CN115421511A - 无人机自主驶入驶出控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种无人机自主驶入驶出控制方法和系统，该方法包括：根据所接收的预驶入指令，判断是否满足驶入驶出条件，预驶入指令包括切入航线号和切入航点号；在满足驶入驶出条件时，根据切入航线号和切入航点号生成对应的航段；在航段生成成功的情况下，进入航段切入制导；在航段切入制导过程中，实时获取第一轨迹控制参数并实时刷新第一速度控制模态；在满足退出航段切入制导的情况下，进入航迹跟踪制导；在航迹跟踪制导过程中，实时获取第二轨迹控制参数并实时刷新第二速度控制模态；根据第一和第二轨迹控制参数对无人机进行轨迹控制；以及根据第一和第二速度控制模态对无人机进行速度控制。本申请的方案解决了无人机占用跑道时间长的问题。

Description

无人机自主驶入驶出控制方法和系统

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机自主驶入驶出控制方法和系统。

背景技术

目前，无人机领域是未来航空发展趋势之一，国内轮式无人机研发投入也越来越重，固定翼无人机近些来得到大力发展。大多无人机厂家研发，先从起飞、着陆以及空中制导等方面进行研究，或大多研究地面滑行技术仅限于直线段滑行。研究无人机地面自动驶入驶出技术难点有：1、在驶入驶出过程中不限于直线段制导控制，同样包括转弯段制导控制；2、需要实现无人机在跑道上完成调头动作，驶出跑道；3、在整个过程，确保轨迹控制精度偏差不超过正负2米。

发明内容

本申请旨在解决无人机起飞前占用跑道时间长问题，为此提出了一种无人机自主驶入驶出控制方法和系统，目的是实现无人机在跑道外进行起飞前准备工作，由自动驶入驶出滑入跑道起飞点；同时，当无人机着陆后，由自动驶入驶出滑出至跑道外。

根据本申请的第一个方面，一种无人机自主驶入驶出控制方法，其特征在于，包括：

根据所接收的预驶入指令，判断是否满足驶入驶出条件，所述预驶入指令包括切入航线号和切入航点号；

在满足驶入驶出条件时，响应所接收的驶入指令，根据所述切入航线号和所述切入航点号生成对应的航段；

在航段生成成功的情况下，进入航段切入制导；

在所述航段切入制导过程中，实时获取第一轨迹控制参数并实时刷新第一速度控制模态；

在满足退出所述航段切入制导的情况下，进入航迹跟踪制导；

在所述航迹跟踪制导过程中，实时获取第二轨迹控制参数并实时刷新第二速度控制模态；

根据所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数对所述无人机进行轨迹控制；以及

根据所述第一速度控制模态和所述第二速度控制模态对所述无人机进行速度控制。

根据一个实施例，第一方面所述的方法还包括：在所述航段切入制导的过程中，实时刷新所述无人机的第一航向和第一制导模态。

根据一个实施例，进入所述航段切入制导时，所述第一航向给定量初值为切入航段的航向，在所述航段切入制导过程中，当所述无人机处于跟踪切线段时，所述第一航向给定量为切线方向，当所述无人机处于跟踪圆弧段时，所述第一航向给定量为圆弧切线方向；进入所述航段切入制导时，所述第一制导模态初值为直线段制导模态，在所述航段切入制导过程中，所述第一制导模态刷新为转弯段制导模态。

根据一个实施例，进入所述航段切入制导时，所述第一速度控制模态初值为减速模态，在所述航段切入制导过程中，所述第一速度控制模态刷新为转弯模态。

根据一个实施例，第一方面所述的方法还包括：在所述航迹跟踪制导的过程中，实时刷新所述无人机的第二航向和第二制导模态。

根据一个实施例，所述实时刷新所述无人机的第二航向和第二制导模态包括：进入所述航迹跟踪制导时，所述第二航向给定量初值为切入航段的航向，在进行所述航迹跟踪制导的过程中，在制导模态为直线段制导模态时，所述第二航向给定量为切入航段的航向；制导模态为转弯段制导模态时，当所述无人机处于跟踪切线段时，所述第二航向给定量为切线方向，当所述无人机处于跟踪圆弧段时，所述第二航向给定量为圆弧切线方向；进入所述航迹跟踪制导时，所述第二制导模态初值为直线模态，在所述航迹跟踪制导的过程中，在进入航段交接、退出航段交接时刷新所述第二制导模态。

根据一个实施例，进入所述航迹跟踪制导时，所述第二速度控制模态初值为加速模态，在所述航迹跟踪制导的过程中，所述第二速度控制模态在退出航段交接时刷新，并根据转弯段距离、减速距离和停止距离实时刷新。

