RU2503936C2 - Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата для мониторинга протяженных объектов - Google Patents
Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата для мониторинга протяженных объектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503936C2 RU2503936C2 RU2012103650/11A RU2012103650A RU2503936C2 RU 2503936 C2 RU2503936 C2 RU 2503936C2 RU 2012103650/11 A RU2012103650/11 A RU 2012103650/11A RU 2012103650 A RU2012103650 A RU 2012103650A RU 2503936 C2 RU2503936 C2 RU 2503936C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- point
- landing
- control
- path
- reduction
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния нефте- и газопроводов, хранилищ, высоковольтных ЛЭП и других протяженных объектов. Способ автоматической посадки БПЛА включает измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы ΔZ, определении трех составляющих скорости и ускорения в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения БПЛА от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей БПЛА. В каждой точке траектории задают контрольный створ траектории снижения БПЛА в виде круга, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории, и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения. При выходе БПЛА за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения. Повышается надежность работы и безопасность полетов БПЛА. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области диагностической техники, а именно воздушного мониторинга с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния локальных, региональных и магистральных нефте- и газопроводов, хранилищ, высоковольтных ЛЭП, особо важных объектов и других протяженных объектов.
Широко известны способы посадки БПЛА с помощью механических систем или парашюта. Недостатки этих способов следующие. В результате отсутствия автоматической посадки БПЛА увеличивается риск его падения из-за ошибки оператора. А способ посадки БПЛА на парашюте малоэффективен, поскольку парашют в свернутом положении занимает до 40% полезного объема летательного аппарата.
Наиболее близким для заявляемого способа является способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата (самолета), включающий измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы (ВПП) ΔZ, определение трех составляющих скорости Vx, Vy, Vz и ускорения ax, ау, а;, задание трех составляющих скорости Vxк, Vyк, Vzк и ускорения аxк, аyк, аzк в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения самолета от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей самолета. Дополнительно задают предельные значения высоты полета Hmax(D) и Hmin(D) и бокового отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось ВПП, Zmax(D), формируют текущую заданную траекторию снижения того же функционального вида, что и опорная траектория снижения, из текущего положения самолета, из этой траектории определяют текущую заданную вертикальную Vy0(D) и горизонтальную поперечную Vz0(D) скорости полета и отклонения составляющих скорости
ΔVy=Vy(D)-Vy0(D),
ΔVz=Vz(D)-Vz0(D),
а формирование управляющего сигнала осуществляют по формулам
Uy(D)=k1ΔVy+k2d(ΔVy)/dt,
Uz(D)=k3ΔVz+k4d(ΔVz)/dt,
где k1, k2, k3, k4 - динамические коэффициенты самолета. При выполнении одного из условий: H(D)>Hmax(D), H(D)<Hmin(D), Z(D)>Zmax(D) снижение прекращается и осуществляется уход самолета на второй круг (патент РФ №2061624, МПК B64C 19/00, опубл. 10.06.1996).
Однако известный способ не учитывает распределение координат, скоростей и ускорений летательного аппарата в определенном диапазоне значений. Система управления летательным аппаратом склонна к накоплению ошибок, которые приводят к отклонению действительной траектории от заданной, особенно при эксплуатации летательного аппарата в сложных погодных условиях.
Задачей изобретения является повышение эффективности мониторинга протяженных объектов за счет повышения надежности посадки БПЛА.
Задача решается способом автоматической посадки беспилотного летательного аппарата, включающим измерение высоты полета Н, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы (ВПП) ΔZ, определение трех составляющих скорости Vx, Vy, Vz и ускорения ax, ay, аz, задание трех составляющих скорости Vxк, Vyк, Vzк и ускорения аxк, аyк, аzк в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения беспилотного летательного аппарата от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей беспилотного летательного аппарата. В отличив от прототипа, в каждой точке траектории задают контрольный створ траекторий снижения беспилотного летательного аппарата в виде круга, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения, причем область контрольного створа определяют из уравнения и монотонно уменьшают пропорционально уменьшению расстояния до расчетной точки касания , где φ - минимально допустимая область створа, обеспечивающая безопасную посадку, а при выходе беспилотного летательного аппарата за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения при условии H0(D0)>Hmin, где Hmin - минимально допустимая высота безопасного полета, причем при невыполнении данного условия снижение прекращают и осуществляют уход на второй круг с набором высоты.
Согласно изобретению:
- формирование управляющих сигналов uh и uz осуществляют по следующим зависимостям:
для управления в вертикальной плоскости
для управления в горизонтальной плоскости
где k1, k2, k3, k4 - коэффициенты усиления составляющих управляющего воздействия;
- при достижении высоты начала выдерживания границы области створов HП формируют новую опорную траекторию, причем на этой высоте в зависимости от параметров окружающей среды и действующих ветровых возмущений формируют экспоненциальную траекторию снижения с монотонно возрастающим углом тангажа.
