CN113283060B - 一种垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法，包括固定翼无人机、固定翼无人机起降的多机场，固定翼无人机上安装有传感器和RTK空间定位模块，实时得出固定翼无人机飞行过程中当前固定翼无人机空间坐标和附近空闲机场的空间坐标、速度、航向角、海拔高度，以及计算出减速代价、减高代价、距离代价、角度代价，机场总代价为减速代价、减高代价、距离代价、角度代价之和，计算出各机场的总代价，且总代价最小的即为最优降落机场。本发明可以有效延长无人机的有效作业时间，增加了作业半径，并根据无人机的飞行状态通过计算选择最优机场降落，减少固定翼无人机对机场的依赖，极大地减轻作业人员的负担，提升了固定翼无人机工作效率。

Description

一种垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法

技术领域：

本发明涉及无人机研究领域，特别涉及一种垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法。

背景技术：

随着无人机技术的快速发展，无人机的应用也越来越广泛，由于体积小、重量轻、性价比高、操作灵活和安全性高的特点，在通信中继、环境监测、森林防火、电力巡检、地质勘查、航空拍摄等领域起着重要的作用，无人机的性能也得到了显著提高。根据无人机的飞行原理和结构，可以大致分为多旋翼无人机的固定翼无人机。固定翼无人机由于结构上的优势，以及飞行原理上的优势，在无人机的领域中占领很大的优势。

但无人机受到电池密度的制约，停留在空中作业的时间是有限的，巡检范围小、电池消耗大、自动化程度低，而巡检作业往往沿着点状电力进行飞行，同地起降将会消耗大量的飞行时间和电池的电量，更无法进行远距离、大范围、长时间的不间断巡视，无法满足可靠性要求，这样就大大降低作业效率，作业人员压力较大。

根据上述，为进一步提升技术水平和作业能力、拓展作业业务，如果解决了固定翼多机场择优异地起降技术，使得无人机无需飞回原来的起飞点，可在异地起降，并且通过动态计算最优降落点的位置，极大地减轻作业人员的负担，提升了工作效率，同时固定翼无人机多机场建设，也具有显示的工作意义。

发明内容：

为了弥补现有技术问题，本发明的目的是提供一种垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法，使得固定翼无人机无需飞回原来的起飞点降落，可以有效延长无人机的有效作业时间，增加了作业半径，并根据无人机的飞行状态通过计算选择最优机场降落，可实时获取飞行数据，稳定性好，减少固定翼无人机对机场的依赖，极大地减轻作业人员的负担，提升了固定翼无人机的工作效率。

本发明的技术方案如下：

一种垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法，包括固定翼无人机、固定翼无人机起降的多机场，特征在于，所述固定翼无人机上安装有传感器和RTK空间定位模块，实时得出固定翼无人机飞行过程中当前固定翼无人机空间坐标和附近空闲机场的空间坐标、速度、航向角、海拔高度，以及计算出减速代价、减高代价、距离代价、角度代价，机场总代价为减速代价、减高代价、距离代价、角度代价之和，计算出各机场的总代价，且总代价最小的即为最优降落机场。

所述的垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法，其特征在于，所述的固定翼无人机当前的空间坐标P和当前附近空闲机场的空间坐标J，以及固定翼无人机当前的速度V_p、航向角θ_p、海拔高度h_p，当前附近空闲机场的空间坐标J处的海拔高度h_J、航向角θ_J，J、P之间的距离采用distance公式计算获得，根据计算，得出机场降落点J的减速代价J_v、减高代价J_h、距离代价J_L、角度代价

减速代价J_v：

减高代价J_h：J_h＝C_h·|h_p-h_J|

距离代价J_L：J_L＝C_L·distance(J，P)

