CN109839113B - 一种控制无人机超视距丢gps后返航到home位置的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法，包括标定HOME位置的坐标P0；利用惯导估算其决定返航的位置坐标P1、返航速度V以及无人机此刻的航向信息H0；根据HOME位置的坐标P0、决定返航的位置坐标P1、返航速度V和预设的无人机盘旋半径R，获取无人机实际返航的位置坐标P2及无人机横滚的姿态角以及坐标P1和P0之间的连线与坐标P2和P0之间的连线的夹角β；根据航向信息H0与夹角β，获取无人机实际返航时的航向信息H1；根据P2和P0之间的距离以及飞机返航的速度V，获取无人机的返航时间T；命令无人机盘旋至P2位置时，沿航向H1以横滚姿态角的方式飞行时间T后，即返航到HOME位置。本发明的方法能够精确地控制无人机返航到HOME位置。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体涉及一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法及装置。
背景技术
无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面人员通过GPS等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。无人机广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等领域。
固定翼无人机是无人机产品中一个重要类别，固定翼无人机超视距丢GPS如何处理，是现在无人机行业的一个难题。现阶段的解决方案有以下几种：一、无人机就地绕圈，这种适合短时间的丢星策略；二、就地迫降，这种在不知道地面是什么情况就迫降的方式，是一个比较危险的策略；三、通过惯导估算位置返航，这种由于惯导长时间估算的位置偏差很大，基本上是不能回到HOME点。
因此，提供一种改进的控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法实为必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够精确地控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法。
为实现上述目的，本发明的一种技术方案是提供一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法，包括以下步骤：步骤一：标定HOME位置的坐标P0；步骤二：在无人机丢GPS后的预设时间内，利用惯导估算其决定返航的位置坐标P1、返航速度V以及无人机此刻的航向信息H0；步骤三：根据HOME位置的坐标P0、决定返航的位置坐标P1、返航速度V和预设的无人机盘旋半径R，获取无人机实际返航的位置坐标P2及无人机横滚的姿态角以及坐标P1和P0之间的连线与坐标P2和P0之间的连线的夹角β；步骤四：根据决定返航时的航向信息H0与夹角β，获取无人机实际返航时的航向信息H1；步骤五：根据P2和P0之间的距离以及飞机返航的速度V，获取无人机的返航时间T；步骤六：命令无人机盘旋至P2位置时，沿航向H1以横滚姿态角/>的方式飞行时间T后，即返航到HOME位置。
进一步的，在步骤二中，无人机丢GPS后的预设时间为5秒-10秒。
进一步的，步骤四中，H1与H0之间的关系式为：当飞机被预设为逆时针盘旋时，H1＝H0+β；当飞机被预设为顺时针盘旋时，H1＝H0-β。
进一步的，步骤五中，根据P2和P0之间的距离以及飞机返航的速度V，获取无人机的返航时间T的具体步骤为：
考虑到无人机实际飞行的航向不可能一直保持H1航向，预设一时间补偿系数ζ，ζ的取值范围为1-1.5；
通过以下公式计算获取无人机的返航时间T：
进一步的，步骤六中，考虑到无人机实际飞行的航向不可能一直保持H1航向，横滚姿态角需要考虑航向偏差，具体计算公式如下：
将飞机当前航向记为Hn，
获取航向偏差ΔHn，计算公式为：ΔHn＝Hn-H1，
获取无人机的径向加速度ar，计算公式为：
获取无人机的横滚姿态角计算公式为：/>
为实现上述目的，本发明的另一种技术方案是提供一种无人机控制装置，包括：处理器、存储器以及通信电路，所述处理器耦接所述存储器和所述通信电路；所述存储器存储有程序数据的信息，所述通信电路用于信息传输，所述处理器在工作时执行所述程序数据以实现上述任一所述一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法。
本发明具有以下有益效果：本发明通过对无人机在使用过程中的HOME位置坐标、决定返航位置坐标以及实际返航位置坐标的标定，结合其盘旋及横滚的特性，制定出一套科学合理的返航路径，从而精确地控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法的原理示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1是本发明一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法的原理示意图。本发明一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法包括以下步骤：
