CN111399544B - 无人机着陆剖面解算方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无人机实时控制技术领域，具体涉及无人机着陆剖面解算方法及装置。该方法包括：分析着陆剖面显示需求并构建水平剖面和竖直剖面；在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线；实时采集无人机的位置信息并将无人机的位置信息映射到水平剖面和竖直剖面中以获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置；根据无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置偏离标准着陆参考线的情况，对无人机进行操控调整。本申请的着陆剖面解算方法，能辅助操作员更好的掌握无人机的实时位置，减轻操作员的操作负担和误操作概率，提升安全性。

Description

无人机着陆剖面解算方法及装置
技术领域
本发明属于无人机实时控制技术领域，具体涉及无人机着陆剖面解算方法及装置。
背景技术
无人驾驶飞机在军事和民用等诸多领域中正在发挥着越来越重要的作用。无人机的不载人特性，使其可以长时间地进出各种危险的空域发挥特殊效用；由于广泛使用了高新技术设备，因此能很好地完成许多过去只有有人驾驶飞机才能完成的任务；同时，无人机体积小、结构简单、自重轻、成本低、使用维护方便、机动灵活性好，具有很大地发展潜力和良好的应用前景。
当无人机完成任务以后，就需要对其进行回收了，一般的回收方式采用的是降落伞或是拦网方式，但是对于中大型无人机来说这种方式的复杂度高并且容易产生安全事故，现阶段一般采用与有人机一样的滑行着陆方式。目前的技术手段很难实现无人机安全精确的实现自主着陆，故在很大的程度上还是依靠地面控制台对其进行引导，这牵涉到的操作十分复杂，如果遇到复杂的地形、恶劣的气候，可能还需要人工介入干预和操控。
为了进一步提高人工干预的可操纵性，更准确妥善的操纵无人机着陆过程，发明了以下技术方案。
发明内容
本发明的目的：提供一种无人机着陆剖面解算方法及装置，从而更稳定地控制进近着陆过程，最大限度降低进近着陆事故的发生，保证无人机飞行安全。
本发明的技术方案：
第一方面，提供了一种无人机着陆剖面解算方法，包括：
分析着陆剖面显示需求并构建水平剖面和竖直剖面；
在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线；
实时采集无人机的位置信息并将无人机的位置信息映射到水平剖面和竖直剖面中以获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置；
根据无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置偏离标准着陆参考线的情况，对无人机进行操控调整。
进一步地，水平剖面用于显示无人机与机场跑道或着陆点的水平位置关系。
进一步地，竖直剖面用于显示无人机与机场跑道或地面的竖直位置关系。
进一步地，在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线，具体包括：
在水平剖面中，标准着陆参考线为跑道中线的延长线；
进一步地，在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线，具体包括：
在竖直剖面中，标准着陆参考线为以着陆点为起点、与地面有三度夹角的直线。
进一步地，实时采集无人机的位置信息并将无人机的位置信息映射到水平剖面和竖直剖面中获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置，具体包括：
实时采集无人机GPS位置；
根据无人机GPS位置，进行坐标系转换解算，将GPS的位置转换为机场直角坐标系中，从而获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时实际位置。
进一步地，实时采集无人机的位置信息并将无人机的位置信息映射到水平剖面和竖直剖面中获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置，具体还包括：
对无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时实际位置进行实时显示。
进一步地，根据无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置偏离标准着陆参考线的情况，对无人机进行操控调整，具体包括：
在水平剖面和竖直剖面中分别建立误差允许线，其中误差允许线位于标准着陆参考线两侧；
在无人机超出误差允许线的情况下，对无人机进行操控调整。
