[发明专利]一种适用于障碍物环境的无人机下滑段轨迹设计方法

权利要求书

1.一种适应于障碍物环境的无人机下滑段轨迹设计方法，其特征在于：包括下述步骤：

S0：计算无人机在机体坐标系下纵向与侧向的安全包络距离；

采集无人机的宽度W，高度H，以及在机体坐标系下的最大垂向移动速度V_a和最大侧向移动速度V_b；并设定无人机安全响应时间τ；根据上述参数，计算无人机在机体坐标系下纵向的安全包络距离L_a＝V_a·τ+H/2，侧向的安全包络距离L_b＝V_b·τ+W/2；

S1：设计无人机常规下滑轨迹和最大下滑角下滑轨迹；无人机常规下滑轨迹和最大下滑角下滑轨迹为：

常规下滑轨迹：

H_R＝(L-L_F)tanθ_R+H_F， L_F＜L＜L_F+H_P/tanθ_R-H_F/tanθ_R (1)

最大下滑角下滑轨迹：

H_M＝(L-L_F)tanθ_M+H_F， L_F＜L＜L_F+H_P/tanθ_M-H_F/tanθ_M (2)

式中，L为无人机在整个降落过程中的实时位置点距离着陆点的水平方向投影长度；θ_R为无人机常规下滑角度；H_F为拉平决策高度；H_P为进场段平飞高度；L_F为拉平段水平方向投影长度；θ_M为最大下滑角度为；S2：根据纵向的安全包络距离，对步骤常规进场轨迹、常规下滑轨迹与最大下滑角进场轨迹、最大下滑角下滑轨迹进行双侧加宽处理，分别得到常规进场段安全通道，常规下滑段安全通道，最大下滑角进场段安全通道与最大下滑角下滑段安全通道；

S2：根据步骤S0中所求纵向的安全包络距离L_a，对步骤S1中所求常规进场段、下滑段轨迹与最大下滑角进场段、下滑段轨迹进行双侧加宽处理，使得常规进场、下滑轨迹，以及最大下滑角进场、下滑轨迹拓展为宽度为2L_a的矩形区域，则扩展后常规进场、下滑轨迹分别称之为常规进场段安全通道和常规下滑段安全通道；扩展后的最大下滑角进场、下滑轨迹分别最大下滑角进场段安全通道和最大下滑角下滑段安全通道；

S3：对跑道延长线上的障碍物进行判断：

情况一：常规下滑段安全通道中不存在障碍物，则障碍物为无风险障碍物，采用常规进场下滑轨迹进行着陆飞行；

情况二：常规下滑段安全通道中存在障碍物，最大下滑角进场段、下滑段安全通道中不存在障碍物，则障碍物为可飞越障碍物；此时无人机进场平飞高度不变，先增加无人机在进场段的飞行距离，然后采用最大下滑角下滑轨迹进行着陆飞行；无人机最大下滑角下滑轨迹中，前期采用最大下滑角下滑，后期采用常规下滑角下滑，则无人机下滑轨迹设计为：

其中：

式中，H₀为障碍物的高度，L₀为障碍物前立面到着陆点的水平方向距离；

情况三：常规进场段、下滑段安全通道和最大下滑角进场段、下滑段安全通道中均存在障碍物，则障碍物为需绕飞障碍物；此时无人机从障碍物侧向转弯进入着陆窗口，并采用常规下滑轨迹进行下滑段飞行；无人机进场平飞高度调整为：

H_P'＝tanθ_R(L_O-R-L_b-L_F)

式中，L_b为无人机在机体坐标系下侧向的安全包络距离，R为无人机转弯半径；

无人机的下滑轨迹仍在包含着陆点的纵向平面内，为：

H_S2＝(L-L_F)tanθ_R+H_F ， L_F＜L＜L_O-R-L_b。

2.如权利要求1所述一种适应于障碍物环境的无人机下滑段轨迹设计方法，其特征在于：θ_R取为2.5°，H_F取为20米；θ_M取等于或小于无人机零推力下滑角。