步骤一：标定HOME位置的坐标P0；
HOME位置即为用户希望无人机返回时所到达的位置或区域。
步骤二：在无人机丢GPS后的预设时间内，利用惯导估算其决定返航的位置坐标P1、返航速度V以及无人机此刻的航向信息H0
本实施例中，无人机丢GPS后的预设时间为5秒-10秒。
本实施例中，获得坐标P1后，P1与P0之间的连线即为航向H0，本实施例中，航向H0为相对于正北方向的航向，下同。
步骤三：根据HOME位置的坐标P0、决定返航的位置坐标P1、返航速度V和预设的无人机盘旋半径R，获取无人机实际返航的位置坐标P2及无人机横滚的姿态角以及坐标P1和P0之间的连线与坐标P2和P0之间的连线的夹角β
具体的，通过速度V和飞机的预设的盘旋半径R，求出飞机盘旋需要的向心加速度ac；
再通过向心加速度ac求出飞机盘旋需要的ROLL(横滚)的姿态角
本实施例中，预设为P2与P0之间的连线与盘旋的圆相切，当飞机的盘旋方向确定时，实际返航的位置坐标P2是唯一确定的。在已知P0、P1和P2的坐标值和R值的前提下，可以求出P2与P0之间的距离S1,P1与P2之间的距离S2，P1与P0之间的距离S0，根据三角形三边S0、S1和S2，可以求出坐标P1和P0之间的连线与坐标P2和P0之间的连线的夹角β。
步骤四：根据决定返航时的航向信息H0与夹角β，获取无人机实际返航时的航向信息H1
本实施例中，H1与H0之间的关系式为：
当飞机被预设为逆时针盘旋时，H1＝H0+β；
当飞机被预设为顺时针盘旋时，H1＝H0-β。
步骤五：根据P2和P0之间的距离以及飞机返航的速度V，获取无人机的返航时间T
本实施例中，考虑到无人机实际飞行的航向不可能一直保持H1航向，预设一时间补偿系数ζ，ζ的取值范围为1-1.5；
通过以下公式计算获取无人机的返航时间T：
步骤六：命令无人机盘旋至P2位置时，沿航向H1以横滚姿态角的方式飞行时间T后，即返航到HOME位置
本实施例中，考虑到无人机实际飞行的航向不可能一直保持H1航向，横滚姿态角需要考虑航向偏差，具体计算公式如下：
将飞机当前航向记为Hn，
获取航向偏差ΔHn，计算公式为：ΔHn＝Hn-H1，
获取无人机的径向加速度ar，计算公式为：
获取无人机的横滚姿态角计算公式为：/>
本发明还提供了一种无人机控制装置，包括：处理器、存储器以及通信电路，所述处理器耦接所述存储器和所述通信电路；所述存储器存储有程序数据的信息，所述通信电路用于信息传输，所述处理器在工作时执行所述程序数据以实现上述任一所述一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法。无人机集体返航到HOME位置的方法前述已详细描述，此处不再赘述。
本发明具有以下有益效果：本发明通过对无人机在使用过程中的HOME位置坐标、决定返航位置坐标以及实际返航位置坐标的标定，结合其盘旋及横滚的特性，制定出一套科学合理的返航路径，从而精确地控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：标定HOME位置的坐标P0；
步骤二：在无人机丢GPS后的预设时间内，利用惯导估算其决定返航的位置坐标P1、返航速度V以及无人机此刻的航向信息H0，无人机丢GPS后的预设时间为5秒-10秒；
步骤三：根据HOME位置的坐标P0、决定返航的位置坐标P1、返航速度V和预设的无人机盘旋半径R，获取无人机实际返航的位置坐标P2及无人机横滚的姿态角以及坐标P1和P0之间的连线与坐标P2和P0之间的连线的夹角β；
步骤四：根据决定返航时的航向信息H0与夹角β，获取无人机实际返航时的航向信息H1，H1与H0之间的关系式为：当飞机被预设为逆时针盘旋时，H1＝H0+β；当飞机被预设为顺时针盘旋时，H1＝H0-β；
步骤五：根据P2和P0之间的距离以及飞机返航的速度V，获取无人机的返航时间T，根据P2和P0之间的距离以及飞机返航的速度V，获取无人机的返航时间T的具体步骤为：考虑到无人机实际飞行的航向不可能一直保持H1航向，预设一时间补偿系数ζ，ζ的取值范围为1-1.5；通过以下公式计算获取无人机的返航时间T：
步骤六：命令无人机盘旋至P2位置时，沿航向H1以横滚姿态角的方式飞行时间T后，即返航到HOME位置，考虑到无人机实际飞行的航向不可能一直保持H1航向，横滚姿态角/>需要考虑航向偏差，具体计算公式如下：将飞机当前航向记为Hn，获取航向偏差ΔHn，计算公式为：ΔHn＝Hn-H1，获取无人机的径向加速度ar，计算公式为：/>获取无人机的横滚姿态角/>计算公式为：/>
2.一种无人机控制装置，其特征在于，包括：处理器、存储器以及通信电路，所述处理器耦接所述存储器和所述通信电路；所述存储器存储有程序数据的信息，所述通信电路用于信息传输，所述处理器在工作时执行所述程序数据以实现权利要求1所述一种控制无人机超视距丢GPS后返航到HOME位置的方法。
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