CN113985914A - 一种无人设备降落控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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CN113985914A CN202111229118.8A CN202111229118A CN113985914A CN 113985914 A CN113985914 A CN 113985914A CN 202111229118 A CN202111229118 A CN 202111229118A CN 113985914 A CN113985914 A CN 113985914A
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钟欣辰
蔡浩
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Guangzhou Xaircraft Technology Co Ltd
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Guangzhou Xaircraft Technology Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • 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

Abstract

本申请实施例公开了一种无人设备降落控制方法、装置、设备及存储介质。本申请实施例提供的技术方案通过环境风向确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，由于该出弯点到着陆点的方向与环境风向呈逆风角度关系，因此无人设备从出弯点到着陆点的过程中使用较低的地速即可维持所需的空速，在切换至旋翼模式之后，由于地速较低，无人设备在旋翼模式下的刹车距离大大减少，减少由于刹车距离过大而导致无人设备超出着陆点的情况。

Description

一种无人设备降落控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请实施例涉及飞行控制领域，尤其涉及一种无人设备降落控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
目前垂直起降固定翼无人设备的返航方式，都是按照预先计划的返航路线进行，即无人设备以固定翼模式在任务段路线飞往着陆点，在到达着陆点附近后，绕盘旋降落路线进行盘旋降高。在降落到指定的高度时，无人设备直接转弯水平飞向着陆点的上方，并在到达着陆点上方后，无人设备切换到旋翼模式进行垂直降高，在下降到着陆点后完成降落操作。
在无人设备盘旋降高的阶段，从盘旋圈出弯飞向着陆点的时机仅取决于无人设备是否下降到指定的高度，但是在无人设备飞向着陆点的过程中，容易受环境风的影响，导致无人设备的控制稳定性下降，影响飞行安全。
发明内容
本申请实施例提供一种无人设备降落控制方法、装置、设备及存储介质，以减少无人设备飞向着陆点的过程中，受环境风的影响导致无人设备的控制稳定性下降，影响飞行安全的技术问题，控制无人设备逆风飞向着陆点，保证对无人设备的控制稳定性以及飞行安全。
在第一方面，本申请实施例提供了一种无人设备降落控制方法，包括：
获取无人设备当前所处环境的环境风向；
根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向与所述环境风向呈逆风角度关系；
控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，在所述出弯点处向所述着陆点飞行；
在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
在第二方面，本申请实施例提供了一种无人设备降落控制装置，包括风向确定模块、出弯确定模块、出弯控制模块和垂直降落模块，其中：
所述风向确定模块，用于获取无人设备当前所处环境的环境风向；
所述出弯确定模块，用于根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向与所述环境风向呈逆风角度关系；
所述出弯控制模块，用于控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，在所述出弯点处向所述着陆点飞行；
所述垂直降落模块，用于在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
在第三方面，本申请实施例提供了一种无人设备，包括：
机体；
与所述机体连接的固定翼组件和旋翼组件；
存储器以及一个或多个处理器；
所述存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的无人设备降落控制方法。
在第四方面，本申请实施例提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如第一方面所述的无人设备降落控制方法。