根据一个实施例，所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数包括侧偏距、偏航角、侧偏积分和偏航角速率，所述根据所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数对所述无人机进行轨迹控制包括：根据所述侧偏距、所述偏航角、所述侧偏积分和所述偏航角速率获得前轮偏转量和差动刹车压力。

根据一个实施例，所述根据所述第一速度控制模态或第二速度控制模态对所述无人机进行速度控制包括：根据所述第一速度模态和所述第二控制模态控制所述无人机的油门和刹车。

根据一个实施例，所述驶入驶出条件包括：所述切入航线号是否为预置的驶入驶出航线；以及所述切入航点号是否处于预置的航点号范围内。

根据一个实施例，第一方面所述的方法还包括：在不满足驶入驶出条件时，触发应急程序，使得所述无人机的发动机置为零油门以及刹车置为减速刹车。

根据一个实施例，第一方面所述的方法还包括：获取安全管理模块监控参数；根据所述安全管理模块监控参数确定满足触发应急程序的条件，使得所述无人机的发动机置为零油门以及刹车置为减速刹车。

根据本申请的第二个方面，一种无人机自主驶入驶出控制系统，其特征在于，包括：预驶入模块、驶入与安全管理模块、制导模块，轨迹控制模块和速度控制模块，所述制导模块包括航段切入制导子模块和航迹跟踪制导子模块，其中：

所述预驶入模块用于接收预驶入指令，根据所述预驶入指令，判断是否满足驶入驶出条件，所述预驶入指令包括切入航线号和切入航点号；

所述驶入与安全管理模块用于在满足驶入驶出条件时，响应所接收的驶入指令，根据所述切入航线号和所述切入航点号生成对应的航段；

所述航段切入制导子模块在航段生成成功的情况下，进行航段切入制导，实时获取第一轨迹控制参数并实时刷新第一速度控制模态；

所述航迹跟踪制导子模块在满足退出所述航段切入制导的情况下，进行航迹跟踪制导，实时获取第二轨迹控制参数并实时刷新第二速度控制模态；

所述轨迹控制模块根据所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数对所述无人机进行轨迹控制；以及

所述速度控制模块根据所述第一速度控制模态和所述第二速度控制模态对所述无人机进行速度控制。

根据一个实施例，所述航迹跟踪制导子模块还用于：在所述航段切入制导的过程中，实时刷新所述无人机的第一航向和第一制导模态。

根据一个实施例，所述航段切入制导子模块用于：进入所述航段切入制导时，所述第一航向给定量初值为切入航段的航向，在所述航段切入制导过程中，当所述无人机处于跟踪切线段时，所述第一航向给定量为切线方向，当所述无人机处于跟踪圆弧段时，所述第一航向给定量为圆弧切线方向；进入所述航段切入制导时，所述第一制导模态初值为直线段制导模态，在所述航段切入制导过程中，所述第一制导模态刷新为转弯段制导模态。

根据一个实施例，所述航段切入制导子模块用于：进入所述航段切入制导时，所述第一速度控制模态初值为减速模态，在所述航段切入制导过程中，所述第一速度控制模态刷新为转弯模态。

根据一个实施例，所述航迹跟踪制导子模块还用于：在所述航迹跟踪制导的过程中，实时刷新所述无人机的第二航向和第二制导模态。

根据一个实施例，所述航迹跟踪制导子模块用于：进入所述航迹跟踪制导时，所述第二航向给定量初值为切入航段的航向，在进行所述航迹跟踪制导的过程中，在制导模态为直线段制导模态时，所述第二航向给定量为切入航段的航向；制导模态为转弯段制导模态时，当所述无人机处于跟踪切线段时，所述第二航向给定量为切线方向，当所述无人机处于跟踪圆弧段时，所述第二航向给定量为圆弧切线方向；进入所述航迹跟踪制导时，所述第二制导模态初值为直线模态，在所述航迹跟踪制导的过程中，在进入航段交接、退出航段交接时刷新所述第二制导模态。

根据一个实施例，所述航迹跟踪制导子模块用于：进入所述航迹跟踪制导时，所述第二速度控制模态初值为加速模态，在所述航迹跟踪制导的过程中，所述第二速度控制模态在退出航段交接时刷新，并根据转弯段距离、减速距离和停止距离实时刷新。

根据一个实施例，所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数包括侧偏距、偏航角、侧偏积分和偏航角速率，所述轨迹控制模块用于：根据所述侧偏距、所述偏航角、所述侧偏积分和所述偏航角速率获得前轮偏转量和差动刹车压力。

