伞降固定翼无人机自主定点回收方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无人机回收技术。
【背景技术】
[0002] 无人机由于其成本低、用途广泛等优点，近年来已成为业界发展的热点。其中伞降 固定翼无人机以其续航时间长、对场地要求低等特点，非常适合应用于勘探、巡线、林业等 需要大范围长时间巡航且发射回收场地条件差的场合。
[0003] 尽管对场地要求较低，且不需要跑道等基础设施，伞降回收无人机在回收时仍需 要考虑回收场地的基本情况，除地面基本情况如是否平整、是否有积水、地面软硬程度等必 须人为考察的局部地形因素外，还包括周边有无高大山脉和建筑物拦阻以及风速风向对伞 降的影响等因素。因此，无人机的安全回收成为无人机操纵者在驾驶无人机时需要着重考 虑的问题。
[0004] 目前应用中的无人机回收技术还是依赖人为规划。通常的回收流程是：人工选取 合适的回收点、回收航向和停车高度，根据地面测量风速风向估计出飞机的回收点和开伞 点，再根据这两点规划出回收航线，使飞机按照回收航线飞行并按规划执行发动机停车和 开伞，最终完成回收。其中回收点和停车高度的选择需要考察场地局部地形和场地高度，回 收航向需要考察周边地形遮挡和风向风速。在进入回收航线的过程中，由于没有地面高程 的辅助，还需要人工控制进近降高过程，无法真正做到自主化回收。
[0005] 目前的回收方式需要无人机操纵者具备较丰富的回收经验，同时在地面站和飞机 通信故障的条件下，由于无法人工上传回收航线，飞机回收存在较大的安全风险。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种伞降固定翼无人机自主定点回收方 法，利用机载数字高程地图，在给定回收点和回收航向的条件下，由飞机自主形成回收过 程，完成自主定点回收。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0008] 步骤1，设定回收点P的坐标（Xd,yj和回收航向a;
[0009] 步骤2,判断步骤1的设定是否具备回收条件，具体步骤如下：
[0010] 步骤2. 1，生成回收区，回收区为长度L= 0. 5(Vsmin+Vsmax)T。、宽度W= 2(ts+hs/vd) %的矩形，其中，Vsmin、Vs_为安全开伞速度上下界，ts为飞机停车到开伞时间间隔，hs为飞 机开伞安全高度，^为飞机开伞后平均下降速度，为时间常数，取180,V。为速度常数，取 20;回收区的四个顶点位置为：
[0011]
[0015] 步骤2. 2,生成进近区，进近区是圆心在点0、半径为6R的圆形，其中R为飞机最小 盘旋半径，点〇的坐标为
[0016] 步骤2. 3,在数字高程地图中遍历回收区和进近区内网格点的高度，若存在点 (x，y)的高度HT大于回收点P的高度1与hs之和，则返回步骤1重新设定回收点P的坐标 和回收航向，否则进入下一步；
[0017] 步骤3,人工发出自主回收指令或机载程序判断数据链失效需要自主回收时，生成 进近降高航线，并控制飞机沿进近降高航线飞行；生成进近降高航线的步骤如下：
[0018] 步骤3. 1，计算飞机与点0的距离D。，若V6R则进入步骤3. 2 ;否则以目标点为圆 心，3R为半径，％+h,为给定高度，控制飞机进行顺时针圆盘飞行，进入步骤4 ;
[0019] 步骤3. 2,将飞机当前位置与点0连线，在数字高程地图中遍历该连线上各点的高 度，搜索到最高高度Hh，令Hh+hsS飞机给定高度，控制飞机以点0为目标点飞行；
[0020] 步骤3. 3,等待5秒后返回步骤3. 1 ;
[0021] 步骤4,生成回收航线，并控制飞机沿回收航线飞行，生成回收航线的步骤如下：
[0022] 步骤4. 1，每隔1秒检测一遍以下条件，当飞机同时满足四个条件时进入步骤4. 2 ; 四个条件为：