本申请实施例通过环境风向确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，由于该出弯点到着陆点的方向与环境风向呈逆风角度关系，因此无人设备从出弯点到着陆点的过程中使用较低的地速即可维持所需的空速，在切换至旋翼模式之后，由于地速较低，无人设备在旋翼模式下的刹车距离大大减少，减少由于刹车距离过大而导致无人设备超出着陆点的情况。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种无人设备降落控制方法的流程图；
图2是本申请实施例提供的一种无人设备从盘旋降落路线到着陆点飞行的示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种无人设备降落控制方法的流程图；
图4是本申请实施例提供的一种无人设备以平飞方式向着陆点水平飞行的轨迹示意图；
图5是本申请实施例提供的一种无人设备以滑降方式向着陆点滑降飞行的轨迹示意图；
图6是本申请实施例提供的一种无人设备降落控制装置的结构示意图；
图7是本申请实施例提供的一种无人设备降落控制装置的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的一种无人设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
图1给出了本申请实施例提供的一种无人设备降落控制方法的流程图，本申请实施例提供的无人设备降落控制方法可以由无人设备降落控制装置来执行，该无人设备降落控制装置可以通过硬件和/或软件的方式实现，并集成在无人设备(例如具备固定翼和旋翼的无人机)中。
下述以无人设备降落控制装置执行无人设备降落控制方法为例进行描述。
参考图1，该无人设备降落控制方法包括：
S101：获取无人设备当前所处环境的环境风向。
本实施例提供的盘旋降落路线由无人设备在起飞作业前根据作业任务进行飞行路线规划，无人设备的飞行路线包括起飞路线、作业路线和降落路线，其中降落路线包括盘旋降落路线和垂直降落路线，其中盘旋降落路线围绕于设定的着陆点，无人设备设置有固定翼和旋翼，无人设备以旋翼模式进行垂直起飞和降落，并以固定翼模式进行滑翔飞行，即无人设备以旋翼模式垂直起飞，并在到达设定起飞高度后，切换至固定翼模式滑翔，并按照作业路线飞行，并在需要降落时，以固定翼模式在盘旋降落路线上盘旋下降，并在下降至第一设定高度后进行出弯，朝向着陆点飞行，然后切换到旋翼模式在着陆点的上方垂直降落至着陆点。在一个实施例中，无人设备的飞行路线还可在飞行过程中实时更新，例如根据无人机的剩余电量、任务完成情况、环境风向和环境风速进行实时更新。
在一个可能的实施例中，可根据无人设备的空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角确定无人设备当前所处环境的环境风向和环境风速。在需要返航并降落至着陆点时，获取无人设备在飞行过程中的空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角，并根据空速测量值、第一地速、第二地速和偏航角确定环境风向和环境风速。其中，第一方向和第二方向存在夹角，例如第一方向和第二方向之间的夹角为90°，本实施例以第一方向为北向，第二方向为东向为例进行描述。具体的，环境风向和环境风速可根据在第一方向上的第一风速和第二方向上的第二风速进行确，基于此，步骤S101包括步骤S1011-S1012：
S1011：根据无人设备的空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角，确定第一方向上的第一风速和第二方向上的第二风速。
S1012：根据所述第一风速和所述第二风速确定所述无人设备当前所处环境的环境风向和环境风速。
具体的，可利用无人设备上安装的空速传感器得到空速测量值，并利用无人设备上安装的定位装置(例如GPS传感器)获取无人设备在第一方向上的第一地速和在第二方向上的第二地速，以及利用无人设备上安装的IMU惯性传感器结算出无人设备的偏航角。进一步的，根据以下公式确定第一方向上的第一风速以及第二方向上的第二风速：
wn＝Vn-Va*cos(psi)
we＝Ve-Va*sin(psi)
其中，wn为第一风速，we为第二风速，Vn为第一地速，Ve为第二地速，Va为空速测量值，psi为偏航角。
进一步的，根据第一风速以及第二风速计算无人设备当前所处环境的环境风向和环境风速。例如环境风速可基于公式
Figure BDA0003315335700000041
得到，环境风向可基于公式
Figure BDA0003315335700000051
得到。
在一个可能的实施例中，为了减小空速传感器的测量误差，还可结合卡尔曼更新方程进行无人设备当前所处环境的环境风向和环境风速的确定。基于此，步骤S101还包括步骤S1013-S1014：
S1013：基于所述第一风速、所述第二风速、所述第一地速、所述第二地速和设定的修正系数创建量测状态方程，并根据所述量测状态方程确定空速预测值和卡尔曼增益系数。
S1014：基于所述修正系数、所述卡尔曼增益系数、所述空速预测值和所述空速预测值创建量测更新方程，并根据所述量测更新方程对所述第一风速、所述第二风速和所述修正系数。
