CN114049798B - 一种无人机自主撞网回收航线的自动生成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种无人机自主撞网回收航线的自动生成方法和装置。所述方法包括：基于固定的撞网装置位置信息和无人机飞行参数，包括撞网面中心点的精确GNSS坐标、网面的垂直方向、无人机安全下沉率等，自动生成无人机撞网回收航线，包括各航路点的GNSS坐标，各航段轨迹等；还包括无人机执行撞网回收航线时对于自主撞网状态的安全逻辑判断方法，可根据无人机实时自主飞行位置信息和撞网回收航线信息，判断撞网回收过程是否安全可执行，以此决定无人机继续完成撞网航线或是切换航路点进行复飞，重新执行撞网航线。本发明公开的方法可以生成完整有效的无人机自主撞网回收航线和安全逻辑判断方法，能够切实提高撞网回收的执行效率和成功率。

Description

一种无人机自主撞网回收航线的自动生成方法和装置

技术领域

本申请涉及无人机导航与飞行控制领域，特别是涉及一种无人机自主撞网回收航线的自动生成方法和装置。

背景技术

撞网回收是一种利用吸能缓冲装置在末端引导系统的指引下利用拦阻网包裹无人机从而降低无人机冲击过载的一种回收方式。该方式能够实现精确定点回收，比较适合在狭小的空间或者舰船上使用，可以说是一种全地形的回收方式，也可近似的看作是一种零距离回收方式。

作为一种无人机回收方式，最重要的就是保证无人机的回收过程的安全性、可靠性、简便性和可执行性。现有技术通常是采用常规的有人机四边形通场回收模式，航线生成过程一般通过人工经验确定，不能快速自动完成，并且没有通用的安全判断模式。同时，采用常规的四边形通场回收航线，转弯时无人机不能快速跟踪理想航线，导致航线逻辑复杂，对飞行控制系统的要求高。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高无人机回收可靠性、安全性、便捷程度的无人机自主撞网回收航线的自动生成方法和装置。

一种无人机自主撞网回收航线的自动生成方法，所述方法包括：

(1)获取撞网面中心点的GNSS坐标，以所述网面中心点在水平地面的投影位置为坐标原点，以无人机撞网时的前进方向，即网面的垂直方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；

根据所述网面中心点设置撞网回收航线的航路点1；所述航路点1的x坐标与所述网面中心点位置的x坐标一致，航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；

根据无人机由所述航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点2，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；

根据无人机由所述航路点2保持垂直撞网面航向经匀速下降第一预设高度后的位置为航路点3，航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；

根据无人机由所述航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点4，完成航路点4后无人机航向应指向撞网位置，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；

根据无人机由所述航路点4保持垂直网面航向经匀速下降第二预设高度后的位置为航路点5，航路点5的坐标与撞网面中心点位置一致；

根据所述航路点4到航路点5的过程中，进行无人机的安全撞网状态判断，若状态安全，将无人机引导到航路点5完成撞网回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行撞网回收航线，直到完成撞网回收；

所述自主撞网回收航线为连接所述航路点1、航路点2、航路点3、所述航路点4和所述航路点5所构成的航线及相应的安全撞网状态判断方法。

(2)根据(1)所述的方法，所述无人机转弯半径为无人机保持巡航速度时侧倾30度对应的安全盘旋半径。

(3)根据(1)所述的方法，航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行10秒所对应的距离，航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行25秒所对应的距离。

(4)根据(1)所述的方法，航路点1的z坐标值高度为无人机安全下沉率乘以40秒加上网面中心点高度；所述第一预设高度为无人机安全下沉率乘以25秒确定；所述第二预设高度为无人机安全下沉率乘以15秒确定。

(5)根据所述航路点4到航路点5的过程中，进行无人机的撞网安全状态判断，包括：

根据无人机实时位置和航路点4到航路点5的连线，计算无人机的实时侧向航路偏差值；

根据无人机飞行高度和无人机在航路点4到航路点5连线上投影点的高度，得到无人机的实时航路高度偏差值；

根据所述实时侧向航路偏差值和实时航路高度偏差值进行无人机的安全状态判断，若所述实时侧向航路偏差值和航路高度偏差值小于安全预设值，则判断无人机撞网状态安全；否则，则判断无人机撞网状态不安全。

(6)根据(1)所述的方法，所述撞网面中心点位置为无人机撞网回收前撞网面的初始位置所确定的位置。

(7)一种无人机自主撞网回收航线的自动生成装置包括：

撞网面中心点位置确定模块，用于获取撞网面中心点的GNSS坐标，以所述撞网面中心点在水平地面的投影位置为坐标原点，以无人机撞网时的前进方向，即网面的垂直方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；

