CN111142545A - 一种舰载无人机自主着舰系统及方法 - Google Patents

一种舰载无人机自主着舰系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111142545A
CN111142545A CN201911070470.4A CN201911070470A CN111142545A CN 111142545 A CN111142545 A CN 111142545A CN 201911070470 A CN201911070470 A CN 201911070470A CN 111142545 A CN111142545 A CN 111142545A
Authority
CN
China
Prior art keywords
unmanned aerial
aerial vehicle
landing
ship
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911070470.4A
Other languages
English (en)
Inventor
廖新涛
林清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 54 Research Institute
Xian Lingkong Electronic Technology Co Ltd
PLA Dalian Naval Academy
Original Assignee
CETC 54 Research Institute
Xian Lingkong Electronic Technology Co Ltd
PLA Dalian Naval Academy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 54 Research Institute, Xian Lingkong Electronic Technology Co Ltd, PLA Dalian Naval Academy filed Critical CETC 54 Research Institute
Priority to CN201911070470.4A priority Critical patent/CN111142545A/zh
Publication of CN111142545A publication Critical patent/CN111142545A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
    • G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • G05D1/0653—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing
    • G05D1/0676—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing specially adapted for landing
    • G05D1/0684—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing specially adapted for landing on a moving platform, e.g. aircraft carrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C25/00—Alighting gear
    • B64C25/32—Alighting gear characterised by elements which contact the ground or similar surface 
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F1/00—Ground or aircraft-carrier-deck installations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U70/00—Launching, take-off or landing arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U80/00—Transport or storage specially adapted for UAVs
    • B64U80/80—Transport or storage specially adapted for UAVs by vehicles
    • B64U80/84—Waterborne vehicles
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种舰载无人机自主着舰系统及方法；整个系统主要包含机载控制模块、引导模块、机载下视图像扫描仪(带云台)、机载磁性起落架等模块。引导模块安装在舰船上，包含差分GPS基站和舰载无线数传；差分GPS模块基站用于发送载波相位信息及发给差分GPS移动站基站坐标信息；机载控制模块安装在无人机上，包含激光高度传感器、差分GPS移动站、自动驾驶仪和机载无线数传；激光高度传感器用于测量无人机的高度，安装在无人机正下方的自稳云台上。

