一种无人飞行器的定点降落指引方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人飞行器的定点降落指引方法及系统，旨在提供一种定位精度高的无人飞行器的定点降落指引方法及系统。所述定点降落指引方法包括（1）指引系统搭建；（2）确认飞行器的位置；（3）调整飞行器的水平位置；（4）飞行器垂直降落的步骤。本发明专利技术抗干扰能力强，使用成本低，易于维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞行器
，尤其是涉及一种无人飞行器的定点降落指引方法及系统。
技术介绍
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。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，这样的精度，对于需要精确返回特定位置的任务就难以接受。中国专利技术专利公开号CN204845675U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；中国专利技术专利公开号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，以提高降落的精度及使用成本。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术还提供了一种无人飞行器的定点降落指引系统。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种无人飞行器的定点降落指引方法，其包括以下步骤：(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，在着陆区域的中心安装一个中心超声波接收装置，在飞行器腹部中心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心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；(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心超声波接收装置接收到的信号，实现飞行器位置的确认；(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；(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。优选的是，所述步骤(2)中确认飞行器的位置如下：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心超声波装置接收超声波发送装置发出的同一帧信号，并测出收到同一帧信号的时间，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A1、A2、A3、A4，接收到的当前时间值记为t1、t2、t3、t4；中心超声波接收装置的坐标记为A0，接收到的当前时间值记为t0，时间单位均为微妙；坐标系以1us超声波距离单位表示0.34mm，四个角在坐标轴上，中心在坐标原点，四个角的坐标分别为A1(b,0),A2(0,b),A3(-b,0),A40,-b)，其中b＝a/0.34us，记超声波速度v＝0.34(mm/us)，飞行器以时间表示的位置坐标P(x,y,z)建立模型：(x-b)2+y2+z2=(t1-t)2(x+b)2+y2+z2=(t3-t)2x2+(y-b)2+z2=(t2-t)2x2+(y+b)2+z2=(t4-t)2x2+y2+z2=(t0-t)2]]>其中：t表示发送超声波的开始时间；求解得发送超声波开始时间为：t=Σi=14[ti2-t02]-4b22Σi=14[ti-t0]=Σi=14ti2-4t02-4b22[Σi=14ti-4t0];]]>微秒；微秒；微秒；以上为坐标系oxyz的坐标(Ox＝OA1,Oy＝OA2)；获得飞行器离着陆中心距离为Po＝(t0-t)微秒；飞行器离着陆中心的水平距离微秒；飞行器高度h＝z微秒。优选的是，所述步骤(3)调整飞行器的水平位置如下：如果飞行器在P(x1,y1,z1)点悬停进入准备降落过程，这时建立降落坐标系ostz，其中原点是着陆点的中心，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，这时原来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；旋转角度β的计算：(a)如果飞行器”朝前”飞行后从P(x1,y1,z1)到达Q(x2,y2,z1)点时：cosβ=+x2-x1(x2-x1)2+(y2-y1)2,sinβ=+y2-y1(x2-x1)2+(y2-y1)2]]>(b)如果飞行器”朝后”飞行后从P(x1,y1,z1)到达Q(x2,y2,z1)点时：cosβ=-x2-x1(x2-x1)2+(y2-y1)2,sinβ=-y2-y1(x2-x1)2+(y2-y1)2]]>(c)如果飞行器”朝左”飞行后从P(x1,y1,z1)到达Q(x2,y2,z1)点时：cosβ=+y2-y1(x2-x1)2+(y2-y1)2,sinβ=-x2-x1(x2-x1)2+(y2-y1)2]]>(d)如果飞行器”朝右”飞行后从P(x1,y1,z1)到达Q(x2,y2,z1)点时：cosβ=-y2-y1(x2-x1)2+(y2-y1)2,sinβ=+x2-x1(x2-x1)2+(y2-y1)2]]>oxyz坐标系和坐标系ostz坐标对应关系stz=cosβsinβ0-sinβcosβ0001xyz]]>s=xcosβ+ysinβt=-xsinβ+ycosβz=z]]>水平位置调整过程：(1)飞行器开始悬停在点P(x1,y1,z1)；(2)飞行器“朝前”飞行500ms，位置变为Q(x2,y2,z1)；(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,z1)在ostz坐标系下的坐标Q(s,t,z)；(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(x1,y1,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；(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(x1,y1,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；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人飞行器的定点降落指引方法，其特征在于包括以下步骤：(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，在着陆区域的中心安装一个中心超声波接收装置，在飞行器腹部中心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心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；(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心超声波接收装置接收到的信号，实现飞行器位置的确认；(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；(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。

【技术特征摘要】
1.一种无人飞行器的定点降落指引方法，其特征在于包括以下步骤：
(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，在着陆区域的中心安装一个中心超声波接收装
置，在飞行器腹部中心安装一个超声波发送装置；将四个边角超声波接收装置及
中心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；
(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心超声
波接收装置接收到的信号，实现飞行器位置的确认；
(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；
(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。
2.根据权利要求1所述无人飞行器的定点降落指引方法，其特征在于：所
述步骤(2)中确认飞行器的位置如下：
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心超声波装置接收超声波发送
装置发出的同一帧信号，并测出收到同一帧信号的时间，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A1、A2、A3、A4，接收到的当
前时间值记为t1、t2、t3、t4；中心超声波接收装置的坐标记为A0，接收到的当前
时间值记为t0，时间单位均为微妙；
坐标系以1us超声波距离单位表示0.34mm，四个角在坐标轴上，中心在坐
标原点，四个角的坐标分别为A1(b,0),A2(0,b),A3(-b,0),A40,-b)，其中b＝a/0.34us，
记超声波速度v＝0.34(mm/us)，飞行器以时间表示的位置坐标P(x,y,z)建立模
型：
(x-b)2+y2+z2=(t1-t)2(x+b)2+y2+z2=(t3-t)2x2+(y-b)2+z2=(t2-t)2x2+(y+b)2+z2=(t4-t)2x2+y2+z2=(t0-t)2]]>其中：t表示发送超声波的开始时间；
求解得发送超声波开始时间为：
t=Σi=14[ti2-t02]-4b22Σi=14[ti-t0]=Σi=14ti2-4t02-4b22[Σi=14ti-4t0];]]>微秒；
微秒；
微秒；
以上为坐标系oxyz的坐标(Ox＝OA1,Oy＝OA2)；
获得飞行器离着陆中心距离为Po＝(t0-t)微秒；
飞行器离着陆中心的水平距离微秒；
飞行器高度h＝z微秒。
3.根据权利要求2所述无人飞行器的定点降落指引方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，蒋跃明，张洪波，杜伟，周朝涛，黄彬，
申请(专利权)人：昆明天龙经纬电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53