CN112327924A - 一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人直升机飞行控制技术领域，公开了一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法。提供三种可选模式：原路返航模式，即自动航线飞行时，当出现测控链路失效，直升机立刻调整航向沿已飞航线反向飞行返回起飞点。直接返航模式，即自动航线飞行时，当出现测控链路失效，直升机立刻退出航线飞行，调整航向以直线最短路径返回起飞点。任务优先模式，即自动航线飞行时，当出现测控链路失效，直升机继续当前自动航线飞行，不进行处置。
Description
技术领域
本发明属于无人直升机飞行控制技术领域，特别涉及一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法。
背景技术
无人直升机系统由无人直升机和地面站组成，地面站操纵人员对无人直升机进行全过程状态监控和指令控制。航线飞行是无人直升机按照预装订的航线进行自主飞行，是执行任务最重要的方式。在航线飞行时，可能出现测控链路中断的情况，此时地面站失去对无人直升机的控制，无人直升机需要进行全自主飞行。传统的测控故障应急处理方法是无人直升机对准起飞点自主返航，但是在面对不同的任务重要程度以及航线中不同的飞行阶段，飞行平台安全和执行任务之间的优先级可能是需要动态调整的，传统方法无法进行灵活配置。另外由于飞行区域，无人直升机自主返航时途径的区域可能存在威胁，如地形、建筑物等，在不配置威胁探测设备的前提下传统方法无法有效保障飞行安全。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种航线分航段可配置的测控链路失效应急处理模式，实现可根据航线飞行区域的实际情况以及任务重要等级灵活配置为任务优先或飞行安全优先，另外当存在威胁时，可以根据已飞的航线生成反向返航航线，保证返航安全。
本发明技术方案如下：
一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，包括：在设置无人机航线飞行任务时为无人机各航段设置测控链路失效时的应急处置模式；所述应急处置模式包括：原路返航模式、直接返航模和任务优先模式；
所述原路返航模式为，当出现测控链路失效，直升机立刻调整航向沿已飞航线反向飞行返回起飞点；
所述直接返航模式为，当出现测控链路失效，直升机立刻退出航线飞行，调整航向以直线最短路径返回起飞点。
所述任务优先模式为，当出现测控链路失效，直升机继续当前自动航线飞行，不进行处置。
进一步，所述原路返航模式包括以下步骤，
步骤一：退出当前航线进入高度保持，并根据无人机当前飞行模态进行不同操作；
步骤二：若无人机当前飞行模态为悬停回转模态，则将无人机由悬停回转过渡至悬停模态，
步骤三：若无人机当前飞行模态为悬停过渡模态，则待无人机悬停过渡模态结束后进入悬停模态；
步骤四：若无人机当前飞行模态为悬停模态，则将无人机当前航段起止点互换后作为目标航段，将无人机悬停回转对准目标航段航向，加速至航段速度，完成航段切入；
步骤五：待无人机航段切入后，将后续所有航段均进行起止点互换，航段速度为起始航点速度，航段高度为起始点高度，原航段任务全部取消，改为正常飞行，第一航段改为返航航段；进入返航航段飞行至回收点上空；
步骤六：无人机飞行至回收点上空后悬停，并判断是否测控链路故障，若是测控链路故障则自动着陆，触地后进入关车流程；若非测控链路故障侧悬停等待遥控指令。
进一步，所述原路返航模式还包括：若无人机当前飞行模态为前飞模态，则将无人机过渡至直飞模态并进入速度保持，并将当前航段起止点互换后作为目标航段，通过协调转弯将航向调整180°，完成航段切入。
进一步，所述原路返航模式还包括：若无人机当前飞行模态为前飞转弯模态，将无人机过渡至前飞模态。
进一步，所述直接返航模式包括以下步骤：
步骤一：退出当前航线进入高度保持，并根据无人机当前飞行模态进行不同操作；