Description

一种舰载无人机自主着舰系统及方法
技术领域
本发明属于无人机降落技术领域，具体涉及一种舰载无人机自主着舰系统及方法。
背景技术
舰载无人机是一种可以在移动舰船上进行自主起降的无人机，在未来的水域应用中，有着广泛的前景；目前大多数舰载无人机从起飞到降落各阶段均通过遥控来保证起飞降落的准确性。随着技术的发展和任务的需要，舰载无人机自主起飞/降落越来越重要，在飞行过程中的高度和速度的控制成为了控制的关键。
无人机在舰船上稳定降落，是一项非常复杂的控制任务。由于舰船一直向前运动，且速度不固定，导致无人机的降落轨迹一直在变化。常规的无人机降落方法在陆地目标区域的效果比较良好，但难以适应晃动的舰船；由于最后的降落阶段目标区域存在横纵摇晃，并且有信息误差的存在，因此，无法实现无人机的精准降落；从而无法对不同的高度和降落速度进行精确指导。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种舰载无人机自主着舰方法，可引导无人机精确降落。
本发明的第二个目的是提供一种舰载无人机自主着舰系统，可引导无人机精确降落。
本发明所采用的第一个技术方案是，一种舰载无人机自主着舰方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、当无人机接收到自主降落指令后，自动驾驶仪控制无人机根据实时接收的差分GPS获得无人机与舰船的相对位置以及舰船的运动速度，控制无人机以返航高度飞往差分站上空；当相对差分基站位置偏差小于3m后，跟随舰船飞行；
步骤2、计算无人机高度，进入跟随降落逻辑，并开启图像扫描任务；
步骤3、根据无人机与船舰的相对位置、船舰的运动速度、不同高度下对应的降控策略，对无人机的指令进行微调；
步骤4、无人机与船舰相对高度小于5m，且降落标识识别有效时，切换为图像识别导航下降，识别图片中心坐标；
步骤5、根据拍摄照片的中心点坐标、无人机的高度、无人机的坐标位置，计算摄像中心相对于着陆标识的坐标偏差、姿态偏差；
步骤6、根据摄像中心相对于着陆标识的坐标位置偏差、姿态偏差、机载云台相对于无人机的姿态角，计算出无人机需要微调的数据，并将这些数据发送给无人机，无人机缩小其与降落标识的偏差，缓慢降落；
步骤7、无人机起落架底端距离舰船机坪小于设定阈值后，迅速增大无人机下降速率，同时对磁性起落架上的磁性器件通电，使无人机和舰船机坪相互吸引，从而安全降落。
本发明所采用的第二个技术方案是，一种舰载无人机自主着舰系统，包括舰载引导模块；舰载引导模块包括差分GPS基站、舰载无线数传；舰载引导模块差分GPS基站通过数据链路向机载差分GPS移动站发送载波相位信息及站坐标，生成相位差分值，实现精确定位；机载激光高度传感器实时测得无人机高度，自动驾驶仪接收无人机位置信息、高度信息，通过姿态控制器、位置控制器操纵无人机按预设轨迹进入航向和下滑通道；
在降落阶段，舰载引导模块根据无人机下视图像扫描仪传输图像进行精确引导降落，当着舰距离进入磁性起落架作用区域，磁性起落架进行抓舰着陆。
本发明的有益效果是：
(1)在差分基站引导阶段，高度的数据采用了激光高度传感器和气压计数据融合的处理，在降落到更低高度的时候，可以提供更有效的高度数据；
(2)舰船在水面上一直存在移动和规则晃动，在高度低于5m且图像识别有效的情况下，切换为图像识别导航降落，实现高精度的降落控制。当接近舰船机坪的情况下，由于船体的晃动带来的角度偏差会导致无人机降落的偏差和侧翻，使用磁性起落架的自动吸附，实现降落最后阶段的安全着陆；
(3)若存在大雾或者图像识别失效的情况下，采用差分基站导航降落。无人机在起飞阶段，根据差分基站和降落标识的相对位置，提前将期望降落位置的偏差输入到地面指控系统中。如果无人机在降落阶段，相对舰船机坪高度低于5m，开始执行导航切换判断逻辑。如果切换失败，根据预先设置好差分基站和降落位置的偏差值，实现无人机的安全降落；
(4)该系统在在不同降落条件下采用不同的控制策略，提供差分基站和图像识别双冗余的导航自主降落方式，提供更高的降落安全性和精度。在降落最后阶段，通过船体晃动的角度偏差，设置为不同的快速降落阈值高度，避免船体晃动引起的降落偏差和侧翻。相对于现有的舰载自主着陆技术，提高了无人机降落容错率。
附图说明
图1是本发明一种舰载无人机自主着舰系统及方法中系统连接示意图；图2是本发明一种舰载无人机自主着舰系统及方法中自主驾驶仪双环路控制逻辑流程图；
图3是本发明一种舰载无人机自主着舰系统及方法中图像识别导航系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明舰载无人机自主着舰系统，包括舰载引导模块；舰载引导模块包括差分GPS基站、舰载无线数传；舰载引导模块差分GPS基站通过数据链路向机载差分GPS移动站发送载波相位信息及站坐标，生成相位差分值，实现精确定位；机载激光高度传感器实时测得无人机高度，自动驾驶仪接收无人机位置信息、高度信息，通过姿态控制器、位置控制器操纵无人机按预设轨迹进入航向和下滑通道；
