CN113342009A - 一种无人机及其辅助降落方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机及其辅助降落方法和系统，具体步骤为：根据无人机向前飞行时的两个不同的飞行位置下所接收到的UWB信号源所发出的信号和接收器相对起降平台的竖直高度，分别得两个不同飞行位置下接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离R1和R2；根据垂直投影距离R1、R2和两个不同飞行位置的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离D，计算得出垂直投影距离R2与垂直投影距离D所成夹角θ，从而确定预设降落位置具有两种可能的初次目标位置；从两种可能的初次目标位置中筛选出无人机的预设降落位置。该方法，仅需起降平台上配置一个UWB信号源即可，大大降低了成本的耗费。
Description
技术领域
本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种无人机及其辅助降落方法和系统。
背景技术
当前的无人机自主降落到指定平台主要通过对降落点预设图案进行识别，相应的设备存在识别距离近，受光线、沙尘等影响较大等缺点，对降落精度有一定影响，容易出现降落位置不准确的问题。
目前也有基于UWB的无人机辅助降落方式，但是一般都至少布置3个或者3个以上的UWB模块才能实现无人机的准确降落，成本相对较高。
综上所述，如何解决基于UWB的无人机辅助降落耗费成本较高的问题已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机及其辅助降落方法和系统，以解决基于UWB的无人机辅助降落耗费成本较高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种无人机辅助降落方法，该方法用于无人机降落至起降平台时基于单个UWB信号源辅助无人机找到预设降落位置，具体按照以下步骤辅助无人机找到预设降落位置：
检测到无人机飞入起降平台的某一UWB信号源的信号覆盖区域；
根据无人机上的某一接收器在无人机向前飞行时的两个不同的飞行位置下所接收到的UWB信号源所发出的信号，分别得出两个不同的飞行位置下接收器与UWB信号源的直线距离；
根据所述直线距离和所述接收器相对所述起降平台的竖直高度，分别得出前次飞行位置下接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离R1和后次飞行位置下接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离R2；
根据垂直投影距离R1、垂直投影距离R2和两个不同飞行位置的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离D，计算得出垂直投影距离R2与垂直投影距离D所成夹角θ，根据该夹角θ确定预设降落位置具有两种可能的初次目标位置；
从两种可能的初次目标位置中筛选出无人机的预设降落位置：控制无人机朝向两种初次目标位置中的一者飞行，并检测接收器相对所述UWB信号源的距离，若距离缩小，则判定当前飞行的初次目标位置为预设降落位置；若距离变大，则判定另一初次目标位置为预设降落位置。
优选地，在筛选出无人机的预设降落位置后，按照以下方式控制无人机飞行至预设降落位置上方：
若当前飞行方向朝向预设降落位置，则控制无人机继续沿当前飞行方向飞行直至所述接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离为零；
若当前飞行方向偏离预设降落位置，则控制无人机返回至向第一个初次目标位置飞行前的位置，并调整飞行方向至朝向预设降落位置后继续飞行直至所述接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离为零。
优选地，在筛选出无人机的预设降落位置后，按照以下方式控制无人机飞行至预设降落位置上方：
若当前飞行方向朝向预设降落位置，则控制无人机继续沿当前飞行方向飞行直至所述接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离为零；