根据一个实施例，所述速度控制模块用于：根据所述第一速度模态和所述第二控制模态控制所述无人机的油门和刹车。

根据一个实施例，所述驶入驶出条件包括：所述切入航线号是否为预置的驶入驶出航线；以及所述切入航点号是否处于预置的航点号范围内。

根据一个实施例，所述驶入与安全管理模块还用于：在不满足驶入驶出条件时，触发应急程序，使得所述无人机的发动机置为零油门以及刹车置为减速刹车。

根据一个实施例，所述驶入与安全管理模块还用于：获取安全管理模块监控参数；根据所述安全管理模块监控参数确定满足触发应急程序的条件，使得所述无人机的发动机置为零油门以及刹车置为减速刹车。

根据本申请的第三个方面，一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行第一个方面所述的方法。

根据本申请的第四个方面，一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述多个处理器执行第一个方面所述的方法。

因固定翼无人机起飞需要占用跑道，而大多无人机起飞前需要进行航前机电检查、航前电气检查、航前飞控、链路检查、发动机暖车等操作，占用了大量时间，同样加剧占用跑道时间，不仅降低了跑道的利用率，而且加剧了占用跑道时间，而产生的额外开销。根据本申请提出的无人机自主驶入驶出控制方案，对跑道的利用率有了极大的提高，无人机可以在停机坪上进行起飞前检查，待准备完毕后，由自动驶入驶出自主滑入至起飞点，进行起飞；在降落跑道后，由自动驶入驶出自主滑出至停机坪。本申请的方案解决了无人机占用跑道时间长的问题，节省了占用跑道费用的开支。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1是根据本申请实施例的无人机自主驶入驶出控制系统的示意图。

图2是直接切入模式示意图。

图3是正向切入模式示意图。

图4是正向切入模式的第一个具体实施例的示意图。

图5是正向切入模式的第二个具体实施例的示意图。

图6是正向切入模式的第三个具体实施例的示意图。

图7是反向切入模式示意图。

图8是反向调头模式示意图。

图9是根据本申请实施例的无人机自主驶入驶出控制方法的流程图。

图10是本申请提供的一种电子设备的结构图。

具体实施方式

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。

本申请从总体上来说，无人机自主驶入驶出控制系统以相对航线的偏航角、侧偏以及偏航角速率等参数为控制量，通过控制前轮偏转角度和刹车的离散控制实现无人机轨迹控制，通过发动机油门和刹车的离散控制实现滑行速度控制；在滑行过程中实时监控无人机侧偏、滑行速度、设备工作状态等数据，当满足预设条件后自动中止滑行。

图1是根据本申请实施例的无人机自主驶入驶出控制系统的示意图。如图1所示，该无人机自主驶入驶出控制系统包括预驶入模块、驶入与安全管理模块、制导模块，轨迹控制模块和速度控制模块，制导模块包括航段切入制导子模块和航迹跟踪制导子模块。在表1中对各个模块的功能进行了描述。

表1驶入驶出功能表

接下来，分别描述上述模块的功能、工作原理或触发条件以及模块之间的配合关系。

1、预驶入模块

预驶入模块为进行驶入驶出前的预处理，在该模块中对驶入驶出的航线、切入航点、切入方式、圆弧轨迹等参数进行计算、判断是否满足驶入驶出条件，并通过标志位返回处理结果。

预驶入模块通过地面站发送“预驶入”指令触发，其中，预驶入指令为遥调指令，包含切入航线、切入航点、切入模式等参数。在预驶入指令中，切入航线表示切入航线号(只能为驶入驶出航线)，切入航点表示切入的航点号，切入模式表示选择使用哪种预设的模式切入航段。

预驶入模块根据预驶入指令中的参数判断是否满足驶入驶出条件。具体来说，例如，飞控中装载了3条航线，其中两条为飞行航线，一条为驶入驶出航线，切入航线号指示的航线是否事故驶入驶出航线；切入航点是否大于0且小于航点总数。另外，预驶入模块还可以根据其他条件判断是否满足驶入驶出条件，例如是否处于“复位”状态，通过驶入驶出航线自检，判断驶入驶出航线装是否装入飞控中。

2、驶入与安全管理模块

如表1所示，驶入与安全管理模块包括两个方面的功能，一个是触发驶入驶出功能，另一个是实时监控驶入驶出过程安全。

触发驶入驶出功能的条件包括：1)通过地面站发送“驶入”指令触发；2)预驶入模块返回的标志位为True，表示预驶入模块判断满足输入驶出条件。

当满足驶入条件时，驶入与安全管理模块响应驶入指令，然后根据切入航线号、切入航点号生成对应航段。如果航段生成成功，则执行驶入驶出功能，如果航段生成失败，则触发应急程序，发动机置为零油门，刹车置为减速刹车。

