專利名稱：一種滑翔式無(wú)人機(jī)自主進(jìn)場(chǎng)航路規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滑翔式無(wú)人機(jī)自主進(jìn)場(chǎng)航路規(guī)劃方法，屬于無(wú)人機(jī)導(dǎo)航制導(dǎo)與控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
滑翔機(jī)是一種沒(méi)有動(dòng)力裝置，重于空氣的固定翼航空器。滑翔機(jī)在下滑飛行中依靠自身重力的分量獲得前進(jìn)動(dòng)力，這種損失高度的無(wú)動(dòng)力下滑飛行稱滑翔。滑翔中前進(jìn)的距離與下沉的高度之比叫做滑翔比，滑翔比是衡量滑翔性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。由滑翔飛行的平衡關(guān)系可知，滑翔比與升阻比相等。目前，高級(jí)滑翔機(jī)的升阻比最高已超過(guò)50，SP在無(wú)風(fēng)條件下，滑翔機(jī)每下降I米的高度就可在水平方向上滑翔50米的距離?；枋綗o(wú)人機(jī)的進(jìn)場(chǎng)著陸方式通?？煞譃閭憬岛突祪煞N。傘降方式是指無(wú)人機(jī)滑翔到達(dá)預(yù)定著陸場(chǎng)上空的一定高度后自動(dòng)或遙控打開(kāi)降落傘著陸?；捣绞街笩o(wú)人機(jī)滑翔到達(dá)著陸場(chǎng)后，調(diào)整無(wú)人機(jī)的航向和高度，使得無(wú)人機(jī)進(jìn)入設(shè)定的著陸窗口，之后控制無(wú)人機(jī)沿給定的下滑曲線下滑并在跑道上著陸。可見(jiàn)，無(wú)論是傘降還是滑降，都需要無(wú)人機(jī)在著陸前調(diào)整好高度和航向，即進(jìn)入下滑窗口，然后通過(guò)開(kāi)傘或下滑實(shí)現(xiàn)安全著陸。滑翔式無(wú)人機(jī)在進(jìn)場(chǎng)時(shí)通常需要使飛機(jī)保持在最大滑翔比速度飛行，這樣可以以損失最小的高度來(lái)保證最大的飛行距離。由于無(wú)人機(jī)每次在滑翔進(jìn)場(chǎng)時(shí)其飛行狀態(tài)(飛行高度、進(jìn)場(chǎng)方向、相對(duì)機(jī)場(chǎng)的位置)各不一樣，且進(jìn)場(chǎng)過(guò)程中還會(huì)受到風(fēng)干擾等不確定因素的影響，無(wú)人機(jī)到達(dá)設(shè)定著陸窗口附近的高度、航向及狀態(tài)差別很大，導(dǎo)致無(wú)法有效地進(jìn)入設(shè)定的著陸窗口，給安全著陸帶來(lái)隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高滑翔式無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)航路規(guī)劃能力，提出一種自主進(jìn)場(chǎng)航路規(guī)劃方法，通過(guò)規(guī)劃一條包含切線段、圓弧段和“8”字形盤(pán)旋段三部分的航線，使無(wú)人機(jī)能夠以設(shè)定的著陸窗口高度到達(dá)著陸窗口，保證著陸安全。一種滑翔式無(wú)人機(jī)自主進(jìn)場(chǎng)航路規(guī)劃方法，包括以下幾個(gè)步驟:步驟一:確定無(wú)人機(jī)進(jìn)場(chǎng)方向；著陸場(chǎng)左右兩邊各有一個(gè)著陸窗口，分別設(shè)為O'和0，根據(jù)無(wú)人機(jī)當(dāng)前的位置，判斷無(wú)人機(jī)位于著陸場(chǎng)中心線的左側(cè)還是右側(cè)，若在左側(cè)，則無(wú)人機(jī)朝左邊的著陸窗口 O'方向進(jìn)場(chǎng)，若在右側(cè)，貝1J無(wú)人機(jī)朝右邊的著陸窗口 O方向進(jìn)場(chǎng)；步驟二:初步規(guī)劃進(jìn)場(chǎng)航線；初步規(guī)劃的進(jìn)場(chǎng)航線由切線段、圓弧段、第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段和其他‘8’字形盤(pán)旋段三部分組成，圓弧段的起點(diǎn)與切線段相連，終點(diǎn)為著陸窗口，‘8’字形盤(pán)旋段為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)稱中心為著陸窗口，圓弧段與第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段中上面圓形的圓弧重合，切線段與第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段上面圓形相切；無(wú)人機(jī)按照切線段、圓弧段、第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段、‘8’字形盤(pán)旋段依次飛行，飛行第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段后，繼續(xù)通過(guò)‘8’字形盤(pán)旋段調(diào)整航向和高度；‘8’字形盤(pán)旋段的半徑R和圈數(shù)η由以下方程求得:L = d+s+2 Ji R.η其中:
權(quán)利要求