若当前飞行方向偏离预设降落位置，则在无人机当前飞行方向的飞行路径上重新选取两个飞行位置，根据两个重新选取的飞行位置按照得出两个初次目标位置的方式计算得出预设降落位置的两个二次目标位置，两个二次目标位置中与其中一个初次目标位置相同的位置即为预设降落位置，控制无人机朝向预设降落位置飞行直至接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离为零。
相比于背景技术介绍内容，上述无人机辅助降落方法，用于无人机降落至起降平台时基于单个UWB信号源辅助无人机找到预设降落位置，具体步骤为：检测无人机飞入起降平台的某一UWB信号源的信号覆盖区域；根据无人机上的某一接收器在无人机向前飞行时的两个不同的飞行位置下所接收到的UWB信号源所发出的信号，分别得出两个不同的飞行位置下接收器与UWB信号源的直线距离；根据直线距离和接收器相对起降平台的竖直高度，分别得出前次飞行位置下接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离R1和后次飞行位置下接收器与UWB信号源之间的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离R2；根据垂直投影距离R1、垂直投影距离R2和两个不同飞行位置的连线在起降平台所在平面的垂直投影距离D，计算得出垂直投影距离R2与垂直投影距离D所成夹角θ，根据该夹角θ确定预设降落位置具有两种可能的初次目标位置；从两种可能的初次目标位置中筛选出无人机的预设降落位置：控制无人机朝向两种初次目标位置中的一者飞行，并检测接收器相对UWB信号源的距离，若距离缩小，则判定当前飞行的初次目标位置为预设降落位置；若距离变大，则判定另一初次目标位置为预设降落位置。上述无人机辅助降落方法，仅需起降平台上配置一个UWB信号源即可，并且能够准确找到预设降落位置，大大降低了成本的耗费。
另外，本发明还提供了一种无人机辅助降落系统，该无人机辅助降落系统包括配备于无人机的接收器和处理器，所述接收器用于接收起降平台的UWB信号源所发出的信号，所述处理器用于按照前述任一方案所描述的无人机辅助降落方法得出无人机的预设降落位置。由于前述无人机辅助降落方法具有上述技术效果，因此采用了该无人机辅助降落方法的无人机辅助降落系统也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
此外，本发明还提供了一种无人机，包括无人机辅助降落系统，该无人机辅助降落系统为上述方案所描述的无人机辅助降落系统。由于该无人机辅助降落系统具有上述技术效果，因此具有该无人机辅助降落系统的无人机也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的无人机向起降平台上预设降落位置飞行的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的无人机上配备一个接收器向前飞行的两个不同飞行位置下确定预设降落位置的两种可能目标位置的示意图；
图3为本发明实施例中提供的无人机的辅助降落系统的结构示意图。
在图1-图3中，
无人机1、起降平台2、UWB信号源3、接收器4、处理器5。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种无人机及其辅助降落方法和系统，以解决基于UWB的无人机辅助降落耗费成本较高的问题。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种无人机辅助降落方法，该方法用于无人机1降落至起降平台2时基于单个UWB信号源3辅助无人机找到预设降落位置，其中，辅助无人机寻找预设降落位置的具体过程为：
通过检测无人机1是否飞入起降平台2的UWB信号源3的信号覆盖区域，若否则继续检测；若是则根据无人机1上配备的单个接收器在无人机向前飞行时的两个不同的飞行位置(图2中的O1和O2)下接收到的UWB信号源3所发出的信号，通过该信号能够分别得出两个不同的飞行位置下接收器与UWB信号源3的直线距离，然后根据直线距离和接收器相对起降平台2的竖直高度，通过几何计算能够分别得出前次飞行位置下接收器与UWB信号源3之间的连线在起降平台2所在平面的垂直投影距离R1和后次飞行位置下接收器与UWB信号源3之间的连线在起降平台2所在平面的垂直投影距离R2，之后根据垂直投影距离R1、垂直投影距离R2和两个不同飞行位置的连线在起降平台2所在平面的垂直投影距离D(也即图2中O1与O2的连线长度)，计算得出垂直投影距离R2与垂直投影距离D所成夹角θ，夹角θ满足关系式：
