以把控，要求降落地点足够空旷，而且需要周边没有水塘、水田或树林。
由于对降落场地的要求复杂、飞行速度又比较快，导致在固定翼无人机使用中，使用场景和飞行距离受到了非常大的限制，而且增加了由于降落条件不完全具备而导致的坠机损失，严重提高了固定翼无人机的使用成本，因此固定翼无人机的降落是行业内一直难以解决的难题。
发明内容
本发明提供了一种固定翼无人机失速悬停降落方法及系统，该降落方法对降落地点的场地要求简单，对净空范围要求低，可以实现较为精准的降落，在降落地点判断不对或原有降落条件缺失的情况下，可以再次进入飞行状态，调整飞行路线重新降落，在降落地点接近地面悬停时可以选择手持回收、低空伞降、或缓慢坠地。
本发明是以如下技术方案实现的：
一种固定翼无人机失速悬停降落方法，包括以下步骤：
S1. 获取固定翼无人机的航行信息；
S2. 计算降落航线，确定出失速悬停降落起点、姿态转换点、失速点和降落点的位置；
S3. 固定翼无人机飞行至失速悬停降落起点，根据降落航线从失速悬停降落起点俯冲至姿态转换点，到达姿态转换点后拉高至失速点，当固定翼无人机处于失速点时，固定翼无人机的机身与地面垂直，并处于失速状态,固定翼无人机进入失速点后，螺旋桨马达加速，使固定翼无人机处于悬停状态；
S4. 在悬停状态下，降低悬停高度，进入降落点进行回收。
优选的，固定翼无人机启动降落程序后，判断降落点是否处于无人机飞行航向的正前方，
降落点处于飞行航向的正前方时，执行权利要求1的降落步骤；
降落点不处于飞行航向的正前方时，调整无人机的飞行航向，使降落点处于飞行航向的正前方，再执行权利要求1的降落步骤。
优选的，固定翼无人机飞行至失速悬停降落起点时，所述降落点位于飞行航向的正前方。
优选的，固定翼无人机进入失速悬停降落起点后，螺旋桨马达停止运转，以航迹角γ下滑至姿态转换点；到达姿态转换点后，螺旋桨马达启动与舵机一同将机身姿态调整至机头向上，当机身与地面垂直时，螺旋桨马达加速，使固定翼无人机处于失速悬停状态。
优选的，所述失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点分布在同一条直线上，航迹角γ为失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点三者的连线与地平面之间的夹角。
优选的，失速悬停降落起点和姿态转换点的高度差为H，航迹角γ，其中H符合以下公式：
H=Hσexp（-(x－xflare)/σ）＋（x－xTD）tanγ
其中σ为指数衰减因子，x为失速悬停降落起点和降落点之间的水平距离，xTD为姿态转换点和降落点之间的水平距离,xflare为失速悬停降落起点和姿态转换点之间的水平距离。
优选的，无人机到达降落点后，判断降落点的环境是否符合回收条件，符合回收条件时，进入回收程序；不符合回收条件时，控制系统操控该固定翼无人机再次进入飞行状态，重新计算降落航线，然后再启动降落程序。
本发明还提供了一种固定翼无人机失速悬停降落系统，该系统包括定位系统、计算系统和控制系统，
定位系统：用于实时获取固定翼无人机的位置；
计算系统：用于计算固定翼无人机的降落航线；
控制系统：用于控制螺旋桨马达的运转、机翼导流板和尾翼舵板的扭转；所述降落航线包括失速悬停降落起点、姿态转换点、失速点和降落点。
优选的，所述失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点分布在同一条直线上，所述姿态转换点设置在失速悬停降落起点和降落点之间。
优选的，所述定位系统为机载实时传输协议（RTP）差分GPS定位系统，该定位系统能够获取固定翼无人机飞行速度、高度和航向信息。
本发明提供了一种固定翼无人机失速悬停降落方法，该降落方法采用失速悬停的降落步骤，可以使飞行速度非常高的无人机迅速进入近地低速悬停状态，适用于不同环境的降落点；该降落方法对降落地点的场地要求简单，对净空范围要求低，可以实现较为精准的降落，在降落地点判断不对或原有降落条件缺失的情况下，可以再次进入飞行状态，调整飞行路线重新降落，在降落地点接近地面悬停时可以选择手持回收、低空伞降、或缓慢坠地。
附图说明
图1是固定翼无人机降落过程示意图。
图2是固定翼无人机降落过程的流程图。
图3是固定翼无人机失速悬停降落的系统的结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开了一种固定翼无人机失速悬停降落方法，该方法包括以下步骤：