在降落阶段，舰载引导模块根据无人机下视图像扫描仪传输图像进行精确引导降落，当着舰距离进入磁性起落架作用区域，磁性起落架进行抓舰着陆。
整个系统主要包含机载控制模块、引导模块、机载下视图像扫描仪(带云台)、机载磁性起落架等模块。
引导模块安装在舰船上，包含差分GPS基站和舰载无线数传；
差分GPS模块基站用于发送载波相位信息及发给差分GPS移动站基站坐标信息；
机载控制模块安装在无人机上，包含激光高度传感器、差分GPS移动站、自动驾驶仪和机载无线数传；
激光高度传感器用于测量无人机的高度，安装在无人机正下方的自稳云台上；
自动驾驶仪用于根据差分GPS位置信息以及无人机的高度来控制无人机按照预设的着陆轨迹下降，包含两个控制器(位置控制器和姿态控制器)。位置控制器用于计算无人机的期望油门、期望滚转俯仰偏航角度；姿态控制器用于计算无人机的油门、副翼、升降、方向舵量的大小。
机载下视图像扫描仪用于最终降落阶段进行精确引导降落的数据获取；
机载磁性起落架设置为离舰船机坪设定阈值时开始工作，防止降落后舰船的晃动导致无人机的降落失败。
如图3所示，本发明一种舰载无人机自主着舰方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、当无人机接收到自主降落指令后，自动驾驶仪控制无人机根据实时接收的差分GPS获得无人机与舰船的相对位置以及舰船的运动速度，控制无人机以返航高度飞往差分站上空；当相对差分基站位置偏差小于3m后，跟随舰船飞行；
步骤2、计算无人机高度，进入跟随降落逻辑，并开启图像扫描任务；
步骤3、根据无人机与船舰的相对位置、船舰的运动速度、不同高度下对应的降控策略，对无人机的指令进行微调；
步骤4、无人机与船舰相对高度小于5m，且降落标识识别有效时，切换为图像识别导航下降，识别图片中心坐标；
步骤5、根据拍摄照片的中心点坐标、无人机的高度、无人机的坐标位置，计算摄像中心相对于着陆标识的坐标偏差、姿态偏差；
步骤6、根据摄像中心相对于着陆标识的坐标位置偏差、姿态偏差、机载云台相对于无人机的姿态角，计算出无人机需要微调的数据，并将这些数据发送给无人机，无人机缩小其与降落标识的偏差，缓慢降落；
步骤7、无人机起落架底端距离舰船机坪小于设定阈值后，迅速增大无人机下降速率，同时对磁性起落架上的磁性器件通电，使无人机和舰船机坪相互吸引，从而安全降落。
本发明舰载无人机自主着舰系统及方法的优点为：
(1)在差分基站引导阶段，高度的数据采用了激光高度传感器和气压计数据融合的处理，在降落到更低高度的时候，可以提供更有效的高度数据；
(2)舰船在水面上一直存在移动和规则晃动，在高度低于5m且图像识别有效的情况下，切换为图像识别导航降落，实现高精度的降落控制。当接近舰船机坪的情况下，由于船体的晃动带来的角度偏差会导致无人机降落的偏差和侧翻，使用磁性起落架的自动吸附，实现降落最后阶段的安全着陆；
(3)若存在大雾或者图像识别失效的情况下，采用差分基站导航降落。无人机在起飞阶段，根据差分基站和降落标识的相对位置，提前将期望降落位置的偏差输入到地面指控系统中。如果无人机在降落阶段，相对舰船机坪高度低于5m，开始执行导航切换判断逻辑。如果切换失败，根据预先设置好差分基站和降落位置的偏差值，实现无人机的安全降落；
(4)该系统在在不同降落条件下采用不同的控制策略，提供差分基站和图像识别双冗余的导航自主降落方式，提供更高的降落安全性和精度。在降落最后阶段，通过船体晃动的角度偏差，设置为不同的快速降落阈值高度，避免船体晃动引起的降落偏差和侧翻。相对于现有的舰载自主着陆技术，提高了无人机降落容错率。

Claims (2)

1.一种舰载无人机自主着舰方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、当无人机接收到自主降落指令后，自动驾驶仪控制无人机根据实时接收的差分GPS获得无人机与舰船的相对位置以及舰船的运动速度，控制无人机以返航高度飞往差分站上空；当相对差分基站位置偏差小于3m后，跟随舰船飞行；
步骤2、计算无人机高度，进入跟随降落逻辑，并开启图像扫描任务；
步骤3、根据无人机与船舰的相对位置、船舰的运动速度、不同高度下对应的降控策略，对无人机的指令进行微调；
步骤4、无人机与船舰相对高度小于5m，且降落标识识别有效时，切换为图像识别导航下降，识别图片中心坐标；
步骤5、根据拍摄照片的中心点坐标、无人机的高度、无人机的坐标位置，计算摄像中心相对于着陆标识的坐标偏差、姿态偏差；
步骤6、根据摄像中心相对于着陆标识的坐标位置偏差、姿态偏差、机载云台相对于无人机的姿态角，计算出无人机需要微调的数据，并将这些数据发送给无人机，无人机缩小其与降落标识的偏差，缓慢降落；
步骤7、无人机起落架底端距离舰船机坪小于设定阈值后，迅速增大无人机下降速率，同时对磁性起落架上的磁性器件通电，使无人机和舰船机坪相互吸引，从而安全降落。
2.舰载无人机采用权利要求1的方法自主着舰的系统，其特征在于，包括舰载引导模块；舰载引导模块包括差分GPS基站、舰载无线数传；舰载引导模块差分GPS基站通过数据链路向机载差分GPS移动站发送载波相位信息及站坐标，生成相位差分值，实现精确定位；机载激光高度传感器实时测得无人机高度，自动驾驶仪接收无人机位置信息、高度信息，通过姿态控制器、位置控制器操纵无人机按预设轨迹进入航向和下滑通道；