S1015：基于更新后的所述第一风速、所述第二风速和所述修正系数确定所述无人设备当前所处环境的环境风向和环境风速。
具体的，创建一个三阶的卡尔曼模型，并引基于第一风速、第二风速、第一地速、第二地速和设定的修正系数创建量测状态方程：
Figure BDA0003315335700000052
其中，Vairspeed_pred为空速预测值，Vn为第一地速，Ve为第二地速，x1为第一风速，x2为第二风速，x3为修正系数。
进一步的，根据量测状态方程确定空速预测值、量测更新矩和卡尔曼增益系数，利用量测更新矩和卡尔曼增益系数对第一风速、第二风速和修正系数进行后验估计和更新。可基于空速预测值、量测更新矩阵、量测更新矩和卡尔曼增益系数创建量测更新方程。量测更新方程基于以下公式确定：x3＝x3+K*(Va-Vairspeed_pred)。按照卡尔曼滤波原理不断迭代更新第一风速、第二风速和修正系数，用利用更新后的修正系数不断修正空速测量值，从而得到更准确的空速测量值。其中，对空速测量值的修正可基于以下公式进行：
Figure BDA0003315335700000053
其中E为通过气压传感器检测到的无人设备在飞行过程中的动压，ρ为空气密度，根据卡尔曼滤波原理不断迭代更新空速测量值，从而得到更准确的无人设备当前所处环境的环境风速和环境风向。
S102：根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向与所述环境风向呈逆风角度关系。
其中，出弯点可理解为无人设备从盘旋降落路线中出弯(即脱离盘旋降落路线)的位置。具体的，在确定环境风向后，根据环境风向确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，并且出弯点到着陆点的方向与环境风向呈逆风角度关系，该逆风角度关系使得无人设备从出弯点向着陆点飞行的方向面向环境风向(即逆风方向)。例如预设角度的角度范围为(90°，270°)。优选的，出弯点到着陆点的方向与环境风向之间的逆风角度关系对应的角度为180°，此时出弯点到着陆点的方向与环境风向相反，即无人设备从出弯点向着陆点飞行的方向为逆风方向。可以理解的是，本方案所提供的预设角度并非是绝对的角度，其可存在在设定角度波动范围内的波动。并且在无人设备实际飞行过程中，无人设备的飞行方向相对于环境风向的角度有可能存在一定范围的波动的情况，该角度波动范围在设定波动范围时，仍认为无人设备的飞行方向满足逆风角度关系。例如在逆风角度关系对应的角度为180°时，无人设备的飞行方向在向着陆点飞行过程中会有可能会存在波动的情况，例如在飞行方向相对于环境风向的角度在180°±10°的角度范围内波动，仍认为无人设备的飞行方向满足逆风角度关系。
S103：控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，在所述出弯点处向所述着陆点飞行。
在无人设备需要返航并前往着陆点进行降落时，控制无人设备飞往着陆点附近，并在着陆点附近的盘旋降落路线上以固定翼模式盘旋下降。在无人设备下降至第一设定高度时，控制无人设备继续盘旋飞行至出弯点，并在出弯点向着陆点转向，并向着陆点飞行。可以理解的是，步骤S102对出弯点的确定，可以是在无人设备执行盘旋下降之前进行，也可以是在无人设备执行盘旋下降的过程中进行。
如图2提供的一种无人设备从盘旋降落路线到着陆点飞行的示意图所示，图中，α为环境风向，β为出弯点往着陆点的方向，L1为无人设备进行盘旋下降的盘旋降落路线，D为出弯点，Home为着陆点，L2为无人设备从出弯点到着陆点飞行的第一着陆路线，其中出弯点的高度与第一设定高度一致。本实施例将从出弯点到着陆点的方向设置为与环境风向相反的方向，使得无人设备沿着盘旋降落路线盘旋下降至第一设定高度，并在出弯点往着陆点的方向转弯后，无人机的飞行方向为逆风方向，即无人设备通过逆风进场的方式飞往着陆点的上方。
S104：在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
具体的，在无人设备到达着陆点上方后，控制无人机从固定翼模式转换为旋翼模式，并以旋翼模式进行刹车，使无人设备悬停在着陆点正上方，并以旋翼模式垂直下降到着陆点上，完成降落操作。
可以理解的是，现有技术中无人设备在盘旋下降后飞往着陆点的进场方向是随机的，即无人设备有可能是顺风进场(与环境风向相同)或者是侧风进场(与环境风向垂直)。对于顺风进场，无人设备在以固定翼模式飞行时，需要保持一定的空速，在顺风飞行时需要拉升油门以提升地速。比如给定的空速为15m/s，环境风速为5m/s时，无人设备顺风飞行是为了保证和空气的来流相对速度为15m/s，无人设备需要将地速提升到20m/s，在这种地速下转换为旋翼模式并进行刹车会很容易超出着陆点，还需要无人设备以旋翼模式逆风倒退到着陆点上方，加上固定翼的迎风面积较大，此时旋翼电机需抵抗很大的阻力飞行。而对于侧风进场，无人设备在飞向着陆点的过程中，固定翼的尾翼会直接作为环境风的受力面，对无人设备造成极大的扭转力矩，严重影响无人设备的航向控制稳定性，无论是顺风进场还是侧风进场，都会严重影响无人设备飞向的安全性和稳定性。本方案根据环境风向确定在盘旋降落路线上的出弯点，并在出弯点处通过逆风进场的方向飞向着陆点，可以保证无人设备在较低的地速下进行旋翼模式的转换，有效减小无人设备在旋翼模式的刹车距离，而且不会由于地速过大而超出着陆点，极大的提高垂起固定翼无人设备飞行的安全性和稳定性。