在无人机的整个驶入驶出过程中，驶入与安全管理模块还用于：获取安全管理模块监控参数；根据安全管理模块监控参数确定满足触发应急程序的条件，使得所述无人机的发动机置为零油门以及刹车置为减速刹车，其中，安全管理模块监控参数包括侧偏距、地速和链路中断时间，例如，测偏距大于20m、地速大于50Km/h和链路中断时间大于6s三个条件中任意一个条件满足时，皆触发安全管理功能：发动机关车，刹车状态置为减速刹车。

3、制导模块

制导模块分为航段切入段制导子模块和航迹跟踪段制导子模块。系统采用在线航线作为驶入驶出航线，根据无人机经纬度等位置数据，实时进行航段管理和交接，切换位置控制模式和速度控制模式，解算出无人机相对航线侧偏距和偏航角。

在制导过程中，无人机制导模态分为直线段制导和转弯段制导；在航线交接时对当前航段和下一航段的夹角进行判定，例如，当夹角大于5°时，制导模态为转弯段制导模态，当夹角小于5°时，制导模态为直线段制导模态。

1)直线段制导模态：根据无人机位置、航向角以及当前航段计算侧偏距和偏航角。

2)转弯段制导模态：转弯段制导模态分为两个部分，即跟踪切线段和跟踪圆弧段。

a)跟踪切线段：根据无人机位置、航向角以及圆弧切线计算侧偏距和偏航角；

b)跟踪圆弧段：根据无人机位置、航向角以及圆弧轨迹来计算无人机侧偏距、偏航角。

圆弧段定义为无人机位置与圆心位置的距离为L，圆弧半径为R。侧偏距dz定义为：dz＝L–R。当无人机为右转弯时，无人机位于圆弧内侧时(dz<0)，侧偏距定义为正；无人机位于圆弧外侧时(dz>0)，侧偏距定义为负。当无人机为左转弯时，无人机位于圆弧内侧时(dz<0)，侧偏距定义为负；无人机位于圆弧外侧时(dz>0)，侧偏距定义为正。

3.1航段切入段制导子模块

航段切入过程中根据设定的航线号、航点号、切入方式等参数，通过航迹跟踪、圆弧转弯的控制方式切入至航段；在航段切入过程中，实时监控侧偏距、偏航角等参数，当满足退出条件后自动退出航段切入过程。

飞控系统中预设4种切入模式，包括直接切入、正向切圆、反向切圆和反向调头，具体定义及逻辑如下。

1)直接切入

如图2所示，该切入方式时，无人机直接切入航段，进入航迹跟踪阶段，适用于无人机与所切航段的航向偏差、侧偏距等均较小情况下。

2)正向切圆

如图3所示，该切入方式时，无人机从所切航段中间切入；根据无人机航向、切入航段航向，可分为以下三种情况。

a)偏航角属于-45°～+45°

如图4所示，切入航段航向为psi，当无人机在航段左侧时，以psi+90°为基准航向，当无人机在航段右侧时，以psi-90°为基准航向；当无人机航向与基准航向的偏航角属于-45°～+45°时，沿无人机航向方向生成航段EF，并生成一个半径为(例如)7米(其中，半径可以根据无人机前轮偏转角度进行设置的＝)，与航段AB、EF相切的圆，无人机通过圆弧跟踪逻辑切入航段AB。

b)偏航角属于-180°～-45°

如图5所示，切入航段航向为psi，当无人机在航段左侧时，以psi+90°为基准航向，当无人机在航段右侧时，以psi-90°为基准航向；当无人机航向与基准航向的偏航角属于-180°～-45°时，沿基准航向减45°方向生成航段EF，并生成一个半径为7米，与航段AB、EF相切的圆，无人机通过圆弧跟踪逻辑切入航段AB。

c)偏航角属于+45°～+180°

如图6所示，切入航段航向为psi，当无人机在航段左侧时，以psi+90°为基准航向，当无人机在航段右侧时，以psi-90°为基准航向；当无人机航向与基准航向的偏航角属于+45°～+180°时，沿基准航向加45°方向生成航段EF，并生成一个半径为7米，与航段AB、EF相切的圆，无人机通过圆弧跟踪逻辑切入航段AB。

3)反向切圆

该切入方式时，无人机从所切航段中间切入，适用于无人机处于航段中间且无人机航向和航段航向夹角较大情况下。

如图7所示，以无人机位置向切入航段AB做垂线，焦点为M，以焦点M处向航段AB反方向移动len(len＝28米，即四倍圆弧半径)至N点；在航段AB左侧做半径R为7米的圆，与航段AB相切于N点，通过航迹跟踪，无人机逆时针沿圆弧切入航段AB。