步骤二：若无人机当前飞行模态为悬停回转模态，则将无人机由悬停回转过渡至悬停模态；
步骤三：若无人机当前飞行模态为悬停过渡模态，则待无人机悬停过渡模态结束后进入悬停模态；
步骤四：若无人机当前飞行模态为悬停模态，则根据无人机当前位置与起飞点位置关系解算出返航航向和返航待飞距，若返航待飞距小于30m则直接刷新悬停基准点平移至回收点上空进入定点悬停；若返航待飞距大于或等于30m则将航向调整为返航航向，然后无人机飞行至回收点上空后进入定点悬停；
步骤五：无人机在回收点上空定点悬停稳定后后判断是否测控链路故障，若是则进入自动着陆处理，触地后自动进入关车流程，否则悬停等待遥控指令。
进一步，若无人机当前飞行模态为前飞模态，且无人机前飞速度小于5m/s则转入悬停过渡模态，待无人机悬停过渡模态结束后进入悬停模态；
若无人机前飞速度大于或等于设定前飞速度阈值5m/s，则根据无人机当前位置与起飞点位置关系解算出返航航向和返航待飞距；若待飞距小于减速距离则进入悬停过渡模态，待无人机悬停过渡模态结束后进入悬停模态；若待飞距大于减速距离则通过协调转弯将无人机航线调整至返航航向，然后飞行至回收点上空进入定点悬停；
进一步，若无人机当前飞行模态为前飞转弯模态，则将无人机过渡至前飞模态。
进一步，所述任务优先模式包括：无人机继续飞行完成当前航段，进入后续航段后重新根据后续航段设定的应急处置模式，并按照应急处置模式飞行。
进一步，若无人机完成当前航段后悬停于起飞点上空，则重新检测测控链路是否故障，若故障则启动自动着陆，触地后快速降低总距并启动关车流程；若无故障则进入悬停等待。
本发明定义了三种应急处置模式，原路返航模式、直接返航模式和任务优先模式，允许操作人员根据实际情况对航线飞行时分段设置合理的处置方式。原路返航模式实现了返航路径强约束时的安全路径在线生成，无人直升机沿已飞航线反向飞向起飞点。直接返航模式实现了需要最短路径返航，任务优先模式实现了链路失效状态下任务自主执行。本发明提供了一种针对无人直升机航线飞行时可灵活配置的测控应急处置方式，提升了航线飞行时的飞行安全性和任务执行能力。
附图说明
图1为三种航线飞行时测控链路失效处置模式；
图2为原路返航模式仿真结果；
图3为直接返航模式仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所涉及的设计方法做进一步详细说明。
一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，提供三种可选模式：
1)原路返航模式，即自动航线飞行时，当出现测控链路失效，直升机立刻调整航向沿已飞航线反向飞行返回起飞点。
2)直接返航模式，即自动航线飞行时，当出现测控链路失效，直升机立刻退出航线飞行，调整航向以直线最短路径返回起飞点。
3)任务优先模式，即自动航线飞行时，当出现测控链路失效，直升机继续当前自动航线飞行，不进行处置。
一、原路返航模式
航线飞行时直升机可能处于不同的飞行模态，这里针对这些情况分别进行策略设计。
步骤1)退出当前航线，进入高度保持，由当前飞行模态进入判定进入步骤2)～7)；
步骤2)飞行模态为悬停回转：先将由悬停回转过渡至悬停，待悬停稳定后再进入步骤6)。
步骤3)飞行模态为悬停过渡：待悬停稳定后进入步骤6)。
步骤4)飞行模态为前飞转弯：先过渡至直飞，航向稳定后进入步骤7)。
步骤6)飞行模态为悬停模态：将当前航段起止航点反向后作为目标航段，悬停回转对准航段航向；加速至航段速度，完成航段切入，然后进入步骤8)。
步骤7)飞行模态为前飞：首先等待飞行状态过渡为直飞和速度保持，然后以当前航段起止航点反向，作为目标航段，通过协调转弯调整航向180°，然后完成航段切入，如图1所示。然后进入步骤8)。
步骤8)后续航段都进行起止点反向，航段速度为起始航点速度，航段高度为起始点高度，原航段任务全部取消，改为正常飞行，第一航段改为返航航段。进入最后返航航段后飞行至回收点上空，然后进入步骤9)。
步骤9)悬停后判断是否测控链路故障，若是则进入自动着陆处理，触地后自动进入关车流程，否则悬停等待遥控指令。
