CN109677627A - 系留无人机精确降落控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种系留无人机精确降落控制系统及方法，该系统包括：系留缆、张力传感器、系留收线电机、控制电路、无人机飞行控制模块和激光高度计，该控制方法，通过循环分阶段方式进行误差修正的方式一键降落。本发明利用系留无人机线缆结合线缆拉力控制、飞行控制模块以及无人机实时控制技术通过多重误差矫正来实现系留无人机在小平台上的高精度降落。本发明不依赖于GPS等卫星定位系统的前提下，减小起降平台面积，实现真正可便携的系留无人机系统。提高了系留无人机在实际应用中的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种飞行器控制领域的技术，具体是一种系留无人机精确降落控制系统及方法。
背景技术
系留无人机一般都是依靠GPS或其它卫星定位来实现定位，尤其在降落的时候，无法实现高精度定位降落。因此，无论是无人机或者是系留无人机，只要是依靠卫星辅助定位，都无法在小面积的区域内实现稳定降落。由于上述特点，导致系留无人机的起降平台不能太小，从而带有起降平台的系留无人机系统也无法实现便携式。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种系留无人机精确降落控制系统及方法，利用系留无人机线缆结合线缆拉力控制、飞行控制模块以及无人机实时控制技术通过多重误差矫正来实现系留无人机在小平台上的高精度降落。本发明不依赖于GPS等卫星定位系统的前提下，减小起降平台面积，实现真正可便携的系留无人机系统。提高了系留无人机在实际应用中的可靠性和安全性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种系留无人机精确降落控制系统，包括：系留缆、张力传感器、系留收线电机、控制电路、无人机飞行控制模块和激光高度计，其中：张力传感器采集无人机系留电缆上的实时张力信息并输出至控制电路，控制电路分别向系留收线电机发出控制电平进行收线实现实时调节与控制，向无人机飞行控制模块发出飞行指令控制无人机进行定高、定点、降落动作，激光高度计采集无人机高度信息并输出至无人机飞行控制模块以便在低空进行高精度高度姿态修正。
本发明涉及上述系统的控制方法，通过循环分阶段方式进行误差修正的方式一键降落，具体包括：
步骤1)当飞机降落到第1阶段高度点h1的时候控制电路通过飞控协议(MAVLINK)控制飞机飞行模式改变为定高模式；控制器确认飞机处于定高模式后，控制系留收线电机进行慢速收线，随着系留缆的收紧，缆绳上的张力会慢慢增加，当缆绳张紧后飞机会慢慢往出线口进行滑动；控制电路继续降低收线电机的转速同时通过张力传感器实时监测线缆张力，当线缆张力增加到设定值F1后系统将拉力保持一段时间t1，即实现第1阶段的s1高精度降落修正。
所述的定高模式下飞机高度只按照激光高度计进行定高飞行，水平XY方向是出于滑动状态，由于GPS、罗盘的误差会出现离开中心预计降落点的XY轴的水平方向误差s1的误差，但是系统一旦进入了高精度激光高度计定高后，这个h1的误差小于等于1cm。
所述的第1阶段的高度点h1的高度设定为小于激光高度计的有效范围内(一般10米以内)。
步骤2)控制电路通过飞控协议(MAVLINK)发出系留无人机降落指令，此时无人机将进行下降运动，当无人机下降到H2高度后进入第2阶段修正，即控制电路再次通过飞控协议(MAVLINK)使得系留无人机进入定高模式，再次重复步骤步骤1的矫正定位来进行s2的矫正。
步骤3)当无人机下降到Hn高度后进入阶段n修正，即再次重复步骤步骤1)进行n次修正，通过n次矫正，系留无人机最终会达到预计降落点的上方且距离目的地的误差为Sn。
步骤4)控制电路发出无人机降落命令，同时直接控制系留收缆电机进行最后的收线拖拽进行误差Sn的降落修正，最终将系留无人机拖拽到降落中心点。
技术效果
与现有技术相比，本发明在不依赖于GPS等卫星定位系统的前提下，可以大大减小系留无人机的起降平台面积，从而实现系留无人机的一体化便携式地面站，同时提高了系留无人机在实际应用中的可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明控制流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种系留无人机精确降落控制系统，包括：系留缆、0-15Kg张力传感器、10Kg拉力收线模块、控制电路、无人机飞行控制模块、0-7米激光模块(误差1cm)。其中：0-15Kg张力传感器采集无人机系留电缆上15Kg以内的实时张力信息并输出至控制电路，控制电路分别向10Kg拉力收线模块发出控制电平进行收线实现实时调节与控制，并向无人机飞行控制模块发出飞行指令控制无人机进行定高、定点、降落动作，0-7米激光模块采集无人机高度信息并输出至无人机飞行控制模块以便在低空进行高精度高度姿态修正。