4)反向调头

如图8所示，该切入方式时，以无人机位置向切入航段AB做垂线，焦点为M，以焦点M处向航段AB反方向移动len(len＝28米，即四倍圆弧半径)至N点；以N点为圆心做半径R为7米的圆，无人机通过圆弧跟踪逻辑，逆时针沿圆弧切入航段AB。

在一个具体实施例中，航段切入制导子模块在航段生成成功的情况下，进行航段切入制导，实时获取轨迹控制参数并实时刷新速度控制模态。其中，轨迹控制参数侧偏距、侧偏积分、偏航角和偏航角速率，轨迹控制模块根据轨迹控制参数获取前轮偏转量和刹车输出，进而对无人机的轨迹进行控制。

速度控制模态包括加速模态、减速模态和转弯模态，对于航段切入制导过程中的速度控制模态，进入航段切入时，速度控制模态初值为减速模态；在航段切入过程中，速度控制模态自动刷新为转弯模态。

在一个具体实施例中，航段切入制导子模块还用于：在航段切入制导的过程中，实时刷新无人机的航向和制导模态。具体来说，进入航段切入时，航向给定量初值为切入航段的航向；在航段切入过程中，当跟踪切线段时，航向给定量为切线方向，当跟踪圆弧段时，航向给定量为圆弧切线方向。进入航段切入时，制导模态初值为直线模态；在航段切入过程中，制导模态自动刷新为转弯段制导模态。

3.2航迹跟踪制导子模块

航迹跟踪阶段实时监控偏航角、侧偏距以及偏航角速率，并通过控制前轮偏转角度、刹车、油门等执行机构使无人机沿预设航线滑行至停止点并自动停止。

在航迹跟踪制导的过程中：

1)无人机沿预设航线滑行至停止点并自动停止；

2)实时监控待飞距，进行航段交接；

3)实时刷新距离计算函数、速度控制模态，执行速度控制逻辑；

4)实时刷新制导模态。

在一个具体实施例中，航迹跟踪制导子模块在满足退出所述航段切入制导的情况下，进行航迹跟踪制导，实时获取轨迹控制参数并实时刷新速度控制模态。

如上所述，轨迹控制参数侧偏距、侧偏积分、偏航角和偏航角速率，轨迹控制模块根据轨迹控制参数获取前轮偏转量和刹车输出，进而对无人机的轨迹进行控制。

速度控制模态包括加速模态、减速模态和转弯模态，对于航迹跟踪制导过程中的速度控制模态，进入航迹跟踪时，速度控制模态初值为加速模态；在航迹跟踪过程，速度控制模态在退出航段交接时刷新一次，并根据转弯段距离、减速距离、停止距离等实时刷新。在航迹跟踪制导过程中航段交接时，如果制导模态为转弯段模态，则速度控制模态置为转弯模态；退出航段交接时，如果制导模态为转弯段模态，则速度控制模态置为加速模态；在航迹跟踪制导过程中，当制导模态为直线段时，根据距离函数实时刷新速度控制模态。

在一个具体实施例中，航迹跟踪制导子模块还用于：在所述航迹跟踪制导的过程中，实时刷新无人机的航向和制导模态。

对于无人机的航向来说，进入航迹跟踪时，航向给定量初值为切入航段的航向；在进行航迹跟踪过程中，制导模态为直线段制导模态时，航向给定量为航段的航向；制导模态为转弯段制导模态时，当跟踪切线段时，航向给定量为切线方向，当跟踪圆弧段时，航向给定量为圆弧切线方向。进入航迹跟踪时，制导模态初值为直线模态；在航迹跟踪过程中，制导模态在进入航段交接、退出航段交接时自动刷新。

4、轨迹控制模块

驶入驶出中轨迹控制是通过侧偏距dz、侧偏积分dz_int、偏航角dpsi、偏航角速率wy四个参数，控制前轮偏转量和差动刹车，从而控制无人机的位置。

制导模态分为直线段制导模态以及转弯段制导模态中的跟踪切线段和跟踪圆弧段三种情况。三种情况下均使用侧偏、侧偏积分、偏航角、偏航角速率控制前轮偏转、刹车输出，且在转弯段跟踪圆弧时对前轮进行预偏，该预偏进行软化。表2和表3是轨迹控制过程中的自变量和因变量与制导模态之间的关系。

表2轨迹控制自变量

表3轨迹控制因变量

在一个实施例中，轨迹控制模块根据轨迹控制参数对无人机进行轨迹控制，其中，轨迹控制包括控制无人机的前轮偏转量和刹车输出，轨迹控制模块用于根据侧偏距、偏航角、侧偏积分和偏航角速率获得前轮偏转量和差动刹车压力。获得前轮偏转量和差动刹车压力的方法如下所示。