在降落阶段，舰载引导模块根据无人机下视图像扫描仪传输图像进行精确引导降落，当着舰距离进入磁性起落架作用区域，磁性起落架进行抓舰着陆。
CN201911070470.4A 2019-11-05 2019-11-05 一种舰载无人机自主着舰系统及方法 Pending CN111142545A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911070470.4A CN111142545A (zh) 2019-11-05 2019-11-05 一种舰载无人机自主着舰系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911070470.4A CN111142545A (zh) 2019-11-05 2019-11-05 一种舰载无人机自主着舰系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111142545A true CN111142545A (zh) 2020-05-12

Family

ID=70516994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911070470.4A Pending CN111142545A (zh) 2019-11-05 2019-11-05 一种舰载无人机自主着舰系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111142545A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111596687A (zh) * 2020-05-26 2020-08-28 北京航空航天大学 一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置及其引导方法
CN112896510A (zh) * 2021-03-19 2021-06-04 北京京东乾石科技有限公司 无人机的供能方法、装置、无人机、无人船及介质
CN113064653A (zh) * 2021-04-07 2021-07-02 乐琦（北京）科技有限公司 被载体的引导方法、装置、存储介质及服务器
CN113093772A (zh) * 2021-04-13 2021-07-09 中国计量大学 一种无人机机库精确降落方法
CN114115233A (zh) * 2021-10-26 2022-03-01 燕山大学 一种基于无人艇姿态主动反馈的无人机自主着舰方法
CN116700307A (zh) * 2023-06-12 2023-09-05 清华大学 车辆高速运动条件下的车载三自由度无人机起降系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104590576A (zh) * 2014-12-04 2015-05-06 南京航空航天大学 一种舰载无人机自主着舰的飞行控制系统及方法
CN105259908A (zh) * 2015-11-05 2016-01-20 南京航空航天大学 一种雷达引导无人机自动着舰制导与控制系统及其控制方法
CN109911231A (zh) * 2019-03-20 2019-06-21 武汉理工大学 基于gps和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法与系统
RU190804U1 (ru) * 2018-12-04 2019-07-12 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт по измерительной технике-радиотехнические комплексы" Устройство для обеспечения навигации и посадки корабельных летательных аппаратов
CN110134132A (zh) * 2019-04-29 2019-08-16 西北工业大学 一种多无人机协同目标定位的系统和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104590576A (zh) * 2014-12-04 2015-05-06 南京航空航天大学 一种舰载无人机自主着舰的飞行控制系统及方法
CN105259908A (zh) * 2015-11-05 2016-01-20 南京航空航天大学 一种雷达引导无人机自动着舰制导与控制系统及其控制方法
RU190804U1 (ru) * 2018-12-04 2019-07-12 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт по измерительной технике-радиотехнические комплексы" Устройство для обеспечения навигации и посадки корабельных летательных аппаратов
