[发明专利]一种无人机自适应着陆导航的方法及装置

说明书

本发明提供了一种无人机的自适应着陆导航的方法及装置，其中，该方法包括：确定下滑阶段的给定高度拟合曲线H_g(x)公式；确定H_g(x)的一阶微分求导方程；获取无人机进入下滑窗口时允许的飞行高度H_a和下滑窗口距离理想着陆点的水平待飞距离x₀；获取着陆接地时允许的飞行高度H_b和着陆接地时距离理想着陆点的水平距离x₁；将H_a、x₀、H_b和x₁代入上述公式建立航线拟合参数组的方程组；求解航线拟合参数组的方程组得到航线拟合参数；将航线拟合参数代入H_g(x)得到符合机场和空管以及无人机的机型的要求的无人机下滑阶段的给定高度拟合曲线。本发明中无人机可适应不同机场要求，在保证接地升降速度的同时保证着陆的位置精度。

技术领域

本发明涉及一种飞行控制领域，尤其涉及一种无人机自适应着陆导航的方法及装置。

背景技术

受到地理环境(如机场外高楼)、空管(如有其它无人机在同一空域有飞行任务，不允许在特定高度着陆)等限制，无人机在着陆前的空域会有不同的要求，通常横侧向的条件比较宽泛，不存在规划难题，主要是受飞行高度的影响，无人机只能限制在某一高度下飞行。对于飞行导航与控制来讲，在不通过操作员人工干预的情况下很难实现可以应对不同着陆高度要求的导航算法对飞行进行引导并完成定点着陆。

目前普遍的无人机在着陆下滑的导航设计都采用固定下滑角度高度控制的控制方式，这种方法逻辑较为简单，主要通过高度控制保证着陆位置精度。也有少数采取下滑+拉平的控制方式，在下滑阶段的控制方式与上述方式相同，在下滑阶段后加入拉平阶段，牺牲位置的控制精度对升降速率进行调整。如图1所示，具体方式为：K为空管允许的下滑初始点，B点为退出下滑阶段进入拉平阶段的转段点，H为进入拉平阶段时无人机的飞行高度，G为理想着陆点，也是地面坐标系的原点。地面坐标系中，X轴为水平位置坐标轴，向右为正(无人机由K窗口向G点着陆，待飞距离＝(0-无人机水平坐标位置)，该值随无人机下滑而逐渐减小)，Y轴为高度坐标轴，向上为正。无人机在KB段为下滑阶段，纵向控制为高度控制，KB的连线即为给定下滑线，λ为下滑阶段的下滑角，即KB延长线与X轴的夹角。无人机在BG段为拉平阶段，纵向控制为升降速度控制，防止接地时的升降速率过大导致起落架损伤。此段BG的连线不是给定轨迹曲线，可能在实际飞行中受到风干扰影响向发生改变。

根据场地需求以某一下滑角度直线下滑的算法，可能会因下滑角度陡峭导致接地时下降速率过大(设计给定下滑线时考虑无风状态，下降速率＝真空速*下滑角度的正弦值，下降速率和下滑角度成正比)，但对于带有起落架采取轮式起降的无人机来说，接地时升降速率过大对于起落架的损伤较大，会减少使用寿命。少数无人机在着陆前可通过图1中拉平的方式增大俯仰角保证着陆姿态并同时减小着陆升降速率，但是拉平阶段的纵向控制需要放弃高度控制转为升降速率控制，无人机不按给定航线飞行，在受到常值风干扰的情况下无法保证着陆位置精度，最终导致着陆点的位置与理想接地点G相差较大。

因此，如何在满足不同的机场或空域的限定条件的情况下自适应地生成着陆航线，如何在保证升降速度的同时保证着陆的位置精准等问题成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在解决上述问题之一。

本发明的主要目的在于提供一种无人机自适应着陆导航的方法。

本发明的另一目的在于提供一种无人机自适应着陆导航的装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明一方面提供了一种无人机的自适应着陆导航的方法，包括：

步骤1、以无人机当前位置的待飞距离为自变量确定下滑阶段的给定高度拟合曲线H_g(x)：