第一步，获取固定翼无人机的航行信息，航行信息包括飞行速度和航向信息，这些航行信息可以通过记载的实时传输协议（RTP）差分GPS定位系统来获取。
第二步，计算降落航线，确定出失速悬停降落起点A、姿态转换点B、失速点C和降落点D的位置；其中降落点D的位置优选以土地平整、无水塘或水田等适宜回收的地点。
第三步，固定翼无人机飞行至失速悬停降落起点A，根据降落航线从失速悬停降落起点A俯冲至姿态转换点B，到达姿态转换点B后拉高至失速点C，当固定翼无人机处于失速点C时，固定翼无人机的机身与地面垂直，并处于失速状态,固定翼无人机进入失速点C后，螺旋桨马达加速，使固定翼无人机处于悬停状态。
第四步，在悬停状态下，降低悬停高度，进入降落点D进行回收。在降落点接近地面悬停时可以选择手持回收、低空伞降、或缓慢坠地。
参考图2，在固定翼无人机启动降落程序后，首先根据RTP差分GPS定位系统获取的无人机的飞行高度、速度和飞行航向等航行信息，根据获取的航行信息判断降落点的位置是否处于飞行航向的正前方，处于正前方时，无人机执行上述的降落步骤；不处于正前方时，先调整无人机的飞行航向，使得降落点位于无人机飞行航向的正前方，再执行上述的降落步骤。
参考图1，降落程序启动后，固定翼无人机飞行至失速悬停降落起点时，所述降落点位于飞行航向的正前方。为了快速的降低无人机的飞行速度，缩短降落航线的行程，固定翼无人机进入失速悬停降落起点后，螺旋桨马达停止运转，以航迹角γ下滑至姿态转换点；到达姿态转换点后，螺旋桨马达启动与舵机一同将机身姿态调整至机头向上，当机身与地面垂直时，螺旋桨马达加速，使固定翼无人机处于失速悬停状态。优选的，失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点分布在同一条直线上，航迹角γ为失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点的连线与地平面的夹角。
参考图1，失速悬停降落起点和姿态转换点的高度差为H，航迹角γ，其中H符合以下公式：
H=Hσexp（-(x－xflare)/σ）＋（x－xTD）tanγ
其中σ为指数衰减因子，x为失速悬停降落起点和降落点之间的水平距离，xTD为姿态转换点和降落点之间的水平距离,xflare为失速悬停降落起点和姿态转换点之间的水平距离。
参考图1和图2，固定翼无人机启动降落程序后，根据无人机上机载的RTP差分GPS系统，获取无人机的航行信息，调整无人机的飞行航向，使得降落点位于无人机的正前方，无人机飞行至失速悬停降落起点A后，关闭螺旋桨的马达，使无人机沿着降落航线AB俯冲滑行至姿态转换点B，到达姿态转换点B后，调整机翼导流板、尾翼舵板的舵机扭转，使无人机拉高至失速点C，到达失速点C时，无人机的机身与地平面处于垂直姿态，然后迅速启动螺旋桨的马达，使无人机处于悬停状态，然后缓慢降落无人机的高度，使其到达降落点D，到达降落点D后，无人机到达降落点后，判断降落点的环境是否符合回收条件，符合回收条件时，进入回收程序；不符合回收条件时，控制系统操控该固定翼无人机再次进入飞行状态，重新计算降落航线，然后再启动降落程序。
实施例2：
如图3所示，本实施例公开了一种固定翼无人机失速悬停降落的系统，该系统包括定位系统、计算系统和控制系统，其中，
定位系统：用于实时获取固定翼无人机的航行信息；
计算系统：用于计算固定翼无人机的降落航线；
控制系统：用于控制螺旋桨马达的运转、机翼导流板和尾翼舵板的舵机扭转；
所述降落航线包括失速悬停降落起点、姿态转换点、失速点和降落点。
控制系统操控无人机飞行至失速悬停降落起点，根据降落航线从失速悬停降落起点俯冲至姿态转换点，到达姿态转换点后螺旋桨马达启动，调整姿态并拉高至失速点，当固定翼无人机处于失速点时，固定翼无人机的机身与地面垂直，并处于失速状态，固定翼无人机进入失速点后，螺旋桨马达加速，使固定翼无人机处于悬停状态；在悬停状态下，降低悬停高度，进入降落点进行回收。
参考图1，所述失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点分布在同一条直线上，所述姿态转换点设置在失速悬停降落起点和降落点之间。优选的，所述定位系统为机载实时传输协议（RTP）差分GPS定位系统，该定位系统能够获取固定翼无人机飞行速度、高度和航向信息。进一步优选的，所述计算系统在MATLAB环境下实现降落航线的计算。
