[发明专利]一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法

摘要

一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法。其目的是实现大型无人机在飞行过程中对小型无人机的平稳回收。本发明方法主要步骤如下：根据小型无人机的飞行性能极限，大型无人机以一个适当高度、速度和半径进行稳定的圆形轨迹飞行，并将自己的相关飞行参数发送给小型无人机；参照大型无人机的圆形飞行轨迹，小型无人机规划以相应的高度、速度和半径进行水平投影同心的圆形轨迹飞行；根据回收方式的不同，小型无人机规划圆形飞行轨迹的高度和半径可以与大型无人机圆形飞行轨迹的高度和半径有所差异；小型无人机以扩张螺旋线或收缩螺旋线的飞行轨迹进入到所规划的圆形飞行轨迹；然后通过调整无人机的飞行速度，实现两架无人机的安全接近以便回收。

主权项

1.一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法。其目的是实现大型无人机在飞行过程中对小型无人机的平稳回收。本发明方法主要步骤如下：(步骤一)假设大型无人机的最小巡航飞行速度是V_Lmin，最小巡航飞行高度是H_Lmin，最小巡航飞行半径是R_Lmin，而小型无人机的最大巡航飞行速度是V_Smax，最大巡航飞行高度是H_Smax，最大巡航飞行半径是R_Smax，则大型无人机根据空管、地形和低空气象条件，选择一个离小型无人机最近的合适空域，以速度V_L、高度H_L和半径R_L进行稳定的圆形轨迹飞行，其中V_Lmin≤V_L≤V_Smax，H_Lmin≤H_L≤H_Smax，R_Lmin≤R_L≤R_Smax，并将自己的相关飞行参数发送给小型无人机；(步骤二)参照大型无人机的圆形飞行轨迹，规划出小型无人机的在回收最后阶段与大型无人机并飞的飞行轨迹，小型无人机的并飞飞行轨迹应该是与大型无人机的圆形飞行轨迹具有相同水平投影圆心的圆形轨迹，根据回收方式的不同，为小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度H_S和半径R_S可以与大型无人机圆形飞行轨迹的高度H_L和半径R_L有所差异，小型无人机的圆形并飞飞行轨迹的高度H_S和半径R_S需要根据两架无人机巡航飞行所需满足的最小安全间隔D_Safe，以及机载回收设备的相关操作性能指标，即最大回收距离D_Rmax，而决定，小型无人机沿圆形并飞飞行轨迹的速度为V_S≤V_L；(步骤三)为小型无人机规划一条恰当的螺旋线飞行轨迹，螺旋线飞行轨迹的起点是小型无人机的当前所处位置，螺旋线飞行轨迹的终点可以是小型无人机圆形并飞飞行轨迹上的任何一个点，螺旋线飞行轨迹的末端应该以切线角度并入圆形并飞飞行轨迹，小型无人机沿螺旋线飞行轨迹进入圆形并飞飞行轨迹后的盘旋方向必须与大型无人机在其圆形轨迹上的盘旋方向相同；(步骤四)小型无人机从当前所处位置沿螺旋线飞行轨迹边飞行边调整飞行速度，从而确保最终以所规划的速度V_S飞行进入圆形并飞飞行轨迹；(步骤五)当小型无人机沿圆形并飞飞行轨迹保持速度V_S飞行稳定后，小型无人机将其相关飞行数据不断发送给大型无人机，大型无人机则根据与小型无人机的角度位置差，逐渐调整自己的飞行速度，以确保当大型无人机与小型无人机的角度位置差A_LmS小于最大回收角度差A_Rmax时，即当A_LmS≤A_Rmax时，大型无人机新的飞行速度V_LN与小型无人机的飞行速度V_S之差满足机载回收设备的相关操作性能指标，即最大回收速度差V_Rmax，也就是V_LN‑V_S≤V_Rmax；(步骤六)如果当大型无人机与小型无人机的角度位置差满足A_LmS≤A_Rmax时，两者的飞行速度之差始终大于最大回收速度差V_Rmax，即V_LN‑V_S＞V_Rmax，则大型无人机重新规划新一轮沿其圆形轨迹的变速飞行，以确保当大型无人机与小型无人机的角度位置差再度满足A_LmS≤A_Rmax时，两者的飞行速度之差能够小于最大回收速度差，期间小型无人机需要将其相关飞行数据不断发送给大型无人机；(步骤七)当大型无人机与小型无人机的角度位置差和飞行速度差都满足机载回收设备的相关操作要求时，即当A_LmS≤A_Rmax并且V_LN‑V_S≤V_Rmax时，机载回收设备开展对小型无人机的回收作业；(步骤八)如果回收作业成功，则大型无人机回收小型无人机的协同飞行过程结束，如果回收作业不成功，则从(步骤六)重新开始继续执行协同飞行，直到回收作业成功。