如图2所示，为上述系统的控制方法，将无人机降落状态分为n个修正步骤，具体包括：
步骤①系留无人机采用定高、定点模式进行正常飞行，飞机经纬度和高度均经过气压计、GPS、罗盘预先严格规划，飞机的上下左右以及方向都不会任意滑动。
步骤②无人机使用一键降落模式，即采用循环分阶段方式进行降落，具体包括：
2.1)当飞机降落到第1阶段高度点h1的时候控制电路通过飞控协议(MAVLINK)控制飞机飞行模式改变为定高模式；控制器确认飞机处于定高模式后，控制系留收线电机进行慢速收线，随着系留缆的收紧，缆绳上的张力会慢慢增加，当缆绳张紧后飞机会慢慢往出线口进行滑动；控制电路继续降低收线电机的转速同时通过张力传感器实时监测线缆张力，当线缆张力增加到设定值F1后系统将拉力保持一段时间t1，即实现第1阶段的s1高精度降落修正。
所述的定高模式下飞机高度只按照激光高度计进行定高飞行，水平XY方向是出于滑动状态，由于GPS、罗盘的误差会出现离开中心预计降落点的XY轴的水平方向误差s1的误差，但是系统一旦进入了高精度激光高度计定高后，这个h1的误差小于等于1cm。
所述的第1阶段的高度点h1的高度设定为小于激光高度计的有效范围内(一般10米以内)。
2.2)控制电路通过飞控协议(MAVLINK)发出系留无人机降落指令，此时无人机将进行下降运动，当无人机下降到H2高度后进入第2阶段修正，即控制电路再次通过飞控协议(MAVLINK)使得系留无人机进入定高模式，再次重复步骤2.1的矫正定位来进行s2的矫正。
2.3)当无人机下降到Hn高度后进入阶段n修正，即再次重复步骤2.1)进行n次修正，通过n次矫正，系留无人机最终会达到预计降落点的上方且距离目的地的误差为Sn。
2.4)控制电路发出无人机降落命令，同时直接控制系留收缆电机进行最后的收线拖拽进行误差Sn的降落修正，最终将系留无人机拖拽到降落中心点。
本实施例中n为3。
当无人机高度没有变化、飞机出于降落模式、拉力维持设定值F1，满足这3个条件以后系统便可以认为完成了整个降落过程。
本方法可以在不依赖于GPS等卫星定位系统的前提下，通过多重矫正来实现系留无人机的自动高精度降落，减少人为操作的风险性，减小起降平台面积，实现真正可便携的系留无人机系统，提高了系留无人机在实际应用中的可靠性和安全性。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (5)
1.一种系留无人机精确降落控制系统，其特征在于，包括：系留缆、张力传感器、系留收线电机、控制电路、无人机飞行控制模块和激光高度计，其中：张力传感器采集无人机系留电缆上的实时张力信息并输出至控制电路，控制电路分别向系留收线电机发出控制电平进行收线实现实时调节与控制，向无人机飞行控制模块发出飞行指令控制无人机进行定高、定点、降落动作，激光高度计采集无人机高度信息并输出至无人机飞行控制模块以便在低空进行高精度高度姿态修正。
2.一种根据权利要求1所述系统的控制方法，其特征在于，通过循环分阶段方式进行误差修正的方式一键降落，具体包括：
步骤1)当飞机降落到第1阶段高度点h1的时候控制电路通过飞控协议控制飞机飞行模式改变为定高模式；控制器确认飞机处于定高模式后，控制系留收线电机进行慢速收线，随着系留缆的收紧，缆绳上的张力会慢慢增加，当缆绳张紧后飞机会慢慢往出线口进行滑动；控制电路继续降低收线电机的转速同时通过张力传感器实时监测线缆张力，当线缆张力增加到设定值F1后系统将拉力保持一段时间t1，即实现第1阶段的s1高精度降落修正；
步骤2)控制电路通过飞控协议发出系留无人机降落指令，此时无人机将进行下降运动，当无人机下降到H2高度后进入第2阶段修正，即控制电路再次通过飞控协议使得系留无人机进入定高模式，再次重复步骤步骤1的矫正定位来进行s2的矫正；
步骤3)当无人机下降到Hn高度后进入阶段n修正，即再次重复步骤步骤1)进行n次修正，通过n次矫正，系留无人机最终会达到预计降落点的上方且距离目的地的误差为Sn；
步骤4)控制电路发出无人机降落命令，同时直接控制系留收缆电机进行最后的收线拖拽进行误差Sn的降落修正，最终将系留无人机拖拽到降落中心点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的定高模式下飞机高度只按照激光高度计进行定高飞行，水平XY方向是出于滑动状态，由于GPS、罗盘的误差会出现离开中心预计降落点的XY轴的水平方向误差s1的误差。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的第1阶段的高度点h1的高度设定为小于激光高度计的有效范围内。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的第1阶段的高度点h1的高度小于10米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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