上述，通过环境风向确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，由于该出弯点到着陆点的方向与环境风向呈逆风角度关系，因此无人设备从出弯点到着陆点的过程中使用较低的地速即可维持所需的空速，在切换至旋翼模式之后，由于地速较低，无人设备在旋翼模式下的刹车距离大大减少，减少由于刹车距离过大而导致无人设备超出着陆点的情况。同时，通过根据无人设备的空速测量值、第一地速和第二地速准确确定环境风向与环境风速，提高对无人设备在盘旋降落路线上的出弯点进行确定的准确度。另外，根据卡尔曼滤波原理不断迭代更新空速测量值，从而得到更准确的环境风速和环境风向，更准确地确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点。
在上述实施例的基础上，图3给出了本申请实施例提供的另一种无人设备降落控制方法的流程图，该无人设备降落控制方法是对上述无人设备降落控制方法的具体化。参考图3，该无人设备降落控制方法包括：
S201：根据无人设备的空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角确定环境风向和环境风速。
S202：根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向呈逆风角度关系。
在确定环境风速后，可根据环境风速的大小确定是否需要重新确定出弯点，基于此，本实施例在根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点时，具体包括步骤S2012-S2023：
S2021：判断环境风速是否大于或等于设定的第二风速阈值。若是，则跳转至步骤S2022，否则跳转至步骤S2023。
S2022：若环境风速大于或等于设定的第二风速阈值，根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点。
S2023：若环境风速小于设定的第二风速阈值，控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，从当前位置直接转弯向所述着陆点飞行。
具体的，将环境风速和设定的第二风速阈值(例如3m/s)进行比较，在环境风速大于或等于第二风速阈值时，确定需要对无人设备在盘旋降落路线上的出弯点进行确定，并继续后续的出弯点确定的步骤，即根据环境风向确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点。而在环境风速小于第二风速阈值时，环境风对无人设备的降落操作影响不大，确定不需要对无人设备在盘旋降落路线上的出弯点进行确定，控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，从当前位置直接转弯向所述着陆点飞行，即在需要返航并降落至着陆点时，控制无人设备在盘旋降落路线上以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，直接转弯处向着陆点飞行，不需要确定出弯点并在出弯点出进行转弯，提高无人设备的返航降落效率。
S203：控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度。
S204：控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行。
在控制无人设备在出弯点处向着陆点飞行之前，先确定从出弯点处向着陆点飞行的飞行方式，其中飞行方式可以包括飞行高度不变的平飞方式和飞行高度逐渐减小的滑降方式。可以根据环境风速或无人设备的剩余电量判断选择平飞方式还是滑降方式，对于环境风速达到第一风速阈值或无人设备的剩余电量小于设定的电量阈值的情况，优先选择滑降方式向着陆点飞行，以降低电量消耗。基于此，本方案提供的步骤S204包括S2041-S2043：
S2041：判断环境风速是否小于等于设定的第一风速阈值和/或所述无人设备的剩余电量是否大于等于设定的电量阈值。若是，则跳转至步骤S2042，否则跳转至步骤S2043。
本实施例可根据环境风速和/或剩余电量判断所采用的飞行方式。对于根据环境风向确定飞行方式，在步骤S201根据空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角确定环境风向和环境风速后，进一步将环境风速与设定的第一风速进行比较，在环境风速小于等于第一风速阈值时，跳转至步骤S2042，而在环境风速大于第一风速阈值时，跳转至步骤S2043。
对于根据剩余电量确定飞行方式，确定无人设备到达出弯点时的剩余电量，并将剩余电量与设定的电量阈值(例如总电量的15％)进行比较，在无人设备的剩余电量大于等于设定的电量阈值时，跳转至步骤S2042，而在无人设备的剩余电量小于设定的电量阈值时，跳转至步骤S2043。
