一种固定翼无人机地面发射系统及控制方法与流程
本发明涉及一种固定翼无人机地面发射系统及控制方法，为无人机飞行控制技术领域。
背景技术：
近年来，无人机技术取得了快速发展，在军民各个应用领域取得了广泛的应用。从飞行原理的角度，无人机可以分为两类，旋翼类和固定翼类，其中旋翼类具有垂直起降能力，固定翼类则需要较高的飞行速度实现飞行，其起飞方式多采用滑跑、空投、炮射、火箭助推、液压气动弹射、手抛等。
现有固定翼无人机发射方式适应面较窄：，空投、炮射、火箭助推发射成本较高，危险性大，大大限制了该类型无人机在民用领域的推广应用；液压气动弹射需要对不同型号分别设计制造，手抛则只适用于微小型低速无人机。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种固定翼无人机地面发射系统，解决了现有固定翼无人机发射技术中存在的适应面窄，危险性大的问题。
本发明的另一目的是提供一种固定翼无人机地面发射系统的控制方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，
一种固定翼无人机地面发射系统，包括指控分系统和发射车分系统。
本发明的特点还在于：
指控分系统包含了地面站，地面站分别连接有gpsrtk基站、电台地面端，以及遥控器。
发射车分系统包括发射车框架、动力系统、以及发射车控制子系统；
所述发射车框架包括车身框架，车身框架上固接有前三点起落架；
所述发射车控制子系统包括发射车控制器，发射车控制器的输入端分别连接有电台车载端、双天线差分gps、接收机，发射车控制器的输出端依次连接有舵机控制器、方向舵舵机、差动刹车控制舵机、前轮转弯舵机，所述发射车控制器还连接有动力系统。
所述前轮转弯舵机安装在前起落架上，差动刹车舵机安装在主起落架上，方向舵纠偏舵机安装于无人机机身后部的垂尾内，发射车框架上还安装有无人机的锁紧与释放装置。
电台地面端和电台车载端通过无线信号保持通信连接，所述遥控器和接收机通过无线信号保持通信连接。
本发明的另一种技术方案为：
一种固定翼无人机地面发射系统的控制方法，采用一种固定翼无人机地面发射系统；具体包括以下步骤：
步骤1，地面站通过显示控制界面对发射车控制器进行参数装订，装订跑道起点经纬度、终点经纬度、航向、跑道宽度、跑道长度以及待发射无人机起飞速度；
步骤2，完成待发射无人机在发射车上的安装固定；
步骤3，系统准备完毕后，地面站发送起飞指令，发射车自动起飞逻辑，根据速度指令进行速度闭环，给出控制油门；同时，引入纠偏逻辑，对发射车偏离跑道中心线的距离进行控制，保持发射车在跑道中间加速滑跑；
步骤4，随着步骤3中发射车的加速，到达不同速度时，发射出与此速度适配的无人机，发射后的无人机完成发射进入空中逻辑，以实现不同起飞速度的无人机由同一发射车发送；
步骤5，完成全部无人机起飞任务后，发射车控制关闭发动机，同时发射车进入刹车逻辑，使其速度逐渐减为零，在此过程中，发射车控制器一直处于纠偏逻辑，保持发射车在跑道中间加速滑跑；
步骤6，发射车停止后，地面站触发“手动控制”指令，由地面操控员通过地面遥控器对发射车的速度、航向进行控制，操纵发射车滑回起点，完成发射车的撤收。
步骤1中跑道参数具体包括跑道起点经纬度、终点经纬度、航向、宽度和长度。
步骤3中自动控制方法具体为：
根据实际速度和速度指令的偏差，给出发射车的油门指令，从而保证发射车按照指定的速度向前滑行；
速度控制：δt＝kvp(vc-v)+kvi∫(vc-v)dt，其中kvp、kvi为速度控制比例积分系数，v为gps测量滑跑速度，vc为滑跑速度指令。
步骤3中纠偏控制方法具体为：
其中，y为发射车偏离跑道中线的侧偏距离，yg为发射车偏离跑道中线的侧偏距离指令，通常设置为零；
步骤6中手动控制方法具体为：