在得出该夹角θ后即可确定预设降落位置具有两种可能的初次目标位置；最后需要从两种可能的初次目标位置中筛选出无人机1的预设降落位置：控制无人机朝向两种初次目标位置中的一者飞行，并检测接收器相对UWB信号源3的距离(此距离是指在起降平台所在平面内的垂直投影距离)，若距离缩小，则判定当前飞行的初次目标位置为预设降落位置；若距离(此距离是指在起降平台所在平面内的垂直投影距离)变大，则判定另一初次目标位置为预设降落位置，从而辅助无人机找到了预设降落位置。该种辅助无人机降落的方法，仅需起降平台上配置一个UWB信号源即可准确找到预设降落位置，大大降低了成本的耗费。
这里需要说明的是，接收位置相对起降平台的竖直高度，具体可以通过在无人机上搭载高度计来实现，亦或者本领域技术人员所熟知的其他方式获知，在此不做具体的限定。
另外，本领域技术人员都应该能够理解的是，为了使得无人机能够顺利进入UWB信号源的信号覆盖区域，该无人机需要携带GPS或惯性导航元件。
还需要说明的是，无人机起降平台设置的UWB发射信号源能够向外持续发送信号；无人机安装的接收器，通过接收UWB信号源发射的信号，计算不同接收位置下距离UWB信号源的距离，该距离是指在起降平台所在平面的投影距离。此外，除特别指明(比如，A与B的直线距离等)外，下文中出现的单独“距离”一词均指在起降平面内的垂直投影距离。由于UWB信号源的坐标已知，并已装订在无人机2的飞控系统中，基于单个UWB信号源确定无人机的预设降落位置时，该UWB信号源所处位置即为预设降落位置，因此只需要找到UWB信号源的所处位置即可。无人机完成任务，通过GPS导航进入UWB信号源的信号覆盖区域并到达预设降落点附近时，通过接收信号计算与UWB信号源的距离。
在一些具体的实施方案中，在找到预设降落位置后，还需要控制无人机飞行至该预设降落位置，具体可以按照以下方式控制无人机1飞行至预设降落位置上方：
若当前飞行方向朝向预设降落位置，则控制无人机1继续沿当前飞行方向飞行直至接收器与UWB信号源3之间的连线在起降平台2所在平面的垂直投影距离为零；
若当前飞行方向偏离预设降落位置，则控制无人机1返回至向第一个初次目标位置飞行前的位置，并调整飞行方向至朝向预设降落位置后继续飞行直至接收器与UWB信号源3之间的连线在起降平台2所在平面的垂直投影距离为零。
当然可以理解的是，采用上述方式控制无人机1飞行至预设降落位置上方，仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以采用其他控制方式，比如在筛选出无人机1的预设降落位置后，还可以按照以下方式控制无人机1飞行至预设降落位置上方：
若当前飞行方向朝向预设降落位置，则控制无人机1继续沿当前飞行方向飞行直至接收器与UWB信号源3之间的连线在起降平台2所在平面的垂直投影距离为零；
若当前飞行方向偏离预设降落位置，则在无人机1当前飞行方向的飞行路径上重新选取两个飞行位置，根据两个重新选取的飞行位置按照得出两个初次目标位置的方式计算得出预设降落位置的两个二次目标位置，两个二次目标位置中与其中一个初次目标位置相同的位置即为预设降落位置，控制无人机1朝向该预设降落位置飞行直至接收器与UWB信号源3之间的连线在起降平台2所在平面的垂直投影距离为零。
另外，如图3所示，本发明还提供了一种无人机辅助降落系统，该无人机辅助降落系统包括配备于无人机的接收器4和处理器5，所述接收器4用于接收起降平台2的UWB信号源3所发出的信号，所述处理器5用于按照前述任一方案所描述的无人机辅助降落方法得出无人机的预设降落位置。由于前述无人机辅助降落方法具有上述技术效果，因此采用了该无人机辅助降落方法的无人机辅助降落系统也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
需要说明的是，在起降平台2上安装信号源时，一般采用埋入的方式，因为这样能够避免与无人机造成磕碰。