角度代价

其中，C_v，C_h，C_L，

为用户可调的代价系数；a_p为最大减速度；L为固定翼无人机到待降落机场的飞行路程距离；

为固定翼无人机到待降落机场的飞行轨迹初始方向和直线距离方向所成夹角；

再由以上获得的机场降落点J的减速代价、减高代价、距离代价、角度代价，得出机场总代价J_总为：

本发明的优点是：

本发明使得固定翼无人机无需飞回原来的起飞点降落，可以有效延长无人机的有效作业时间，增加了作业半径，并根据无人机的飞行状态通过计算选择最优机场降落，可实时获取飞行数据，稳定性好，减少固定翼无人机对机场的依赖，极大地减轻作业人员的负担，提升了固定翼无人机的工作效率。

附图说明：

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法，包括固定翼无人机、固定翼无人机起降的多机场，特征在于，所述固定翼无人机上安装有传感器和RTK空间定位模块，实时得出固定翼无人机飞行过程中当前固定翼无人机空间坐标和附近空闲机场的空间坐标、速度、航向角、海拔高度，以及计算出减速代价、减高代价、距离代价、角度代价，机场总代价为减速代价、减高代价、距离代价、角度代价之和，计算出各机场的总代价，且总代价最小的即为最优降落机场。

如图1所述，设定固定翼无人机附近有机场A-E，其中机场A-D为空闲机场，机场E为非空闲机场。通过传感器和RTK空间定位模块可得出当前固定翼无人机的速度V_p、航向角θ_p、海拔高度h_p，机场A的降落点的海拔高度h_A、航向角θ_A，机场A的降落点与P之间的距离采用distance公式计算获得，以及固定翼无人机和附近空闲机场的空间坐标，根据计算，得出最优机场降落点J，以下先以计算机场A：

减速代价J_v：

减高代价J_h：J_h＝C_h·|h_p-h_A|

距离代价J_L：J_L＝C_L·distance(A P)

角度代价

其中，C_v，C_h，C_L，

为用户可调的代价系数；a_p为最大减速度，机动能力；A为机场A的空间坐标，P为固定翼无人机的空间坐标；L为固定翼无人机到机场的飞行路程距离；

为固定翼无人机到机场A的飞行路程距离和直线距离所成的直线的夹角。

再由以上获得的机场A降落点的减速代价J_v、减高代价J_h、距离代价J_L、角度代价

得出机场A的总代价J_A为：

同理，根据以上算法算出机场B的总代价J_B、机场C的总代价J_C、机场D的总代价J_D，其中总代价最小Jmin的为最优机场降落点。

本发明可以有效延长无人机的有效作业时间，增加了作业半径，并根据无人机的飞行状态通过计算选择最优机场降落，可实时获取飞行数据，稳定性好，减少固定翼无人机对机场的依赖，极大地减轻作业人员的负担，提升了固定翼无人机的工作效率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种垂直起降固定翼无人机多机场择优起降方法，包括固定翼无人机、固定翼无人机起降的多机场，特征在于，所述固定翼无人机上安装有传感器和RTK空间定位模块，实时得出固定翼无人机飞行过程中当前固定翼无人机空间坐标和附近空闲机场的空间坐标、速度、航向角、海拔高度，以及计算出减速代价、减高代价、距离代价、角度代价，机场总代价为减速代价、减高代价、距离代价、角度代价之和，计算出各机场的总代价，且总代价最小的即为最优降落机场；

所述的固定翼无人机当前的空间坐标P和当前附近空闲机场的空间坐标J，以及固定翼无人机当前的速度V_p、航向角θ_p、海拔高度h_p，当前附近空闲机场的空间坐标J处的海拔高度h_J、航向角θ_J，J、P之间的距离采用distance公式计算获得，根据计算，得出机场降落点J的减速代价J_v、减高代价J_h、距离代价J_L、角度代价

减速代价J_v：

减高代价J_h：J_h＝C_h·|h_p-h_J|

距离代价J_L：J_L＝C_L·distance(J，P)

角度代价

其中，C_v，C_h，C_L，

为用户可调的代价系数；a_p为最大减速度；L为固定翼无人机到待降落机场的飞行路程距离；

为固定翼无人机到待降落机场的飞行轨迹初始方向和直线距离方向所成夹角；

再由以上获得的机场降落点J的减速代价J_v、减高代价J_h、距离代价J_L、角度代价

得出机场总代价J_总为：

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