一种无人飞行器的定点降落指引方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及飞行器技术领域，尤其是设及一种无人飞行器的定点降落指引方法及 系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国飞行技术的发展，无人飞行器的应用正在推广普及，但要真正的实现无 人机的应用还有很多问题需要解决，精确定点降落就是目前面临的困难之一。
[0003] 目前无人机的导航主要依靠卫星定位技术，但是卫星导航定位的精度一般在5米 的范围内，较好的能到达2.5米，运样的精度，对于需要精确返回特定位置的任务就难W接 雙。
[0004] 中国发明专利公开号CN20484567抓公开了一种无人采样飞行器，但没有提及飞行 器精确降落到车载平台的方法；中国发明专利公开号CN105182994A公开了一种基于视觉的 定点降落方法，该方法是用摄像机和图像处理软件，系统复杂、成本高、易受环境光线影响 识别等弊端。因此，有必要对现有的降落方式进行革新，W提高降落的精度及使用成本。
【发明内容】
[0005] 本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种成本低，稳定性好且定位精度高的 无人飞行器的定点降落指引方法;与此同时，本发明还提供了一种无人飞行器的定点降落 指引系统。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明是通过W下技术方案实现的：
[0007] -种无人飞行器的定点降落指引方法，其包括W下步骤：
[0008] (1)指引系统搭建:设置一个正方形的着陆区域，在着陆区域的四个角上各安装一 个边角超声波接收装置，在着陆区域的中屯、安装一个中屯、超声波接收装置，在飞行器腹部 中屯、安装一个超声波发送装置;将四个边角超声波接收装置及中屯、超声波接收装置连接至 一地面定位计算机，将地面定位计算机与飞行器的控制器进行通信连接；
[0009] (2)确认飞行器的位置：当飞行器返航至着陆区域附近后，由飞行器超声波发送装 置发送一组信号，地面定位计算机根据边角超声波接收装置及中屯、超声波接收装置接收到 的信号，实现飞行器位置的确认；
[0010] (3)调整飞行器的水平位置:地面定位计算机根据飞行器的具体位置，计算飞行器 的水平移动位置，并发送至飞行器的控制器引导飞行器到达着陆区域正上方；
[0011] (4)飞行器垂直降落：当飞行器到达着陆区域正上方后，地面定位计算机发送信号 给飞行器控制器，引导飞行器垂直降到着陆区域上。
[0012] 优选的是，所述步骤(2)中确认飞行器的位置如下：
[0013] 沿着陆区域的对角线建立坐标系oxyz，对角线长为a毫米；启动超声波发送装置并 发送一组信号，边角超声波接收装置及中屯、超声波装置接收超声波发送装置发出的同一帖 信号，并测出收到同一帖信号的时间，由地面定位计算机的定时器记录；四个边角超声波接 收装置的坐标记为为41、42、43、44，接收到的当前时间值记为扣山山山;中屯、超声波接收装 置的坐标记为Ao,接收到的当前时间值记为to,时间单位均为微妙；
[0014] 坐标系Wlus超声波距离单位表示0.34mm，四个角在坐标轴上，中屯、在坐标原点， 四个角的坐标分别为41化，0)，42(0,6)，43(-6,0)，440，-6)，其中6 =曰/0.34113，记超声波速 度v = 0.34(mm/us)，飞行器W时间表示的位置坐标P(x，y，z)建立模型：
[0015]
[0016] 其中：t表示发送超声波的开始时间；
[0017] 求解得发送超声波开始时间为：
[0022] W上为坐标系oxyz的坐标(0x = 0Ai,0y = 0A2);
[0023] 获得飞行器离着陆中屯、距离为化=(to-t)微秒；
[0024] 飞行器离着陆中屯、的水平距离QB 微秒;
[0025] 飞行器高度h = z微秒。
[0026] 优选的是，所述步骤(3)调整飞行器的水平位置如下：
[0027] 如果飞行器在P(xi，yi，zi)点悬停进入准备降落过程，运时建立降落坐标系ostz， 其中原点是着陆点的中屯、，os正向是飞行器机头的方向，ot正向是飞行器的左向，OZ垂直地 面向上，运时原来oxyz坐标系水平逆时针旋转一个角度β，使用飞行器运行后前、后、左、右 的位置比较计算得出飞行器的移动轨迹；
[00%]旋转角度β的计算：
[0029] (a)如果飞行器"朝前"飞行后从P(xi，yi，z〇到达Q(X2，y2，zi)点时：
[0030]
[003。 （b)如果飞行器"朝后"飞行后从P(xi，yi，z0到达Q(X2，y2，zi)点时：
[0032]
[003；3] (c)如果飞行器"朝左"飞行后从P(xi，yi，z〇到达Q(X2，y2，zi)点时：