Технический результат от использования заявляемого способа достигается за счет того, что учитывается распределение скоростей, ускорений и координат БПЛА. Это ведет к более точному определению места посадки БПЛА и, следовательно, к повышению надежности его посадки.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где изображено:
на фиг.1 - схема, иллюстрирующая работу БПЛА;
на фиг.2 - схема автоматической посадки БПЛА.
На фиг.1 обозначено: БПЛА 1, наземный пункт управления 2 БПЛА, включающий наземную аппаратуру и принимающую антенну, спутники 3, а также протяженный объект 4.
На схеме автоматической посадки БПЛА (фиг.2) обозначено:
5 - границы области контрольных створов;
6 - реальная траектория снижения БПЛА;
7 - сформированная опорная траектория снижения;
8 - точка формирования экспоненциальной траектории снижения;
9 - взлетно-посадочная полоса;
10 - область допустимых посадок;
11 - области контрольных створов для определенных моментов снижения.
Работа БПЛА в процессе мониторинга протяженного объекта осуществляется следующим образом.
Работа БПЛА 1 (см. фиг.1) состоит из запуска, облета маршрута по заданной траектории и посадки. В процесса полета с БПЛА 1 на наземный пункт управления 2 БПЛА по телеметрическому каналу передаются данные, полученные с датчиков бортовой системы диагностики состояния протяженного объекта 4, а также с датчиков, контролирующих полет БПЛА 1. С наземного пункта управления 2 БПЛА могут быть введены коррективы в траекторию полета по радиотелеметрическому каналу двунаправленной связи БПЛА 1 и наземного пункта управления 2. На наземном пункте происходит обработка информации, поступающей с БПЛА 1. Передача данных происходит в экономном режиме, чтобы не загружать двунаправленный канал связи. Более подробный анализ данных производят после посадки БПЛА.
В случае нахождения БПЛА 1 за пределами видимости наземного пункта управления 2 обмен информацией между ним и БПЛА 1 происходит по спутниковой связи: информация с БПЛА 1 по спутниковой связи с помощью спутников 3 передается на принимающую антенну наземного пункта управления 2, далее по проводным или беспроводным каналам связи на аппаратуру наземного пункта управления 2. При этом БПЛА 1 совершает облет местности по заданной траектории или возвращается в зону прямой видимости наземного пункта управления, в зависимости от программы полета.
Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата включает: измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы (ВПП) ΔZ, определение трех составляющих скорости Vx, Vy, Vz и ускорения ax, ay, аz, задание трех составляющих скорости Vxк, Vyк, Vzк и ускорения axк, ayк, azк в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения беспилотного летательного аппарата от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей беспилотного летательного аппарата.
В каждой точке траектории задают контрольный створ прохождения траекторий снижения беспилотного летательного аппарата в виде круга 11, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения 7, причем область контрольного створа 5 описывают уравнением и монотонно уменьшают пропорционально уменьшению расстояния до расчетной точки касания , где φ - минимально допустимая область створа, обеспечивающая безопасную посадку (область допустимых посадок - 10) на взлетно-посадочную полосу 9, а при выходе реальной траектории снижения 6 беспилотного летательного аппарата за область контрольного створа 5 формируют новую опорную траекторию снижения при условии H0(D0)>Hmin причем при невыполнении данного условия снижение прекращают и осуществляют уход на второй круг с набором высоты.
В частных случаях выполнения изобретения:
- формирование управляющих сигналов uh и uz осуществляют по следующим зависимостям:
для управления в вертикальной плоскости
для управления в горизонтальной плоскости
где k1, k2, k3, k4 - коэффициенты усиления составляющих управляющего воздействия;
- при достижении высоты начала выдерживания границ области створов HП формируют новую опорную траекторию, причем на этой высоте в зависимости от параметров окружающей среды и действующих ветровых возмущений формируют экспоненциальную траекторию снижения с монотонно возрастающим углом тангажа.
Таким образом, использование изобретения позволяет повысить эффективность мониторинга протяженных объектов за счет повышения надежности посадки БПЛА.
Claims (3)
1. Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата, включающий измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы (ВПП) ΔZ, определение трех составляющих скорости Vx, Vy, Vz и ускорения ax, ay, az, задание трех составляющих скорости Vxк, Vyк, Vzк и ускорения аxк, аyк, аzк в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения беспилотного летательного аппарата от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей беспилотного летательного аппарата, отличающийся тем, что в каждой точке траектории задают контрольный створ траекторий снижения беспилотного летательного аппарата в виде круга, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории, и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения, причем область контрольного створа определяют из уравнения
и монотонно уменьшают пропорционально уменьшению расстояния до расчетной точки касания
,
где φ - минимально допустимая область створа, обеспечивающая безопасную посадку, а при выходе беспилотного летательного аппарата за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения при условии H0(D0)>Hmin, где Hmin - минимально допустимая высота безопасного полета, причем при невыполнении данного условия снижение прекращают и осуществляют уход на второй круг с набором высоты.