自主撞网回收航线自动生成模块，用于根据所述撞网面中心点设置撞网回收航线的航路点1；所述航路点1的x坐标与所述撞网面中心点位置的x坐标一致，所述航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，所述航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；根据无人机由所述航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点2，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由所述航路点2保持垂直网面航向经匀速下降第一预设高度后的位置为航路点3，所述航路点2到所述航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；根据无人机由所述航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点4，完成所述航路点4后无人机航向指向撞网位置，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由所述航路点4保持垂直网面航向经匀速下降第二预设高度后的位置为航路点5，所述航路点5的坐标与所述撞网面中心点位置一致；

自主撞网回收安全判断模块，用于在所述航路点4到所述航路点5的过程中，进行无人机的安全撞网状态判断，若状态安全，将无人机引导到所述航路点5完成撞网回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行撞网回收航线，直到完成撞网回收；所述自主撞网回收航线为连接所述航路点1、航路点2、航路点3、所述航路点4和所述航路点5所构成的航线。

上述无人机自主撞网回收航线的自动生成方法和装置，首先基于固定的撞网装置位置信息和无人机飞行参数，包括撞网面中心点的精确GNSS坐标、无人机安全下沉率等，自动生成无人机撞网回收航线，包括各航路点的GNSS坐标，各航段轨迹等；然后还包括无人机执行撞网回收航线时对于自主撞网状态的安全逻辑判断，可根据无人机实时自主飞行位置信息和撞网回收航线信息，判断撞网回收过程是否安全可执行，以此决定无人机继续完成撞网航线或是切换航路点进行复飞，重新执行撞网航线。本发明公开的方法可以生成完整有效的无人机自主拦网回收航线和安全逻辑判断方法，能够切实提高撞网回收的执行效率和成功率。

附图说明

图1为一个实施例中无人机自主撞网回收航线的自动生成方法的流程示意图；

图2为一个实施例中航路点俯视图；

图3为一个实施例中航路点侧视图；

图4为一个实施例中无人机自主撞网回收航线的自动生成装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种无人机自主撞网回收航线的自动生成方法，包括以下步骤：

步骤102，获取撞网面中心点的GNSS坐标和网面的垂直方向，以网面中心点在水平地面的投影位置为坐标原点，以无人机撞网时垂直于网面的前进方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上。

步骤104，根据网面中心点设置撞网回收航线的航路点1。

航路点1的x坐标与网面中心点位置的x坐标一致，航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值。

步骤106，根据无人机由航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点2。

其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径。

步骤108，根据无人机由航路点2保持垂直撞网面航向经匀速下降第一预设高度后的位置为航路点3。

其中，航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离。

步骤110，根据无人机由航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点4，完成航路点4后无人机航向应指向撞网位置。

其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径。

步骤112，根据无人机由航路点4保持垂直网面航向经匀速下降第二预设高度后的位置为航路点5，航路点5的坐标与撞网面中心点位置一致。

步骤114，在航路点4到航路点5的过程中，进行无人机的安全撞网状态判断，若状态安全，将无人机引导到航路点5完成撞网回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为航路点1进行复飞，到达航路点1后重新执行撞网回收航线，直到完成撞网回收。

其中，自主撞网回收航线为连接航路点1、航路点2、航路点3、航路点4和航路点5所构成的航线。

采用自动撞网回收航线生成和自动安全撞网状态判断方法，及半圆形转弯航线，有利于自动飞行控制系统精确跟踪理想回收航线，完成无人机自主撞网回收。

在其中一个实施例中，无人机转弯半径为无人机保持巡航速度时侧倾30度对应的安全盘旋半径，通常为200米左右。

航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行10秒所对应的距离，通常为400米左右；航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行25秒所对应的距离，通常为1000米左右。

航路点1的z坐标值高度为无人机安全下沉率乘以40秒加上网面中心点高度，通常为90米；第一预设高度为无人机安全下沉率乘以25秒确定，通常为50米；第二预设高度为无人机安全下沉率乘以15秒确定，通常为30米。

在一个具体实施例中，得到的航路点俯视图如图2所示，航路点侧视图如图3所示。可得到航点1的相对坐标为(0，400，90)米，航点2的相对坐标为(400，400，90)，航点3的相对坐标为(400，-600，40)米，航点4的相对坐标为(0，-600，40)米，航点5的相对坐标为(0，0，10)米。

由各航路点的相对坐标，相对坐标原点即撞网面中心点的GNSS坐标，和无人机的撞网方向即网面的垂直方向，可计算出各航路点的GNSS坐标。

在一个实施例中，采用差分GNSS定位系统完成撞网面中心点的GNSS坐标的测量。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种无人机自主撞网回收航线的自动生成装置，包括：

撞网面中心点位置确定模块402，用于获取撞网面中心点的GNSS坐标，以撞网面中心点在水平地面的投影位置为坐标原点，以无人机撞网时的前进方向，即网面的垂直方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；