二、直接返航模式
航线飞行时，当出现测控链路失效的情况，无人直升机飞控系统处理步骤如下：
步骤1)退出航线飞行，进行高度保持，由当前飞行模态进入判定进入步骤2)～6)。
步骤2)飞行模态为悬停回转：先将由悬停回转过渡至悬停，待悬停稳定后再进入步骤6)。
步骤3)飞行模态为悬停过渡：待悬停稳定后进入步骤6)。
步骤4)飞行模态为前飞转弯：先过渡至直飞，航向稳定后进入步骤5)。
步骤5)飞行模态为前飞：如果当前前飞速度小于5m/s则转入悬停过渡，待悬停稳定后进入步骤6)。如果当前前飞速度大于或等于5m/s则首先根据当前位置与起飞点位置相互关系实时解算出返航航向和返航待飞距。若待飞距小于减速距离(见式1)则进入悬停过渡，待悬停稳定后再继续步骤6)；若待飞距大于减速距离则通过协调转弯将直升机航向调整至直飞对准起飞点，如图1所示，然后进入步骤7)。
待飞距根据以下公式计算：
L:待飞距，V：前飞速度，取空速和地速两者的较大者，R_cmd偏航角速率指令。
步骤6)飞行模态为悬停保持：根据当前位置解算返航航向、返航待飞距，若返航待飞距小于30m则直接刷新悬停基准点平移至起始点再进入步骤8)。若待飞距大于或等于30m则先悬停回转调整航向对准起飞点，然后进入步骤7)。
步骤7)飞行至回收点上空进入定点悬停后进入步骤8)。
步骤8)悬停后判断是否测控链路故障，若是则进入自动着陆处理，触地后自动进入关车流程，否则悬停等待遥控指令。
三、任务优先模式
航线飞行时，当前航段为任务优先模式时，当出现测控链路失效的情况，无人直升机将继续当前自主航线飞行，完成当前航段，进入后续航段后，重新解析新航段的应急处置模式设定，根据链路状态执行相应的应急处理。如果完成了自主航线飞行后，悬停于起飞点上空，将重新检查测控链路状态，当测控链路为正常时，则进入悬停等待，若依然为失效状态则启动自动着陆，触地后快速降低总距并启动关车流程。
通过设计原路返航模式，实现存在地形威胁时，将航线反向，生成可以保证安全的返航航线。
通过设计直接返航模式，实现链路失效后，不同航线飞行状态下以直线最短路径的返航。
通过设计任务优先模式，实现链路失效后以航线任务为高优先级，以全自主方式继续飞行任务。
通过采用配置航线各航段测控应急处置模式的方式，允许根据不同的飞行阶段的具体情况灵活决定如何处理测控链路失效问题。
本发明定义了三种应急处置模式，原路返航模式、直接返航模式和任务优先模式，允许操作人员根据实际情况对航线飞行时分段设置合理的处置方式。原路返航模式实现了返航路径强约束时的安全路径在线生成，如图2所示，无人直升机沿已飞航线反向飞向起飞点。直接返航模式实现了需要最短路径返航，如图3所示。任务优先模式实现了链路失效状态下任务自主执行。本发明提供了一种针对无人直升机航线飞行时可灵活配置的测控应急处置方式，提升了航线飞行时的飞行安全性和任务执行能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原来的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，所述方法包括：在设置无人机航线飞行任务时为无人机各航段设置测控链路失效时的应急处置模式；所述应急处置模式包括：原路返航模式、直接返航模和任务优先模式；
所述原路返航模式为，当出现测控链路失效，直升机立刻调整航向沿已飞航线反向飞行返回起飞点；
所述直接返航模式为，当出现测控链路失效，直升机立刻退出航线飞行，调整航向以直线最短路径返回起飞点；
所述任务优先模式为，当出现测控链路失效，直升机继续当前自动航线飞行，不进行处置。
2.根据权利要求1所述的一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，所述原路返航模式包括以下步骤，
步骤一：退出当前航线进入高度保持，并根据无人机当前飞行模态进行不同操作；
步骤二：若无人机当前飞行模态为悬停回转模态，则将无人机由悬停回转过渡至悬停模态，
步骤三：若无人机当前飞行模态为悬停过渡模态，则待无人机悬停过渡模态结束后进入悬停模态；