4.1前轮偏转量

轨迹控制中前轮偏转量(FAngle_out)由三部分组成：前轮偏转预偏量(FAngle_ctl)、前轮偏转纠偏量(FAngle_cre)、前轮偏转脚蹬量(FAngle_joy)；即FAngle_out＝FAngle_ctl+FAngle_cre+FAngle_joy，其中：

1)预偏量：在制导模态为转弯段制导模态的跟踪圆弧段时有前轮预偏，其余状态无预偏；

2)纠偏量：所有状态下均有纠偏量，由侧偏、侧偏积分、偏航角、偏航角速率计算得到；

3)脚蹬量：由人工控制，通过脚蹬传感器获取；

在轨迹控制中，前轮偏转角度定义为左偏为正，右偏为负；且对无人机前轮偏转量(FAngle_out)根据当前地速进行分段限幅。

在计算前轮偏转量的过程中，需要考虑无人机当前的制导模态，当处于转弯段制导模态的跟踪圆弧段时，计算前轮偏转量需要考虑前轮偏转预偏量，其他制导模态中不用考虑。这样，轨迹控制模块根据轨迹控制参数以及制导模态对无人机进行轨迹控制。

4.2差动刹车压力

轨迹控制中差动刹车压力(Brk_out)由两部分组成：控制刹车压力(Brk_ctl)、纠偏刹车压力(Brk_cre)；即Brk_out＝Brk_ctl+Brk_cre，其中：

1)纠偏刹车压力：根据侧偏距、侧偏积分、偏航角、偏航角速率计算得到；

2)控制刹车压力：根据刹车状态、当前地速进行匹配；

轨迹控制中，根据刹车状态的不同，差动刹车压力(Brk_out)分为两种情况，具体如下：

1)当刹车状态为零刹车时，控制刹车压力为零，纠偏刹车压力叠加至某一侧刹车中，刹车压力输出计算公式如下：

LBrk_out＝LBrk_ctl+Brk_cre或者RBrk_out＝RBrk_ctl+Brk_cre；

2)当刹车状态为减速刹车时，控制刹车压力为减速刹车，纠偏刹车压力平均叠加至两侧刹车中，刹车压力输出计算公式如下：

LBrk_out＝LBrk_ctl+Brk_cre*0.5；RBrk_out＝RBrk_ctl-Brk_cre*0.5；

或者LBrk_out＝LBrk_ctl-Brk_cre*0.5；RBrk_out＝RBrk_ctl+Brk_cre*0.5。

5.速度控制模块

驶入驶出中速度控制是一种以地速为控制目标、以油门、刹车为控制执行机构的离散的开环控制；在整个驶入驶出过程中均进行速度控制，并划分为加速段、减速段、转弯段三种模态。

在速度控制中，速度控制量为速度指令、速度遥调量的叠加和；油门控制量为油门指令、油门遥调量的叠加和；刹车控制量为减速刹车、刹车待机两种状态。

在一个具体实施例总，速度控制模块根据速度控制模态对无人机进行速度控制。具体来说，速度控制模块根据速度模态控制无人机的油门和刹车。

表4展示了各个速度控制模态中的触发条件以及油门和刹车控制。

表4速度控制阶段表

在表4中，各个数值仅仅是示意性的，本领域技术人员可以理解的是，根据实际需要，这些数值可以是其他任何合适的数值，本申请对此不做任何限制。

速度控制模块除了根据速度控制模态对油门和刹车进行控制，还可以根据地面站发送的指令对油门和刹车进行控制，例如，地面站发送“指令加速”指令时，速度控制模态置为加速模态；地面站发送“指令减速”指令时，速度控制模态置为减速模态；地面站发送“指令停止”指令时，速度控制模态置为空。