速度控制：δt＝油门比例指令∈[0,1]，δt为给定动力系统指令；
纠偏控制：δr＝纠偏比例指令∈[-1,1]，δq为前轮转弯舵机指令，按照前轮转弯舵机行程进行分配，δq＝kqδr，
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述发射车可以采用自动和手动两种控制模式，并可根据待发射无人机的起飞性能对发射车控制逻辑进行灵活调整，可适应不同型号无人机的发射需求
2.本发明所述发射车涉及的起落架只需进行地面滑行，因此不需要开展落震试验，起落架的设计和制造成本低；
3.本发明所述发射系统可以通过扩展安装位安装多架无人机，通过调整发射逻辑适应多型无人机在一次滑跑的不同速度下发射升空，因此可以在一次滑跑中实现多架同构/异构无人机的快速发射，可大大提高无人机的应急部署能力；
附图说明
图1为本发明一种固定翼无人机地面发射系统的电气结构示意图。
图2为本发明一种固定翼无人机地面发射系统的控制方法中控制逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种固定翼无人机地面发射系统，包括指控分系统和发射车分系统。
指控分系统包含了地面控制站，地面控制站分别连接有gpsrtk基站、电台地面端，以及遥控器。
发射车分系统包括发射车框架、动力系统、以及发射车控制子系统；
所述发射车框架包括车身框架，车身框架上固接有前三点起落架；
所述发射车控制子系统包括发射车控制器，发射车控制器的输入端分别连接有电台车载端、双天线差分gps、接收机，发射车控制器的输出端依次连接有舵机控制器、方向舵舵机、差动刹车控制舵机、前轮转弯舵机，所述发射车控制器还连接有动力系统。
所述前轮转弯舵机安装在前起落架上，差动刹车舵机安装在主起落架上，方向舵纠偏舵机安装于无人机机身后部的垂尾内，发射车框架上还安装有无人机的锁紧与释放装置。
电台地面端和电台车载端通过无线信号保持通信连接，所述遥控器和接收机通过无线信号保持通信连接。
一种固定翼无人机地面发射系统的控制方法，采用一种固定翼无人机地面发射系统；具体包括以下步骤：
步骤1，地面站通过显示控制界面对发射车控制器进行参数装订，装订跑道起点经纬度、终点经纬度、航向、跑道宽度、跑道长度以及待发射无人机起飞速度；
步骤2，完成待发射无人机在发射车上的安装固定；
步骤3，系统准备完毕后，地面站发送起飞指令，发射车自动起飞逻辑，根据速度指令进行速度闭环，给出控制油门；同时，引入纠偏逻辑，对发射车偏离跑道中心线的距离进行控制，保持发射车在跑道中间加速滑跑；
步骤4，随着步骤3中发射车的加速，到达不同速度时，发射出与此速度适配的无人机，发射后的无人机完成发射进入空中逻辑，以实现不同起飞速度的无人机由同一发射车发送；
步骤5，完成全部无人机起飞任务后，发射车控制关闭发动机，同时发射车进入刹车逻辑，使其速度逐渐减为零，在此过程中，发射车控制器一直处于纠偏逻辑，保持发射车在跑道中间加速滑跑；
步骤6，发射车停止后，地面站触发“手动控制”指令，由地面操控员通过地面遥控器对发射车的速度、航向进行控制，操纵发射车滑回起点，完成发射车的撤收。
步骤1中跑道参数具体包括跑道起点经纬度、终点经纬度、航向、宽度和长度。
步骤3中自动控制方法具体为：
根据实际速度和速度指令的偏差，给出发射车的油门指令，从而保证发射车按照指定的速度向前滑行；
速度控制：δt＝kvp(vc-v)+kvi∫(vc-v)dt，其中kvp、kvi为速度控制比例积分系数，v为gps测量滑跑速度，vc为滑跑速度指令。
步骤3中纠偏控制方法具体为：
其中，y为发射车偏离跑道中线的侧偏距离，yg为发射车偏离跑道中线的侧偏距离指令，通常设置为零；
步骤6中手动控制方法具体为：
速度控制：δt＝油门比例指令∈[0,1]，δt为给定动力系统指令；