第二方面，提供了一种无人机着陆剖面解算装置，包括：
分析构建模块，用于分析着陆剖面显示需求并构建水平剖面和竖直剖面；以及在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线；
采集映射模块，用于实时采集无人机的位置信息并将无人机的位置信息映射到水平剖面和竖直剖面中以获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置；
操控调整模块，用于根据无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置偏离标准着陆参考线的情况，对无人机进行操控调整。
进一步地，采集映射模块，具体用于：
实时采集无人机GPS位置；
根据无人机GPS位置，进行坐标系转换解算，将GPS的位置转换为机场直角坐标系中，从而获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时实际位置。
本发明的有益效果：本专利提出的着陆剖面解算方法，能向无人机操作员提供一种无人机下降着陆时的直观可视的显示，辅助操作员更好的掌握无人机的实时位置，减轻操作员的操作负担和误操作概率，提升安全性。
附图说明
图1为着陆剖面显示示意图；
图2为无人机相对机场跑道示意图。
具体实施方式
研究发现，全世界大多数重大航空事故是进近着陆事故和可控飞行撞地事故。稳定的进近着陆过程，是最大限度降低进近着陆事故的基本要求。基于此原因，本发明设计出无人机下降着陆的着陆剖面解算方法，无人机操作员可以通过此着陆剖面显示界面，准确、清晰的获知无人机着陆时的当前位置、飞行曲线和所应该的正确位置和正确飞行曲线，从而准确、妥善的操控无人机进近着陆，保证无人机飞行安全。
具体可以从水平和垂直两个维度剖析无人机着陆过程，获取这两个维度中的着陆剖面显示需求，并构建无人机标准着陆参考曲线以及着陆偏差允许误差线，设计出无人机着陆的着陆剖面显示界面。通过坐标系变换解算，实时解算无人机在着陆剖面中的位置，将无人机位置实时显示在着陆剖面显示界面中，无人机操作员可以通过此着陆剖面显示界面，准确、清晰的获知无人机着陆时的当前位置、飞行曲线和标准的飞行曲线及位置，从而准确、妥善的操控无人机进近着陆，保证无人机飞行安全。
实施例：
步骤一：对着陆剖面显示需求进行分析，构建两个剖面显示：水平剖面和竖直剖面。水平剖面可以显示无人机与机场跑道/着陆点的水平位置关系，竖直剖面可以显示无人机与机场跑道/地面的竖直位置关系，其中图1为着陆剖面显示示意图，左图为竖直剖面，右图为水平剖面，圆点表示飞机位置，虚线表示误差边界线。
步骤二：在两个剖面中建立标准着陆参考线。在水平剖面中，标准着陆参考线为跑道中线的延长线，即无人机在水平剖面中，沿此标准参考线飞行时可满足着陆方向对准要求。在竖直剖面中，标准着陆参考线为以着陆点为起点、与地面有3度夹角的直线，即无人机在竖直剖面中，沿此标准参考线着陆可满足高度下降要求。
步骤三：考虑实际飞行情况并非完全按照标准参考线进行，有一定的波动。在两个剖面的参考线两边，各增加两条直线作为误差允许线，当无人机在这两条误差允许线内运动时，可满足着陆条件。
步骤四：实时采集无人机GPS位置，根据无人机GPS位置(经纬高)，进行坐标系转换解算，将GPS的位置转换为机场直角坐标系中，从而获得无人机在着陆剖面中实时实际位置(x机场，y机场，z机场)，其中，无人机相对机场跑道的俯视示意图如图2所示，其中X轴为机场跑道中心线，Y轴为高度竖直向上，Z轴为右手定则指向的右侧。
Figure BDA0002455444660000051
Figure BDA0002455444660000052
其中，N为卯酉圈曲率半径，
Figure BDA0002455444660000053
e为第一偏心率，
Figure BDA0002455444660000054
a为长半轴，b为短半轴；a＝6378136.49m，b＝6356755.0m，e20.00669338178740；
(L0、B0、H0)为机场着陆点的经纬高；
(L2000、B2000、H2000)为飞机当前位置的经纬高；
γ为机场跑道方向，即机场跑道方向与正北的夹角；
α为机场跑道坡度，即跑道平面上的中轴线与地球椭球面的夹角。
步骤五：在着陆剖面中显示无人机实时位置，无人机操作员可根据显示进行无人机着陆监视和操控调整。
本发明提供的一种无人机下降着陆时的着陆剖面解算方法，向无人机操作员提供一种无人机下降着陆时的直观可视的显示，辅助操作员更好的掌握无人机的实时位置，无人机操作员可以通过此着陆剖面显示界面，准确、清晰的获知无人机着陆时的当前位置、飞行曲线和所应该的正确位置和正确飞行曲线，从而准确、妥善的操控无人机进近着陆，减轻了操作员的操作负担和误操作概率，保证了无人机飞行安全。