另外，复位时，速度控制模态置为空；当滑行至停止点，减速至地速小于预定数值(例如1m/s)时，速度控制模态置为空。

以上对无人机自主驶入驶出控制系统进行了介绍，根据本申请的另一个方面，本申请还提供一种无人机自主驶入驶出控制方法。如图9所示，该方法包括如下步骤。

步骤S901，根据所接收的预驶入指令，判断是否满足驶入驶出条件，预驶入指令包括切入航线号和切入航点号。

步骤S902，在满足驶入驶出条件时，响应所接收的驶入指令，根据切入航线号和切入航点号生成对应的航段。

步骤S903，在航段生成成功的情况下，进入航段切入制导。

步骤S904，在航段切入制导过程中，实时获取第一轨迹控制参数并实时刷新第一速度控制模态。

步骤S905，在满足退出航段切入制导的情况下，进入航迹跟踪制导。

步骤S906，在航迹跟踪制导过程中，实时获取第二轨迹控制参数并实时刷新第二速度控制模态。

步骤S907，根据第一轨迹控制参数和第二轨迹控制参数对无人机进行轨迹控制。

步骤S908，根据第一速度控制模态和第二速度控制模态对无人机进行速度控制。

在一个具体实施例中，所述方法还包括步骤S909，在航段切入制导的过程中，实时刷新无人机的第一航向和第一制导模态。其中，实时刷新无人机的第一航向和第一制导模态包括：进入航段切入制导时，第一航向给定量初值为切入航段的航向，在航段切入制导过程中，当无人机处于跟踪切线段时，第一航向给定量为切线方向，当无人机处于跟踪圆弧段时，第一航向给定量为圆弧切线方向；进入航段切入制导时，第一制导模态初值为直线段制导模态，在航段切入制导过程中，第一制导模态刷新为转弯段制导模态。

在一个具体实施例中，步骤S904具体包括：进入航段切入制导时，第一速度控制模态初值为减速模态，在航段切入制导过程中，第一速度控制模态刷新为转弯模态。

在一个具体实施例中，所述方法还包括步骤S910，在航迹跟踪制导的过程中，实时刷新无人机的第二航向和第二制导模态。

在一个具体实施例中，步骤S910具体包括：进入航迹跟踪制导时，第二航向给定量初值为切入航段的航向，在进行航迹跟踪制导的过程中，在制导模态为直线段制导模态时，第二航向给定量为切入航段的航向；制导模态为转弯段制导模态时，当无人机处于跟踪切线段时，第二航向给定量为切线方向，当无人机处于跟踪圆弧段时，第二航向给定量为圆弧切线方向；进入航迹跟踪制导时，第二制导模态初值为直线模态，在航迹跟踪制导的过程中，在进入航段交接、退出航段交接时刷新第二制导模态。

在一个具体实施例中，步骤S906具体包括：进入航迹跟踪制导时，第二速度控制模态初值为加速模态，在航迹跟踪制导的过程中，第二速度控制模态在退出航段交接时刷新，并根据转弯段距离、减速距离和停止距离实时刷新。

在一个具体实施例中，第一轨迹控制参数和第二轨迹控制参数包括侧偏距、偏航角、侧偏积分和偏航角速率。步骤S907具体包括：根据侧偏距、偏航角、侧偏积分和偏航角速率获得前轮偏转量和差动刹车压力。

在一个具体实施例中，步骤S908体包括：根据第一速度模态和所述控制模态控制无人机的油门和刹车。

在一个具体实施例中，驶入驶出条件包括：切入航线号是否为预置的驶入驶出航线；以及切入航点号是否处于预置的航点号范围内。

在一个具体实施例中，所述方法还包括步骤S911，在不满足驶入驶出条件时，触发应急程序，使得无人机的发动机置为零油门以及刹车置为减速刹车。

在一个具体实施例中，所述方法还包括步骤S912，获取安全管理模块监控参数以及根据安全管理模块监控参数确定满足触发应急程序的条件，使得无人机的发动机置为零油门以及刹车置为减速刹车。

根据本申请提出的无人机自主驶入驶出控制方案，对跑道的利用率有了极大的提高，无人机可以在停机坪上进行起飞前检查，待准备完毕后，由自动驶入驶出自主滑入至起飞点，进行起飞；在降落跑道后，由自动驶入驶出自主滑出至停机坪。本申请的方案解决了无人机占用跑道时间长的问题，节省了占用跑道费用的开支。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

参阅图10，图10提供一种电子设备，包括处理器以及存储器。存储器存储有计算机指令，当计算机指令被处理器执行时，使得处理器执行所述计算机指令从而实现如图9所示的方法以及细化方案。

应该理解，上述的装置实施例仅是示意性的，本发明披露的装置还可通过其它的方式实现。例如，上述实施例中所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，多个单元、模块或组件可以结合，或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略或不执行。

另外，若无特别说明，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个以上单元/模块集成在一起。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。

所述集成的单元/模块如果以硬件的形式实现时，该硬件可以是数字电路，模拟电路等等。硬件结构的物理实现包括但不局限于晶体管，忆阻器等等。若无特别说明，所述处理器或芯片可以是任何适当的硬件处理器，比如CPU、GPU、FPGA、DSP和ASIC等等。若无特别说明，所述片上缓存、片外内存、存储器可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器RRAM(Resistive Random Access Memory)、动态随机存取存储器DRAM(Dynamic Random Access Memory)、静态随机存取存储器SRAM(Static Random-AccessMemory)、增强动态随机存取存储器EDRAM(Enhanced Dynamic Random Access Memory)、高带宽内存HBM(High-Bandwidth Memory)、混合存储立方HMC(Hybrid Memory Cube)等等。