对于结合环境风速和剩余电量确定飞行方式，在环境风速小于等于设定的第一风速阈值并且无人设备的剩余电量大于等于设定的电量阈值时，跳转至步骤S2042，而在环境风速大于设定的第一风速阈值或者是无人设备的剩余电量小于设定的电量阈值时，跳转至步骤S2044。
S2042：控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中保持在所述第一设定高度。
若环境风速小于等于设定的第一风速阈值和/或无人设备的剩余电量大于等于设定的电量阈值，则控制无人设备在出弯点处向着陆点飞行，并且无人设备的飞行高度在飞行过程中保持在第一设定高度。具体的，在环境风速小于等于设定的第一风速阈值和/或无人设备的剩余电量大于等于设定的电量阈值时，确定从出弯点处向着陆点飞行的飞行方式为平飞方式。进一步的，以固定翼模式，按照确定的平飞方式控制无人设备在出弯点处向着陆点水平飞行，并且无人设备的飞行高度在飞行过程中保持在第一设定高度，使得无人设备在到达着陆点上方时，其所在高度为第一设定高度。可以理解的是，无人设备在向着陆点水平飞行过程中，其飞行高度并不是保持在绝对的第一设定高度，而是可在设定高度变化范围内波动。
如图4提供的一种无人设备以平飞方式向着陆点水平飞行的轨迹示意图所示，图中α为环境风向，D为出弯点，Home为着陆点，L2为无人设备从出弯点到着陆点水平飞行的第一着陆路线，L3为无人设备从着陆点上方向着陆点垂直下降的第二着陆路线，h1为第一设定高度，h2为无人设备到达着陆点上方时的飞行高度，其中无人设备到达着陆点上方时的飞行高度与第一设定高度一致，从图4可知，无人设备在到达出弯点后，以固定翼模式，按照平飞方式沿着第一着陆路线向着陆点的上方水平飞行，即无人设备的飞行高度在飞行过程中保持在第一设定高度，无人设备以固定翼模式向着陆点水平飞行时，其受环境地物(例如树木)的影响较小，对环境的兼容性更强。无人设备在到达着陆点上方后转换为旋翼模式并刹车悬停在着陆点正上方，然后以旋翼模式沿着第二着陆路线垂直下降至着陆点。
S2043：控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小。
若环境风速大于设定的第一风速阈值和/或无人设备的剩余电量小于设定的电量阈值，则控制无人设备在出弯点处向着陆点飞行，并且无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小。具体的，在环境风速大于设定的第一风速阈值和/或无人设备的剩余电量小于设定的电量阈值时，确定从出弯点处向着陆点飞行的飞行方式为滑降方式，即无人设备以滑降方式飞行时，其飞行高度在飞行过程中逐渐减小。进一步的，以固定翼模式，按照确定的滑降方式控制无人设备在出弯点处向着陆点滑降飞行，直至无人设备到达着陆点的上方。并且无人设备以滑降方式飞行至着陆点上方时，无人设备的飞行高度大于第二设定高度。
如图5提供的一种无人设备以滑降方式向着陆点滑降飞行的轨迹示意图所示，图中α为环境风向，D为出弯点，Home为着陆点，L2为无人设备从出弯点到着陆点滑降飞行的第一着陆路线，L3为无人设备从着陆点上方向着陆点垂直下降的第二着陆路线，h1为第一设定高度，h2为无人设备到达着陆点上方时的飞行高度，h3为预先设定的第二设定高度，其中无人设备到达着陆点上方时的飞行高度大于第二设定高度，从图5可知，无人设备在到达出弯点后，以固定翼模式，按照滑降方式沿着第一着陆路线向着陆点的滑降飞行，无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小，在到达着陆点上方后转换为旋翼模式并刹车悬停在着陆点正上方(高度为h2)，然后以旋翼模式沿着第二着陆路线垂直下降至着陆点。可以理解的是，无人设备在以旋翼模式向着陆点下降的过程中，在环境风速较大时，无人机需要顶着很大的风力飞行，为了抵抗风力以保持在着陆点的正上方，无人设备的旋翼电机需要维持在较高的功率水平。若以水平飞行的方式飞行到着陆点上方，由于此时无人设备到着陆点时的飞行高度较高，无人设备的旋翼电机需要在较大高度的飞行过程维持在较高的功率水平，导致无人设备的电量消耗较快，本方案通过滑降方式朝着陆点滑降飞行，降低无人设备到达着陆点上方时的飞行高度，减小无人设备在旋翼模式下垂直下降的高度，减少无人设备顶风飞行的高度与时间，降低电量消耗，并提高降落效率。
S205：在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
上述，通过环境风向确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，由于该出弯点到着陆点的方向与环境风向呈逆风角度关系，因此无人设备从出弯点到着陆点的过程中使用较低的地速即可维持所需的空速，在切换至旋翼模式之后，由于地速较低，无人设备在旋翼模式下的刹车距离大大减少，减少由于刹车距离过大而导致无人设备超出着陆点的情况。同时，根据卡尔曼滤波原理不断迭代更新空速测量值，得到更准确的环境风速和环境风向，更准确地确定出弯点的位置。并且在环境风速大于第一风速阈值或剩余电量小于电量阈值时，通过滑降方式朝着陆点滑降飞行，降低无人设备到达着陆点上方时的飞行高度，减小无人设备在旋翼模式下垂直下降的高度，降低电量消耗，并提高降落效率。