CN109911231A (zh) * 2019-03-20 2019-06-21 武汉理工大学 基于gps和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法与系统
CN110134132A (zh) * 2019-04-29 2019-08-16 西北工业大学 一种多无人机协同目标定位的系统和方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111596687A (zh) * 2020-05-26 2020-08-28 北京航空航天大学 一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置及其引导方法
CN112896510A (zh) * 2021-03-19 2021-06-04 北京京东乾石科技有限公司 无人机的供能方法、装置、无人机、无人船及介质
CN112896510B (zh) * 2021-03-19 2023-12-05 北京京东乾石科技有限公司 无人机的供能方法、装置、无人机、无人船及介质
CN113064653A (zh) * 2021-04-07 2021-07-02 乐琦（北京）科技有限公司 被载体的引导方法、装置、存储介质及服务器
CN113093772A (zh) * 2021-04-13 2021-07-09 中国计量大学 一种无人机机库精确降落方法
CN113093772B (zh) * 2021-04-13 2022-10-28 中国计量大学 一种无人机机库精确降落方法
CN114115233A (zh) * 2021-10-26 2022-03-01 燕山大学 一种基于无人艇姿态主动反馈的无人机自主着舰方法
CN116700307A (zh) * 2023-06-12 2023-09-05 清华大学 车辆高速运动条件下的车载三自由度无人机起降系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111142545A (zh) 一种舰载无人机自主着舰系统及方法
CN109911231B (zh) 基于gps和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法与系统
CN109992006B (zh) 一种电力巡检无人机的精准回收方法和系统
CN109085849B (zh) 一种舰载无人机定点着陆的自主控制方法
CN110104139B (zh) 一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备及其使用方法
US9939819B2 (en) System and methods for automatically landing aircraft
US9443437B2 (en) Procedure for automatically landing an aircraft
CA2290118C (en) Automatic guidance system for flight vehicle having parafoil and navigation guidance apparatus for the system
KR101933714B1 (ko) 착함을 위한 특히 해군 선박 플랫폼 접근 시의 무인 항공기 유도 시스템
CN113791621B (zh) 一种自动驾驶牵引车与飞机对接方法及系统
CN111596687A (zh) 一种垂直起降无人机移动平台降落引导装置及其引导方法
CN110239677A (zh) 一种无人机自主识别靶标并降落到运动的无人艇上的方法
CN111026157B (zh) 一种基于奖励重塑强化学习的飞行器智能引导方法
CN108536132A (zh) 一种固定翼无人机空中加油平台及其加油方法
CN102393641A (zh) 基于甲板运动补偿的舰载机自动着舰引导控制方法
CN113093772B (zh) 一种无人机机库精确降落方法
CN102417037A (zh) 自动起飞和着陆系统
US20220017235A1 (en) Autonomous landing systems and methods for vertical landing aircraft
CN113176785B (zh) 一种舰载垂直起降无人机自动着舰航线设计方法
US20220382298A1 (en) Aircraft position control system, aircraft, and aircraft position control method
CN114661065A (zh) 固定翼无人机的起飞与降落系统及方法
CN112558619A (zh) 一种超声波辅助的无人机自主平稳降落系统及方法
CN113716048A (zh) 一种浮游式空中移动机场平台搭载固定翼飞机的起降方法
CN107885220A (zh) 一种舰船上无人机可精准起降系统及其工作方法
CN115686043A (zh) 固定翼飞行器和旋翼飞行器的空中对接方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200512