所述集成的单元/模块如果以软件程序模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本披露各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请实施例还提供一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行如图9所示的方法以及细化方案。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种无人机自主驶入驶出控制方法，其特征在于，包括：

根据所接收的预驶入指令，判断是否满足驶入驶出条件，所述预驶入指令包括切入航线号和切入航点号；

在满足驶入驶出条件时，响应所接收的驶入指令，根据所述切入航线号和所述切入航点号生成对应的航段；

在航段生成成功的情况下，进入航段切入制导；

在所述航段切入制导过程中，实时获取第一轨迹控制参数并实时刷新第一速度控制模态；

在满足退出所述航段切入制导的情况下，进入航迹跟踪制导；

在所述航迹跟踪制导过程中，实时获取第二轨迹控制参数并实时刷新第二速度控制模态；

根据所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数对所述无人机进行轨迹控制；以及

根据所述第一速度控制模态和所述第二速度控制模态对所述无人机进行速度控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述航段切入制导的过程中，实时刷新所述无人机的第一航向和第一制导模态，其包括：

进入所述航段切入制导时，所述第一航向给定量初值为切入航段的航向，在所述航段切入制导过程中，当所述无人机处于跟踪切线段时，所述第一航向给定量为切线方向，当所述无人机处于跟踪圆弧段时，所述第一航向给定量为圆弧切线方向；

进入所述航段切入制导时，所述第一制导模态初值为直线段制导模态，在所述航段切入制导过程中，所述第一制导模态刷新为转弯段制导模态。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时刷新第一速度控制模态包括：

进入所述航段切入制导时，所述第一速度控制模态初值为减速模态，在所述航段切入制导过程中，所述第一速度控制模态刷新为转弯模态。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述航迹跟踪制导的过程中，实时刷新所述无人机的第二航向和第二制导模态，其包括：

进入所述航迹跟踪制导时，所述第二航向给定量初值为切入航段的航向，在进行所述航迹跟踪制导的过程中，在制导模态为直线段制导模态时，所述第二航向给定量为切入航段的航向；制导模态为转弯段制导模态时，当所述无人机处于跟踪切线段时，所述第二航向给定量为切线方向，当所述无人机处于跟踪圆弧段时，所述第二航向给定量为圆弧切线方向；

进入所述航迹跟踪制导时，所述第二制导模态初值为直线模态，在所述航迹跟踪制导的过程中，在进入航段交接、退出航段交接时刷新所述第二制导模态。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时刷新第二速度控制模态包括：

进入所述航迹跟踪制导时，所述第二速度控制模态初值为加速模态，在所述航迹跟踪制导的过程中，所述第二速度控制模态在退出航段交接时刷新，并根据转弯段距离、减速距离和停止距离实时刷新。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数包括侧偏距、偏航角、侧偏积分和偏航角速率，所述根据所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数对所述无人机进行轨迹控制包括：

根据所述侧偏距、所述偏航角、所述侧偏积分和所述偏航角速率获得前轮偏转量和差动刹车压力。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一速度控制模态或第二速度控制模态对所述无人机进行速度控制包括：

根据所述第一速度模态和所述第二控制模态控制所述无人机的油门和刹车。

8.一种无人机自主驶入驶出控制系统，其特征在于，包括：预驶入模块、驶入与安全管理模块、制导模块，轨迹控制模块和速度控制模块，所述制导模块包括航段切入制导子模块和航迹跟踪制导子模块，其中：

所述预驶入模块用于接收预驶入指令，根据所述预驶入指令，判断是否满足驶入驶出条件，所述预驶入指令包括切入航线号和切入航点号；

所述驶入与安全管理模块用于在满足驶入驶出条件时，响应所接收的驶入指令，根据所述切入航线号和所述切入航点号生成对应的航段；

所述航段切入制导子模块在航段生成成功的情况下，进行航段切入制导，实时获取第一轨迹控制参数并实时刷新第一速度控制模态；

所述航迹跟踪制导子模块在满足退出所述航段切入制导的情况下，进行航迹跟踪制导，实时获取第二轨迹控制参数并实时刷新第二速度控制模态；

所述轨迹控制模块根据所述第一轨迹控制参数和所述第二轨迹控制参数对所述无人机进行轨迹控制；以及

所述速度控制模块根据所述第一速度控制模态和所述第二速度控制模态对所述无人机进行速度控制。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-7任一者所述的方法。

10.一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述多个处理器执行权利要求1-7任一者所述的方法。

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