自主撞网回收航线自动生成模块404，用于根据撞网面中心点设置撞网回收航线的航路点1；航路点1的x坐标与撞网面中心点位置的x坐标一致，航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；根据无人机由航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点2，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由航路点2保持垂直网面航向经匀速下降第一预设高度后的位置为航路点3，航路点2到航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；根据无人机由航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点4，完成航路点4后无人机航向指向撞网位置，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由航路点4保持垂直网面航向经匀速下降第二预设高度后的位置为航路点5，航路点5的坐标与撞网面中心点位置一致；

自主撞网回收安全判断模块406，用于在航路点4到航路点5的过程中，进行无人机的安全撞网状态判断，若状态安全，将无人机引导到航路点5完成撞网回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为航路点1进行复飞，到达航路点1后重新执行撞网回收航线，直到完成撞网回收；自主撞网回收航线为连接航路点1、航路点2、航路点3、航路点4和航路点5所构成的航线。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种无人机自主撞网回收航线的自动生成方法，其特征在于，所述方法包括：

获取撞网面中心点的GNSS坐标，以所述撞网面中心点在水平地面的投影位置为坐标原点，以无人机撞网时垂直于网面的前进方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；

根据所述撞网面中心点设置撞网回收航线的航路点1；所述航路点1的x坐标与所述撞网面中心点位置的x坐标一致，所述航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，所述航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；

根据无人机由所述航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点2；其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；

根据无人机由所述航路点2保持垂直网面航向经匀速下降第一预设高度后的位置为航路点3；所述航路点2到所述航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；

根据无人机由所述航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点4，完成所述航路点4后无人机航向指向撞网位置；其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；

根据无人机由所述航路点4保持垂直网面航向经匀速下降第二预设高度后的位置为航路点5；所述航路点5的坐标与所述撞网面中心点位置一致；

在从所述航路点4到所述航路点5的飞行过程中，进行无人机的安全撞网状态判断，若状态安全，将无人机引导到所述航路点5完成撞网回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行撞网回收航线，直到完成撞网回收；所述自主撞网回收航线为连接所述航路点1、所述航路点2、所述航路点3、所述航路点4和所述航路点5所构成的航线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机转弯半径为无人机保持巡航速度时侧倾30度对应的安全盘旋半径。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行10秒所对应的距离，所述航路点2到所述航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行25秒所对应的距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述航路点1的z坐标值高度为无人机安全下沉率乘以40秒加上撞网面中心点高度；所述第一预设高度为无人机安全下沉率乘以25秒确定；所述第二预设高度为无人机安全下沉率乘以15秒确定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述航路点4到航路点5的过程中，进行无人机的撞网安全状态判断，包括：

根据无人机实时位置和所述航路点4到所述航路点5的连线，计算无人机的实时侧向航路偏差值；

根据无人机飞行高度和无人机在所述航路点4到所述航路点5连线上投影点的高度，得到无人机的实时航路高度偏差值；

根据所述实时侧向航路偏差值和所述实时航路高度偏差值进行无人机的安全状态判断，若所述实时侧向航路偏差值和所述航路高度偏差值小于安全预设值，则判断无人机撞网状态安全；否则，则判断无人机撞网状态不安全。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述撞网面中心点位置为无人机撞网回收前撞网面的初始位置所确定的位置。

7.一种无人机自主撞网回收航线的自动生成装置，其特征在于，所述装置包括：

撞网面中心点位置确定模块，用于获取撞网面中心点的GNSS坐标，以所述撞网面中心点在水平地面的投影位置为坐标原点，以无人机撞网时垂直于网面的前进方向为正y方向，构建xyz直角坐标系，正x方向指向右侧，正z方向垂直向上；

自主撞网回收航线自动生成模块，用于根据所述撞网面中心点设置撞网回收航线的航路点1；所述航路点1的x坐标与所述撞网面中心点位置的x坐标一致，所述航路点1的y坐标为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离，所述航路点1的z坐标值为无人机安全回收通场飞行的预设高度值；根据无人机由所述航路点1以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点2，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由所述航路点2保持垂直网面航向经匀速下降第一预设高度后的位置为航路点3，所述航路点2到所述航路点3的距离为无人机按照巡航速度飞行预设时长所对应的距离；根据无人机由所述航路点3以精确航线跟踪飞行模式经半圆盘旋定高航线转向180度后的位置为航路点4，完成所述航路点4后无人机航向指向撞网位置，其中盘旋半径为预设的无人机转弯半径；根据无人机由所述航路点4保持垂直网面航向经匀速下降第二预设高度后的位置为航路点5，所述航路点5的坐标与所述撞网面中心点位置一致；

自主撞网回收安全判断模块，用于在所述航路点4到所述航路点5的过程中，进行无人机的安全撞网状态判断，若状态安全，将无人机引导到所述航路点5完成撞网回收，若状态不安全，将无人机实时目标点设置为所述航路点1进行复飞，到达所述航路点1后重新执行撞网回收航线，直到完成撞网回收；所述自主撞网回收航线为连接所述航路点1、航路点2、航路点3、所述航路点4和所述航路点5所构成的航线。

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