此外，本发明还提供了一种无人机，包括无人机辅助降落系统，该无人机辅助降落系统为上述方案所描述的无人机辅助降落系统。由于该无人机辅助降落系统具有上述技术效果，因此具有该无人机辅助降落系统的无人机也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
以上对本发明所提供的无人机及其辅助降落方法和系统进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
在本申请的描述中，需要说明的是，如若涉及术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，如若涉及术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，如若涉及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种无人机辅助降落方法，其特征在于，该方法用于无人机(1)降落至起降平台(2)时基于单个UWB信号源(3)辅助无人机找到预设降落位置，具体按照以下步骤辅助无人机找到预设降落位置：
检测到无人机(1)飞入起降平台(2)的某一UWB信号源(3)的信号覆盖区域；
根据无人机(1)上的某一接收器(4)在无人机向前飞行时的两个不同的飞行位置下所接收到的UWB信号源(3)所发出的信号，分别得出两个不同的飞行位置下接收器与UWB信号源(3)的直线距离；
根据所述直线距离和所述接收器(4)相对所述起降平台(2)的竖直高度，分别得出前次飞行位置下接收器(4)与UWB信号源(3)之间的连线在起降平台(2)所在平面的垂直投影距离R1和后次飞行位置下接收器(4)与UWB信号源(3)之间的连线在起降平台(2)所在平面的垂直投影距离R2；
根据垂直投影距离R1、垂直投影距离R2和两个不同飞行位置的连线在起降平台(2)所在平面的垂直投影距离D，计算得出垂直投影距离R2与垂直投影距离D所成夹角θ，根据该夹角θ确定预设降落位置具有两种可能的初次目标位置；
从两种可能的初次目标位置中筛选出无人机(1)的预设降落位置：控制无人机朝向两种初次目标位置中的一者飞行，并检测接收器(4)相对所述UWB信号源(3)的距离，若距离缩小，则判定当前飞行的初次目标位置为预设降落位置；若距离变大，则判定另一初次目标位置为预设降落位置。
2.如权利要求1所述的无人机辅助降落方法，其特征在于，在筛选出无人机的预设降落位置后，按照以下方式控制无人机(1)飞行至预设降落位置上方：
若当前飞行方向朝向预设降落位置，则控制无人机(1)继续沿当前飞行方向飞行直至所述接收器(4)与UWB信号源(3)之间的连线在起降平台(2)所在平面的垂直投影距离为零；
若当前飞行方向偏离预设降落位置，则控制无人机(1)返回至向第一个初次目标位置飞行前的位置，并调整飞行方向至朝向预设降落位置后继续飞行直至所述接收器(4)与UWB信号源(3)之间的连线在起降平台(2)所在平面的垂直投影距离为零。
3.如权利要求1所述的无人机辅助降落方法，其特征在于，在筛选出无人机(1)的预设降落位置后，按照以下方式控制无人机(1)飞行至预设降落位置上方：
若当前飞行方向朝向预设降落位置，则控制无人机(1)继续沿当前飞行方向飞行直至所述接收器与UWB信号源(3)之间的连线在起降平台(2)所在平面的垂直投影距离为零；
若当前飞行方向偏离预设降落位置，则在无人机(1)当前飞行方向的飞行路径上重新选取两个飞行位置，根据两个重新选取的飞行位置按照得出两个初次目标位置的方式计算得出预设降落位置的两个二次目标位置，两个二次目标位置中与其中一个初次目标位置相同的位置即为预设降落位置，控制无人机(1)朝向预设降落位置飞行直至接收器(4)与UWB信号源(3)之间的连线在起降平台(2)所在平面的垂直投影距离为零。
4.一种无人机辅助降落系统，其特征在于，包括配备于无人机(1)的接收器(4)和处理器(5)，所述接收器(4)用于接收起降平台(2)的UWB信号源(3)所发出的信号，所述处理器(5)用于按照如权利要求1-3中任一项所述的无人机辅助降落方法得出无人机的预设降落位置。
5.一种无人机，包括无人机辅助降落系统，其特征在于，所述无人机辅助降落系统为如权利要求4所述的无人机辅助降落系统。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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