[0023] (1)飞机高度H满足HQ+hs-Ah〈H〈HQ+hs+Ah，其中Ah为飞机高度控制精度；
[0024] (2)飞机空速Va满足Vsniin〈Va〈Vs_;
[0025] (3)飞机处于圆心为点0'、半径为的圆内，点〇'的坐标为
[0026]
[0027] (4)航迹偏差的绝对值|d|〈Ad，其中Ad为水平导航控制精度；
[0028] 步骤4. 2，设定目标点为回收点P，进入航线点坐标为
;给定航线角a，给定高度Hd+h,;
[0029] 步骤5,根据机上测量风速风向修正回收航线，并控制飞机跟随修正的回收航线， 修正回收航线的步骤如下：
[0030]步骤5. 1，航迹偏差的绝对值IdI〈Ad且持续10秒后进入步骤5. 2 ;
[0031]步骤5. 2,风速估计
库中，ASx、ASy为飞机卫星定位位置 在一个卫星定位周期中在x，y方向上的位移，At为卫星定位周期，(i)为飞机航向角；每个 卫星定位周期进行一次风速估计，连续10个卫星定位周期后求平均值；
[0032] 步骤5.3，修正回收航线的目标点？'，目标点？'的坐标为〇^-[^#0^平 +wx(ts+hs/vd)]，yQ-[vatssin<i)平+wy(ts+hs/vd)])，其中巾平为前10个卫星定位周期的飞机航 向角平均值；
[0033] 步骤6,计算飞机与点P'的距离De
时认为飞机已接近回收点， 控制发动机停车；其中dMac;h为航点接近门限；
[0034] 步骤7,等待ts秒后控制飞机开伞；
[0035] 步骤8,飞机落地后根据机械触地开关控制飞机切伞。
[0036] 本发明的有益效果是：由于利用了数字高程地图和机载风速估计手段，极大简化 了飞机回收操作流程，减轻了无人机操作人员的操作负担。
[0037] 由于本方法可以在无人机起飞前设定，保证了在无人机数据链故障的情况下，无 人机能按照本方法安全、准确的降落在回收场地，增强了无人机自主性，降低了无人机对通 信条件的依赖。
【附图说明】
[0038] 图1是本方法总流程图；
[0039] 图2是本方法回收设定流程图；
[0040] 图3是本方法控制飞机进入进近航线流程图；
[0041] 图4是本方法控制飞机进入回收航线流程图；
[0042] 图5是本方法控制飞机进入修正回收航线流程图；
[0043] 图6是本方法控制飞机完成回收流程图；
[0044] 图7是本方法无人机回收过程平面示意图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0046] 本发明所涉方法步骤如下：
[0047] 1.人工设定回收点P(xQ,yQ)(北东坐标系中）和回收航向a。
[0048] 2.判断回收设定是否具备回收条件。具体判断步骤如下：
[0049] 1)根据给定回收点和回收方向生成回收区。回收区为长度L，宽度W的矩形。其 中L= 0. 5(Vsmin+VJTQ，W= 2(ts+hs/vd)VQ，其中Vsmin、V_^安全开伞速度上下界，单位为 米/秒，％为飞机停车到开伞时间间隔，h3为飞机开伞安全高度，v,为飞机开伞后平均下降 速度，I；为时间常数，取180秒，V^为速度常数，取20米/秒。其四个顶点位置为：
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054] 2)根据给定回收点、回收方向和计算出的回收区生成进近区。进近区为半径为6R 的圆形。其中R为飞机最小盘旋半径。其中心坐标为点〇:
[0055]
[0056] ⑴迦j力数子尚?m囹屮仕凹叹込W进近込氾围H的FJ份总的高度，若存在点 (x，y)的高度％大于设定回收点（x^y^的高度％与飞机安全开伞高度!^之和，即：
[0057] HT>H〇+hs
[0058] 则返回回收设定不符合回收条件，返回步骤1重新进行回收设定。若回收设定符 合回收条件则进入下一步。
[0059] 3.人工发出自主回收指令或机载程序判断数据链失效需要自主回收时，生成进近 降高航线，并控制飞机沿进近降高