[0040] 水平位置调整过程：
[0041] (1)飞行器开始悬停在点P(xi，yi，zi);
[0042] (2)飞行器"朝前"飞行500ms，位置变为Q(X2，y2，zi);
[0043] (3)计算该变化的机头方位和坐标系的夹角β，计算出点Q(X2，y2，Zl)在ostz坐标系 下的坐标Q(s，t，z);
[0044] (4)前后飞行调整：如果s〉0,飞行器向后飞行500ms，如果s<0,飞行器向前飞行 500ms，每次调整前位置记为P(xi，yi，Z1)，调整后位置记为Q(X2，y2，Z1)，转换后坐标记为Q (s，t，z)，直到S靠近0为止；
[0045] (5)左右飞行调整：如果t〉0,飞行器向右飞行500ms，如果t<0,飞行器向左飞行 500ms，每次调整前位置记为P(xi，yi，Z1)，调整后位置记为Q(X2，y2，Z1)，转换后坐标记为Q (s，t，z)，直到t靠近0为止；
[0046] (6)最后调整：飞行器坐标x、y都靠近0,或者四个角接收到的当前时间值记为ti、 t2、t3、t4和中屯、点收至。的时间值记为to满足to<min {tl，t2，t3，t4}，平位置调整结束。
[0047] 优选的是，所述步骤(4)飞行器垂直降落如下：
[004引 1 )、飞行器位于着陆区内上方，等价于：t0<tl且t0<t2且t0<t3且t0<t4 ;
[0049] 2)、飞行器位于着陆区正上方，等价于:ti = t2 = t3 = t4〉to;
[0050] 当飞行器满足条件上述1)、2)时，即表面飞行器已经进入着陆区的正上方，进行垂 直降落。
[0051] -种无人飞行器的定点降落指引系统，包括飞行器的控制器;包括四个分别设置 在正方形着陆区域四个角上的边角超声波接收装置，设置在正方形着陆区域中屯、的中屯、超 声波接收装置，设置在飞行器腹部中屯、的超声波发送装置，W及连接四个边角超声波接收 装置及中屯、超声波接收装置的地面定位计算机;所述地面定位计算机与飞行器的控制器通 信连接。
[0052] 优选的是，所述地面定位计算机与飞行器的控制器通过无线收发装置实现通信连 接。
[0053] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0054] 本发明使用超声波定位技术，由飞行器上的超声波发送装置发送超声波脉冲，着 陆区域内的四个边角超声波接收装置及一个中屯、超声波接收装置接收超声波的到达时间 差，通过数学计算准确定位飞行器的位置，经过计算出最佳的控制策略，通过数字无线通道 遥控飞行器自动降落到指定的位置。本发明不仅降落精度高，而且抗干扰能力强，使用成本 低，易于维护。
【附图说明】
[0055] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 W根据运些附图获得其他的附图。
[0056] 图1为着陆区域及飞行器的坐标系示意图。
[0057] 图2为无人飞行器的定点降落指引系统的示意图。
【具体实施方式】
[0058] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059] -种无人飞行器的定点降落指引方法，如图1-2所示，其包括W下步骤：
[0060] (1)指引系统搭建:设置一个正方形的着陆区域，在着陆区域的四个角上各安装一 个边角超声波接收装置，在着陆区域的中屯、安装一个中屯、超声波接收装置，在飞行器腹部 中屯、安装一个超声波发送装置;将四个边角超声波接收装置及中屯、超声波接收装置连接至 一地面定位计算机，将地面定位计算机与飞行器的控制器进行通信连接；
[0061] (2)确认飞行器的位置：当飞行器返航至着陆区域附近后，由飞行器超声波发送装 置发送一组信号，地面定位计算机根据边角超声波接收装置及中屯、超声波接收装置接收到 的信号，实现飞行器位置的确认；
[0062] (3)调整飞行器的水平位置:地面定位计算机根据飞行器的具体位置，计算飞行器 的水平移动位置，并发送至飞行器的控制器引导飞行器到达着陆区域正上方；
[0063] (4)飞行器垂直降落：当飞行器到达着陆区域正上方后，地面定位计算机发送信号 给飞行器控制器，引导飞行器垂直降到着陆区域上。
[0064] 所述步骤(2)中确认飞行器的位置如下：
[0065] 沿着陆区域的对角线建立坐标系oxyz，对角线长为a毫米；启动超声波发送装置并 发送一组信号，边角超声波接收装置及中屯、超声波装置接收超声波发送装置发出的同一帖 信号，并测出收到同一帖信号的时间，由地面定位计算机的定时器记录；四个边角超声波接 收装置的坐标记为41、42、43、44，接收到的当前时间值记为*1山山山;中屯、超声波接收装置 的坐标记为Ao,接收到的当前时间值记为to,时间单位均为微妙；
[0066] 坐标系W lus超声波距离单位表