在上述实施例的基础上，图6给出了本申请实施例提供的另一种无人设备降落控制方法的流程图，该无人设备降落控制方法是对上述无人设备降落控制方法的具体化。参考图6，该无人设备降落控制方法包括：
S301：根据无人设备的空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角确定环境风向和环境风速。
S302：根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向呈逆风角度关系。
S303：控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度。
S304：根据在所述着陆点的设定范围内对应的障碍物信息，确定所述无人设备飞行到所述着陆点上方的目标高度。
本实施例提供的障碍物信息可以是在无人设备的飞行路线上的障碍物(例如树木、建筑等)的高度信息。障碍物信息可以是在飞行路径规划阶段根据现场三维度(现场三维度可通过现场三维测绘建模的方式得到)进行确定，还可以是在无人设备飞行过程中，实时采集着陆点的设定范围对应的图像，并根据图像进行确定(例如根据图像的深度信息确定障碍物的高度，或者是对图像进行障碍物识别，并根据障碍物所在位置对应的深度信息确定障碍物的高度，还可以是根据基于采集到的多张图像进行三维点云建模得到的三维模型确定障碍物的高度)。
具体的，获取在着陆点的设定范围内障碍物对应的障碍物信息，确定在着陆点的设定范围内的障碍物对应的障碍物高度，并根据障碍物高度确定无人设备飞行到着陆点上方时的目标高度。一般的，目标高度设置为大于障碍物高度，例如在障碍物高度的基础上，加上设定高度幅度或乘上设定比例系数，得到目标高度。例如，在着陆点的设定范围内存在4m高的果树，假设设定高度幅度为1m，可确定目标高度为4m+1m＝5m，假设设定比例系数为1.05，可确定目标高度为4m*1.05＝4.2m。
S305：控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小，所述无人设备飞行至所述着陆点上方时，所述无人设备的飞行高度为所述目标高度。
具体的，按照滑降飞行方式，控制无人设备在出弯点处向所述着陆点飞行，使得无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小，并且无人设备飞行至着陆点上方时，无人设备的飞行高度为目标高度。
在一个实施例中，无人设备飞行至着陆点上方时，无人设备的飞行高度不小于目标高度，确保无人设备飞行过程不会与障碍物接触，保证无人设备飞行安全。在一个实施例中，若无人设备飞行在飞行到着陆点上方之前，其飞行高度先到达目标高度，则将飞行高度保持在目标高度水平飞向着陆点。
S306：在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
上述，通过环境风向确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，由于该出弯点到着陆点的方向与环境风向呈逆风角度关系，因此无人设备从出弯点到着陆点的过程中使用较低的地速即可维持所需的空速，在切换至旋翼模式之后，由于地速较低，无人设备在旋翼模式下的刹车距离大大减少，减少由于刹车距离过大而导致无人设备超出着陆点的情况。同时，根据障碍物信息确定无人设备飞行到着陆点上方时的目标高度，在飞行到着陆点上方目标高度对应的高度位置时，再控制无人机切换到旋翼模式垂直下降，避免因无人设备飞行过程中与障碍物接触而导致无人设备受损的情况，保证无人设备飞行安全。
图7给出了本申请实施例提供的一种无人设备降落控制装置的结构示意图。参考图7，该无人设备降落控制装置包括风向确定模块71、出弯确定模块72、出弯控制模块73和垂直降落模块74。
其中，所述风向确定模块71，用于获取无人设备当前所处环境的环境风向；所述出弯确定模块72，用于根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向与所述环境风向呈逆风角度关系；所述出弯控制模块73，用于控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，在所述出弯点处向所述着陆点飞行；所述垂直降落模块74，用于在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
上述，通过环境风向确定无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，由于该出弯点到着陆点的方向与环境风向呈逆风角度关系，因此无人设备从出弯点到着陆点的过程中使用较低的地速即可维持所需的空速，在切换至旋翼模式之后，由于地速较低，无人设备在旋翼模式下的刹车距离大大减少，减少由于刹车距离过大而导致无人设备超出着陆点的情况。