где φ - минимально допустимая область створа, обеспечивающая безопасную посадку, а при выходе беспилотного летательного аппарата за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения при условии H0(D0)>Hmin, где Hmin - минимально допустимая высота безопасного полета, причем при невыполнении данного условия снижение прекращают и осуществляют уход на второй круг с набором высоты.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при достижении высоты начала выдерживания границ области створов Hп формируют новую опорную траекторию, причем на этой высоте в зависимости от параметров окружающей среды и действующих ветровых возмущений формируют экспоненциальную траекторию снижения с монотонно возрастающим углом тангажа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012103650/11A RU2503936C2 (ru) | 2012-02-02 | 2012-02-02 | Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата для мониторинга протяженных объектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012103650/11A RU2503936C2 (ru) | 2012-02-02 | 2012-02-02 | Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата для мониторинга протяженных объектов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012103650A RU2012103650A (ru) | 2013-09-20 |
RU2503936C2 true RU2503936C2 (ru) | 2014-01-10 |
Family
ID=49182707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012103650/11A RU2503936C2 (ru) | 2012-02-02 | 2012-02-02 | Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата для мониторинга протяженных объектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2503936C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2256894C1 (ru) * | 2003-10-15 | 2005-07-20 | Заренков Вячеслав Адамович | Автоматический беспилотный диагностический комплекс |
RU53649U1 (ru) * | 2005-12-02 | 2006-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Уральский государственный университет ЮУрГУ | Беспилотный летательный аппарат |
RU2343438C1 (ru) * | 2007-06-08 | 2009-01-10 | Открытое акционерное общество "Камов" | Автоматический беспилотный комплекс диагностики протяженных объектов, оснащенных собственной информационной системой |
RU84342U1 (ru) * | 2009-03-12 | 2009-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Беспилотный летательный аппарат многоразового применения |
RU107601U1 (ru) * | 2011-02-21 | 2011-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Система управления беспилотным летательным аппаратом с комплексным устройством измерения высоты полета |
-
2012
- 2012-02-02 RU RU2012103650/11A patent/RU2503936C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2256894C1 (ru) * | 2003-10-15 | 2005-07-20 | Заренков Вячеслав Адамович | Автоматический беспилотный диагностический комплекс |
RU53649U1 (ru) * | 2005-12-02 | 2006-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Уральский государственный университет ЮУрГУ | Беспилотный летательный аппарат |
RU2343438C1 (ru) * | 2007-06-08 | 2009-01-10 | Открытое акционерное общество "Камов" | Автоматический беспилотный комплекс диагностики протяженных объектов, оснащенных собственной информационной системой |
RU84342U1 (ru) * | 2009-03-12 | 2009-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Беспилотный летательный аппарат многоразового применения |
RU107601U1 (ru) * | 2011-02-21 | 2011-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Система управления беспилотным летательным аппаратом с комплексным устройством измерения высоты полета |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012103650A (ru) | 2013-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9274529B2 (en) | Safe emergency landing of a UAV | |
US10202204B1 (en) | Aircraft-runway total energy measurement, monitoring, managing, safety, and control system and method | |
CN103176476B (zh) | 一种滑翔式无人机自主进场航路规划方法 | |
KR101494654B1 (ko) | 무인항공기 착륙유도 방법 및 장치와 착륙제어 방법 및 장치 | |
CN104991565B (zh) | 伞降固定翼无人机自主定点回收方法 | |
RU2615587C1 (ru) | Способ точной посадки беспилитного летательного аппарата | |
CN101667036B (zh) | 用于自动飞行和风切变状况的控制系统 | |
EP2555179B1 (en) | Aircraft traffic separation system | |
US20200393852A1 (en) | Three dimensional aircraft autonomous navigation under constraints | |
EP2555073B1 (en) | Flight interpreter for testing a captive unmanned aircraft system | |
US10502584B1 (en) | Mission monitor and controller for autonomous unmanned vehicles | |
CN101176133A (zh) | 飞机的地形回避方法及系统 | |
US20190318296A1 (en) | System and method for performing precision guided air to ground package delivery | |
CN105292494A (zh) | 无人机伞降方法和装置 | |
JP2013060123A (ja) | 飛行経路特定方法およびプログラム | |
CN106483974A (zh) | 一种固定翼无人机近距离几何避障方法 | |
WO2015101978A1 (en) | Autonomous emergency descending and landing of aircrafts | |
WO2017021955A1 (en) | Constraints driven autonomous aircraft navigation | |
CN105711843A (zh) | 一种空投降落伞 | |
Izuta et al. | Path planning to improve reachability in a forced landing | |
RU2503936C2 (ru) | Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата для мониторинга протяженных объектов | |
CN111051921A (zh) | 用于基于感测到的空气移动控制飞机的系统和方法 | |
RU2585197C1 (ru) | Способ автоматической посадки летательного аппарата в сложных метеорологических условиях, в том числе беспилотного | |
Ward et al. | Flight test results of recent advances in precision airdrop guidance, navigation, and control logic | |
RU2727416C1 (ru) | Способ управления полетом беспилотного летательного аппарата и беспилотная авиационная система |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140610 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20151027 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210203 |