步骤四：若无人机当前飞行模态为悬停模态，则将无人机当前航段起止点互换后作为目标航段，将无人机悬停回转对准目标航段航向，加速至航段速度，完成航段切入；
步骤五：待无人机航段切入后，将后续所有航段均进行起止点互换，航段速度为起始航点速度，航段高度为起始点高度，原航段任务全部取消，改为正常飞行，第一航段改为返航航段；进入返航航段飞行至回收点上空；
步骤六：无人机飞行至回收点上空后悬停，并判断是否测控链路故障，若是测控链路故障则自动着陆，触地后进入关车流程；若非测控链路故障侧悬停等待遥控指令。
3.根据权利要求2所述的一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，
所述原路返航模式还包括：若无人机当前飞行模态为前飞模态，则将无人机过渡至直飞模态并进入速度保持，并将当前航段起止点互换后作为目标航段，通过协调转弯将航向调整180°，完成航段切入。
4.根据权利要求3所述的一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，
所述原路返航模式还包括：若无人机当前飞行模态为前飞转弯模态，将无人机过渡至前飞模态。
5.根据权利要求1所述的一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，所述直接返航模式包括以下步骤：
步骤一：退出当前航线进入高度保持，并根据无人机当前飞行模态进行不同操作；
步骤二：若无人机当前飞行模态为悬停回转模态，则将无人机由悬停回转过渡至悬停模态；
步骤三：若无人机当前飞行模态为悬停过渡模态，则待无人机悬停过渡模态结束后进入悬停模态；
步骤四：若无人机当前飞行模态为悬停模态，则根据无人机当前位置与起飞点位置关系解算出返航航向和返航待飞距，若返航待飞距小于30m则直接刷新悬停基准点平移至回收点上空进入定点悬停；若返航待飞距大于或等于30m则将航向调整为返航航向，然后无人机飞行至回收点上空后进入定点悬停；
步骤五：无人机在回收点上空定点悬停稳定后后判断是否测控链路故障，若是则进入自动着陆处理，触地后自动进入关车流程，否则悬停等待遥控指令。
6.根据权利要求5所述的一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，
若无人机当前飞行模态为前飞模态，且无人机前飞速度小于5m/s则转入悬停过渡模态，待无人机悬停过渡模态结束后进入悬停模态；
若无人机前飞速度大于或等于设定前飞速度阈值5m/s，则根据无人机当前位置与起飞点位置关系解算出返航航向和返航待飞距；若待飞距小于减速距离则进入悬停过渡模态，待无人机悬停过渡模态结束后进入悬停模态；若待飞距大于减速距离则通过协调转弯将无人机航线调整至返航航向，然后飞行至回收点上空进入定点悬停。
7.根据权利要求6所述的一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，
若无人机当前飞行模态为前飞转弯模态，则将无人机过渡至前飞模态。
8.根据权利要求1所述的一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，所述任务优先模式包括：无人机继续飞行完成当前航段，进入后续航段后重新根据后续航段设定的应急处置模式，并按照应急处置模式飞行。
9.根据权利要求8所述的一种无人直升机航线飞行时链路失效应急处置方法，其特征在于，若无人机完成当前航段后悬停于起飞点上空，则重新检测测控链路是否故障，若故障则启动自动着陆，触地后快速降低总距并启动关车流程；若无故障则进入悬停等待。
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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 | ||
| 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: 20210205 |