本申请实施例还提供了一种无人设备，该无人设备可集成本申请实施例提供的无人设备降落控制装置。图8是本申请实施例提供的一种无人设备的结构示意图。参考图8，该无人设备包括：机体85、与所述机体85连接的固定翼组件86和旋翼组件87、输入装置83、输出装置84、存储器82以及一个或多个处理器81；所述存储器82，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器81执行，使得所述一个或多个处理器81实现如上述实施例提供的无人设备降落控制方法。其中机体85、固定翼组件86、旋翼组件87、输入装置83、输出装置84、存储器82和处理器81可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。
存储器82作为一种计算设备可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请任意实施例所述的无人设备降落控制方法对应的程序指令/模块(例如，无人设备降落控制装置中的风向确定模块71、出弯确定模块72、出弯控制模块73和垂直降落模块74)。存储器82可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等。此外，存储器82可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器82可进一步包括相对于处理器81远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、飞行通信网及其组合。
输入装置83可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置84可包括显示屏等显示设备。
处理器81通过运行存储在存储器82中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的无人设备降落控制方法。
上述提供的无人设备降落控制装置、设备和计算机可用于执行上述任意实施例提供的无人设备降落控制方法，具备相应的功能和有益效果。
本申请实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述实施例提供的无人设备降落控制方法，该无人设备降落控制方法包括：获取无人设备当前所处环境的环境风向；根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向与所述环境风向呈逆风角度关系；控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，在所述出弯点处向所述着陆点飞行；在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
存储介质——任何的各种类型的存储器设备或存储设备。术语“存储介质”旨在包括：安装介质，例如CD-ROM、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如DRAM、DDR RAM、SRAM、EDO RAM，兰巴斯(Rambus)RAM等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器元件等。存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合。另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统。第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。术语“存储介质”可以包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。
当然，本申请实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的无人设备降落控制方法，还可以执行本申请任意实施例所提供的无人设备降落控制方法中的相关操作。
上述实施例中提供的无人设备降落控制装置、设备及存储介质可执行本申请任意实施例所提供的无人设备降落控制方法，未在上述实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请任意实施例所提供的无人设备降落控制方法。
上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

Claims (15)

1.一种无人设备降落控制方法，其特征在于，包括：
获取无人设备当前所处环境的环境风向；
根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向与所述环境风向呈逆风角度关系；
控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，在所述出弯点处向所述着陆点飞行；
在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
2.根据权利要求1所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，包括：
控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中保持在所述第一设定高度。