以上对本发明进行了描述，需要指出的是，本发明不局限于上述特定实施方式；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，依据本发明的技术实质所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种无人机着陆剖面解算方法，其特征在于，包括：
分析着陆剖面显示需求并构建水平剖面和竖直剖面；
在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线；
实时采集无人机的位置信息并将无人机的位置信息映射到水平剖面和竖直剖面中以获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置，具体为：实时采集无人机的GPS位置，根据无人机GPS位置，进行坐标系转换解算，将GPS的位置转换为机场直角坐标系中，从而获得无人机在着陆剖面中实时实际位置(x机场，y机场，z机场)，其中，
X轴为机场跑道中心线，Y轴为高度竖直向上，Z轴为右手定则指向的右侧，N为卯酉圈曲率半径，e为第一偏心率，a为长半轴，b为短半轴；a＝6378136.49m，b＝6356755.0m，e2＝0.00669338178740；(L0、B0、H0)为机场着陆点的经纬高；(L2000、B2000、H2000)为飞机当前位置的经纬高；γ为机场跑道方向，即机场跑道方向与正北的夹角；α为机场跑道坡度，即跑道平面上的中轴线与地球椭球面的夹角；
根据无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置偏离标准着陆参考线的情况，对无人机进行操控调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水平剖面用于显示无人机与机场跑道或着陆点的水平位置关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，竖直剖面用于显示无人机与机场跑道或地面的竖直位置关系。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线，具体包括：
在水平剖面中，标准着陆参考线为跑道中线的延长线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线，具体包括：
在竖直剖面中，标准着陆参考线为以着陆点为起点、与地面有三度夹角的直线。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实时采集无人机的位置信息并将无人机的位置信息映射到水平剖面和竖直剖面中获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置，具体还包括：
对无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时实际位置进行实时显示。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置偏离标准着陆参考线的情况，对无人机进行操控调整，具体包括：
在水平剖面和竖直剖面中分别建立误差允许线，其中误差允许线位于标准着陆参考线两侧；
在无人机超出误差允许线的情况下，对无人机进行操控调整。
8.一种无人机着陆剖面解算装置，其特征在于，包括：
分析构建模块，用于分析着陆剖面显示需求并构建水平剖面和竖直剖面；以及在水平剖面和竖直剖面中建立标准着陆参考线；
采集映射模块，用于实时采集无人机的位置信息并将无人机的位置信息映射到水平剖面和竖直剖面中以获得无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置，具体用于：实时采集无人机的GPS位置，根据无人机GPS位置，进行坐标系转换解算，将GPS的位置转换为机场直角坐标系中，从而获得无人机在着陆剖面中实时实际位置(x机场，y机场，z机场)，其中，
X轴为机场跑道中心线，Y轴为高度竖直向上，Z轴为右手定则指向的右侧，N为卯酉圈曲率半径，e为第一偏心率，a为长半轴，b为短半轴；a＝6378136.49m，b＝6356755.0m，e2＝0.00669338178740；(L0、B0、H0)为机场着陆点的经纬高；(L2000、B2000、H2000)为飞机当前位置的经纬高；γ为机场跑道方向，即机场跑道方向与正北的夹角；α为机场跑道坡度，即跑道平面上的中轴线与地球椭球面的夹角；
操控调整模块，用于根据无人机在水平剖面和竖直剖面中的实时位置偏离标准着陆参考线的情况，对无人机进行操控调整。
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