1.一種滑翔式無(wú)人機(jī)自主進(jìn)場(chǎng)航路規(guī)劃方法，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一:確定無(wú)人機(jī)進(jìn)場(chǎng)方向； 著陸場(chǎng)左右兩邊各有一個(gè)著陸窗口，分別設(shè)為O'和O，根據(jù)無(wú)人機(jī)當(dāng)前的位置，判斷無(wú)人機(jī)位于著陸場(chǎng)中心線的左側(cè)還是右側(cè)，若在左側(cè)，則無(wú)人機(jī)朝左邊的著陸窗口 O'方向進(jìn)場(chǎng)，若在右側(cè)，則無(wú)人機(jī)朝右邊的著陸窗口 O方向進(jìn)場(chǎng)； 步驟二:初步規(guī)劃進(jìn)場(chǎng)航線； 初步規(guī)劃的進(jìn)場(chǎng)航線由切線段、圓弧段、第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段和其他‘8’字形盤(pán)旋段三部分組成，圓弧段的起點(diǎn)與切線段相連，終點(diǎn)為著陸窗口，‘8’字形盤(pán)旋段為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)稱中心為著陸窗口，圓弧段與第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段中上面圓形的圓弧重合，切線段與第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段上面圓形相切； 無(wú)人機(jī)按照切線段、圓弧段、第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段、‘8’字形盤(pán)旋段依次飛行，飛行第一個(gè)‘8’字形盤(pán)旋段后，繼續(xù)通過(guò)‘8’字形盤(pán)旋段調(diào)整航向和高度； ‘8’字形盤(pán)旋段的半徑R和圈數(shù)η由以下方程求得: L = d+s+2 Ji R.η ..其中:L = Vl,, =—^, ν為無(wú)人機(jī)的水平方向速度為無(wú)人機(jī)的下降速率，為無(wú)人機(jī)當(dāng)前高度與期望著陸窗口高度之差，tg為無(wú)人機(jī)從當(dāng)前高度到著陸窗口的待飛時(shí)間，L為無(wú)人機(jī)從當(dāng)前高度到著陸窗口飛行長(zhǎng)度，d為切線段的長(zhǎng)度，s為圓弧段的長(zhǎng)度，R的最小值取決于無(wú)人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑r,最大值為r的5倍，η為整數(shù)； 步驟三:控制無(wú)人機(jī)沿航線飛行； 控制無(wú)人機(jī)以最大升阻比速度沿著初步規(guī)劃的進(jìn)場(chǎng)航線飛行； 步驟四:判斷是否進(jìn)入著陸窗口高度的范圍； 當(dāng)無(wú)人到達(dá)期望的著陸航向時(shí)，根據(jù)機(jī)載高度傳感器的數(shù)據(jù)，判斷無(wú)人機(jī)當(dāng)前的高度與期望的著陸窗口高度之差|Α|是否符合，如果不滿足，進(jìn)入步驟五，調(diào)整盤(pán)旋段半徑和圈數(shù)；如果滿足，則無(wú)人機(jī)已進(jìn)入期望的著陸窗口，轉(zhuǎn)入步驟六； 步驟五:調(diào)整盤(pán)旋半徑和圈數(shù)； 根據(jù)無(wú)人機(jī)當(dāng)前高度與期望的著陸窗口高度之差匕、前一分鐘的平均下降速率以 vh及無(wú)人機(jī)水平方向速度V，按照公式」1 = 2^."，調(diào)整“8”字形盤(pán)旋段的半徑和圈數(shù)，無(wú)人 K機(jī)按照調(diào)整后的半徑和圈數(shù)，繼續(xù)“8”字形盤(pán)旋飛行，之后進(jìn)入步驟四； 步驟六:控制無(wú)人機(jī)著陸； 無(wú)人機(jī)退出“8”字形盤(pán)旋，按照設(shè)定的著陸方式，沿期望的航向下滑著陸或傘降著陸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑翔式無(wú)人機(jī)自主進(jìn)場(chǎng)航路規(guī)劃方法，|a|<20米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種滑翔式無(wú)人機(jī)自主進(jìn)場(chǎng)航路規(guī)劃方法，該方法以最佳滑翔方式進(jìn)入著陸區(qū)域，以可變半徑‘8’字形盤(pán)旋方式降低高度并調(diào)整航向，使得無(wú)人機(jī)下降到設(shè)定著陸窗口高度時(shí)，能夠同時(shí)滿足設(shè)定著陸航向的要求。首先根據(jù)無(wú)人機(jī)當(dāng)前的位置和航程約束，初步規(guī)劃一條由切線段、圓弧段和‘8’字形盤(pán)旋段組成的航線，并控制無(wú)人機(jī)沿該航線飛行，之后當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)設(shè)定的著陸方向時(shí)，根據(jù)無(wú)人機(jī)當(dāng)前的高度和設(shè)定的著陸窗口高度之差，動(dòng)態(tài)調(diào)整盤(pán)旋段的半徑和圈數(shù)，使無(wú)人機(jī)在到達(dá)設(shè)定著陸高度范圍內(nèi)時(shí)，滿足著陸航向要求。運(yùn)用本發(fā)明進(jìn)行航路規(guī)劃實(shí)現(xiàn)自主進(jìn)場(chǎng)，可以不受天氣、天候以及風(fēng)干擾等客觀條件的影響，具有廣泛的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G05D1/10GK103176476SQ20131007469
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者王宏倫, 呂文濤, 鄭麗麗, 向錦武 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)