3.根据权利要求2所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中保持在所述第一设定高度，包括：
若环境风速小于等于设定的第一风速阈值和/或所述无人设备的剩余电量大于等于设定的电量阈值，控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中保持在所述第一设定高度。
4.根据权利要求1所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，包括：
控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小，包括：
若环境风速大于设定的第一风速阈值和/或所述无人设备的剩余电量小于设定的电量阈值，控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小。
6.根据权利要求4所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述无人设备飞行至所述着陆点上方时，所述无人设备的飞行高度大于第二设定高度。
7.根据权利要求4所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小，包括：
根据在所述着陆点的设定范围内对应的障碍物信息，确定所述无人设备飞行到所述着陆点上方的目标高度；
控制所述无人设备在所述出弯点处向所述着陆点飞行，并且所述无人设备的飞行高度在飞行过程中逐渐减小，所述无人设备飞行至所述着陆点上方时，所述无人设备的飞行高度为所述目标高度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，包括：
若环境风速大于或等于设定的第二风速阈值，根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点。
9.根据权利要求1-7任一项所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
若环境风速小于设定的第二风速阈值，控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，从当前位置直接转弯向所述着陆点飞行。
10.根据权利要求1所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述获取无人设备当前所处环境的环境风向，包括：
根据无人设备的空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角确定所述无人设备当前所处环境的环境风向。
11.根据权利要求10所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述根据无人设备的空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角确定所述无人设备当前所处环境的环境风向，包括：
根据无人设备的空速测量值、第一方向上的第一地速、第二方向上的第二地速和偏航角，确定第一方向上的第一风速和第二方向上的第二风速；
根据所述第一风速和所述第二风速确定所述无人设备当前所处环境的环境风向。
12.根据权利要求11所述的无人设备降落控制方法，其特征在于，所述根据所述第一风速和所述第二风速确定环境风向和环境风速，包括：
基于所述第一风速、所述第二风速、所述第一地速、所述第二地速和设定的修正系数创建量测状态方程，并根据所述量测状态方程确定空速预测值和卡尔曼增益系数；
基于所述修正系数、所述卡尔曼增益系数、所述空速预测值和所述空速预测值创建量测更新方程，并根据所述量测更新方程对所述第一风速、所述第二风速和所述修正系数；
基于更新后的所述第一风速、所述第二风速和所述修正系数确定所述无人设备当前所处环境的环境风向。
13.一种无人设备降落控制装置，其特征在于，包括风向确定模块、出弯确定模块、出弯控制模块和垂直降落模块，其中：
所述风向确定模块，用于获取无人设备当前所处环境的环境风向；
所述出弯确定模块，用于根据所述环境风向确定所述无人设备在盘旋降落路线上的出弯点，所述出弯点到着陆点的方向与所述环境风向呈逆风角度关系；
所述出弯控制模块，用于控制所述无人设备在所述盘旋降落路线上，以固定翼模式盘旋下降至第一设定高度后，在所述出弯点处向所述着陆点飞行；
所述垂直降落模块，用于在所述无人设备到达所述着陆点上方后，控制所述无人设备以旋翼模式下降至所述着陆点。
14.一种无人设备，其特征在于，包括：
机体；
与所述机体连接的固定翼组件和旋翼组件；
存储器以及一个或多个处理器；
所述存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-12任一项所述的无人设备降落控制方法。
15.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-12任一项所述的无人设备降落控制方法。
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