参考图1、图2和图3，该固定翼无人机失速悬停降落系统启动降落程序后，根据无人机上机载的RTP差分GPS系统，获取无人机的航行信息，控制系统操控无人机的飞行航向，调整无人机的飞行航向，使得降落点位于无人机的正前方，无人机飞行至失速悬停降落起点A后，关闭螺旋桨的马达，使无人机沿着降落航线AB俯冲滑行至姿态转换点B，到达姿态转换点B后，调整机翼导流板、尾翼舵板的舵机扭转，使无人机拉高至失速点C，到达失速点C时，无人机的机身与地平面处于垂直姿态，然后迅速启动螺旋桨的马达，使无人机处于悬停状态，然后缓慢降落无人机的高度，使其到达降落点D，到达降落点D后，进行回收。如果降落点的位置判断不对或者原有降落条件缺失的情况下，控制系统可以操控无人机再次进入飞行状态，然后再次执行降落程序，直至降落点的环境适宜降落。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种固定翼无人机失速悬停降落方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 获取固定翼无人机的航行信息；
S2. 计算降落航线，确定出失速悬停降落起点、姿态转换点、失速点和降落点的位置；
S3. 固定翼无人机飞行至失速悬停降落起点，根据降落航线从失速悬停降落起点俯冲至姿态转换点，到达姿态转换点后拉高至失速点，当固定翼无人机处于失速点时，固定翼无人机的机身与地面垂直，并处于失速状态,固定翼无人机进入失速点后，螺旋桨马达加速，使固定翼无人机处于悬停状态；
S4. 在悬停状态下，降低悬停高度，进入降落点进行回收。
2.根据权利要求1所述的固定翼无人机失速悬停降落方法，其特征在于，固定翼无人机启动降落程序后，判断降落点是否处于无人机飞行航向的正前方，
降落点处于飞行航向的正前方时，执行权利要求1的降落步骤；
降落点不处于飞行航向的正前方时，调整无人机的飞行航向，使降落点处于飞行航向的正前方，再执行权利要求1的降落步骤。
3.根据权利要求2所述的固定翼无人机失速悬停降落方法，其特征在于，固定翼无人机飞行至失速悬停降落起点时，所述降落点位于飞行航向的正前方。
4.根据权利要求3所述的固定翼无人机失速悬停降落方法，其特征在于，固定翼无人机进入失速悬停降落起点后，螺旋桨马达停止运转，以航迹角γ下滑至姿态转换点；到达姿态转换点后，螺旋桨马达启动，与舵机一同将机身姿态调整至机头向上，当机身与地面垂直时，螺旋桨马达加速，使固定翼无人机处于失速悬停状态。
5.根据权利要求4所述的固定翼无人机失速悬停降落方法，其特征在于，所述失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点分布在同一条直线上，航迹角γ为失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点三者的连线与地平面之间的夹角。
6.根据权利要求5所述的固定翼无人机失速悬停降落方法，其特征在于，失速悬停降落起点和姿态转换点的高度差为H，航迹角γ，其中H符合以下公式：
H=Hσexp（-(x－xflare)/σ）＋（x－xTD）tanγ
其中σ为指数衰减因子，x为失速悬停降落起点和降落点之间的水平距离，xTD为姿态转换点和降落点之间的水平距离,xflare为失速悬停降落起点和姿态转换点之间的水平距离。
7.根据权利要1-6任一所述的固定翼无人机失速悬停降落方法，其特征在于，无人机到达降落点后，判断降落点的环境是否符合回收条件，符合回收条件时，进入回收程序；不符合回收条件时，控制系统操控该固定翼无人机再次进入飞行状态，重新计算降落航线，然后再启动降落程序。
8.固定翼无人机失速悬停降落的系统，其特征在于，该系统包括定位系统、计算系统和控制系统，
定位系统：用于实时获取固定翼无人机的航行信息；
计算系统：用于计算固定翼无人机的降落航线；
控制系统：用于控制螺旋桨马达的运转、机翼导流板和尾翼舵板的扭转；所述定位系统与计算系统相连接，所述控制系统与计算系统相连接，所述降落航线包括失速悬停降落起点、姿态转换点、失速点和降落点。
9.根据权利要求8所述的固定翼无人机失速悬停降落系统，其特征在于，所述失速悬停降落起点、姿态转换点和降落点分布在同一条直线上，所述姿态转换点设置在失速悬停降落起点和降落点之间。
10.根据权利要求8所述的固定翼无人机失速悬停降落系统，其特征在于，所述定位系统为机载实时传输协议（RTP）差分GPS定位系统，该定位系统能够获取固定翼无人机飞行速度、高度和航向信息。
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