纠偏控制：δr＝纠偏比例指令∈[-1,1]，δq为前轮转弯舵机指令，按照前轮转弯舵机行程进行分配，δq＝kqδr，
指控分系统包含了地面站、gpsrtk基站、电台地面端、遥控器。其中，
地面站采用便携式加固计算机，部署了数据接收、发送和保存软件、显示与控制软件、rtk修正信息接受与转发软件。
gpsrtk基站为载波相位差分gps的地面支撑设备，基站采集载波相位信息，同时发给机载接收机和车载接收机，进行求差解算坐标，可实时得到厘米级定位精度的定位数据，本发明中的车载双天线gps与机载gps共用一套gpsrtk基站。
电台地面端与电台车载端构成无线通信通道，用于收发地面站遥控信息与车载的遥测信息；
遥控器用于手动模式下由地面操作手实现对发射车速度和航向/航线的控制。
如图1所示，发射车分系统包含了电台车载端、接收机、发射车车身框架、前三点起落架、动力系统、锁紧与释放装置、发射车控制器、双天线gps、前轮转弯舵机、方向舵纠偏舵机、差动刹车舵机l、差动刹车舵机r。
电台车载端与电台地面端构成无线通信通道，用于收发地面站遥控信息与车载的遥测信息；
接收机用于接受地面遥控器发送上来的油门指令、转弯指令与纠偏指令。
前三点起落架采用了常规的前三点起落架，并配备了前轮转弯舵机、后轮差动刹车舵机，此外，起落架上方可以根据结构布置适当气动外形的上装用以固定单架或多架无人机。
动力系统根据需要发射的无人机重量、离地速度和机场跑道来适配；
锁紧与释放装置用于起飞加速过程中无人机的固定，以及到速度后无人机的释放；
发射车安装了双天线gps来测量发射车的滑行速度、航向、距离机场中线的侧偏距离，安装了偏航角速率陀螺测量发射车偏航角速率，用于增加纠偏阻尼。
为了实现滑跑纠偏控制，使用前轮转弯与差动刹车实现纠偏，低速时使用前轮转弯纠偏，高速时使用差动刹车纠偏。
发射车控制器用于实现自动起飞与手动起飞逻辑控制功能；主要功能有速度控制、纠偏控制。
具体关系如下：
发射车车身框架、前三点起落架与动力系统构成了发射车框架，其他各模块安装于发射车上，其中前轮转弯舵机安装在前起落架上，差动刹车舵机l、差动刹车舵机r安装在主起落架上，方向舵纠偏舵机安装于垂尾内，锁紧与释放装置安装与发射车框架上。
实施例：
异构三机起飞过程：
本实施例考虑三型无人机uav1、uav2、uav3，起飞速度分别为v1、v2、v3,且v1＜v2＜v3；
1.地面站通过显示控制界面对发射车控制器进行参数装订，装订跑道参数(航向、长度)、起飞速度。
2.对无人机飞控进行合理配置，使其各自释放后能够进入空中逻辑，并完成安装固定；
3.系统准备完毕后，地面站发送起飞指令，如图2所示，发射车按照自动控制逻辑进入自动起飞逻辑，根据速度指令控制油门，速度曲线为斜坡曲线；同时，引入纠偏逻辑，对侧偏距进行控制，用以保持发射车在跑道中间加速。
4.当速度达到v1时，释放uav1,无人机离开发射车，无人机进入空中逻辑，完成起飞；当速度达到v2时，释放uav2,无人机离开发射车，无人机进入空中逻辑，完成起飞；当速度达到v3时，释放uav3,无人机离开发射车，无人机进入空中逻辑，完成起飞；
5.完成起飞后，发射车控制关闭发动机，同时发射车进入刹车逻辑，使其速度逐渐减为零；
6.发射车停止后，地面站触发“手动控制”指令，地面操作手控制发射车滑回起点，完成起飞过程。
本发明发射系统采用多种控制模式，使用灵活，可适应各种发射需求；起落架不需要开展落震试验，不需要考虑轻量化设计，缩短周期、降低成本；可以根据发射无人机对发射车上装和控制逻辑参数进行灵活调整；可以提升动力，实现多架/异构无人机的快速发射，便于无人机编队飞行。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！