无人机回收过程航线规划控制方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种无人机回收过程航线规划控制方法、装置、设备及介质，包括如下步骤：根据舰船的位置和航向，实时规划无人机回收路径，包括实时规划无人机回收等待航线、回收航线和复飞航线；控制无人机按照回收规则沿回收等待航线、回收航线飞行至舰船回收装置，在不满足回收条件时再经复飞航线重新进入回收航线，调整飞行状态直至回收完成。本发明专利技术通过小型舰载无人机回收过程中的动态航线实时规划和航线动态管理，对小型舰载无人机等待、进近、回收、复飞阶段的航线计划进行实时规划，实现了小型舰载无人机航线流程和导航计算逻辑的有效控制，完善了小型舰载无人机的飞行流程规范，满足小型固定翼无人机在舰船等动平台回收的要求。的要求。的要求。

【技术实现步骤摘要】
无人机回收过程航线规划控制方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术属于飞行器控制
，特别涉及一种小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]舰载无人机是一类装备在舰船上的由飞行器、任务设备和舰面系统等组成的无人驾驶飞行器，具有成本低、使用灵活、可避免人员伤亡等优势。舰载无人机可在海上执行各类任务，应用广泛，自主性强，常用于执行空中侦察、战场监视、目标指示、中继制导、远程打击、战损评估等任务。
[0003]陆基无人机回收时通常采用静态全局的方法规划降落航线。根据无人机的飞行特性和降落跑道的确定信息，无人机沿预定航线飞行，正常情况下不会对降落航线进行实时更新。和陆基起降的无人机相比，舰载无人机系统更为复杂，研发难度更大。尤其是着舰阶段，降落平台除了自身的运动外，还要叠加上受海浪和风的扰动，使得无人机着舰难度极高，危险系数较大。
[0004]小型舰载无人机多采用撞网或天钩等方式实现在舰船上的回收。采用这类回收方式，可以使小型无人机在没有直通甲板的舰艇上进行降落，摆脱了固定翼无人机对起降跑道的依赖以及采用伞降导致降落精度不高的缺陷。为了在运动的舰船上实现无人机动基座回收，回收航线需要根据舰船的位置，航向，姿态，速度等参数进行实时地规划，陆基无人机运用的静态航线规划方法无法适用。因此，小型舰载固定翼无人机在回收过程中的航线规划必须要结合无人机的飞行特性和载船的运动信息，进行动态航线规划，确保无人机回收的准确率和安全性。
[0005]中国专利提供了“一种小型舰载无人机回收航路规划管理方法”(公开号CN 108255192A)，根据无人机的回收过程和飞行特点，将回收过程中的航路分为返航航路、进场航路、回收航路以及复飞航路、等待航路；根据无人机位置、舰船位置、舰船运动航向参数对上述航路具体航线进行实时规划；飞管计算机根据任务执行、回收条件状态对无人机进近回收航路进行阶段控制和管理，控制航路阶段的逻辑切换直至无人机回收成功。
[0006]现有的小型舰载固定翼无人机回收航线规划方法，虽然在舰载无人机回收时能提供准确有效的航线规划，但仍存在以下不足：
[0007](i)回收航线在船尾部沿舰船航向反向直线规划，占用空域海域较大，尤其在多艘舰艇编队航行阶段不利于回收；
[0008](ii)返航航线最后一点，既回收航线起点距离舰船较远(≥1.5km)，不利于飞行指挥官目视检查飞机状态，也不利于在回收过程中实时目视检测飞机状态；
[0009](iii)没有考虑无人机编队返航，多架无人机在同一条舰船降落回收时，返航等待航线的设置；整个航线没有考虑无人机飞行高度的规划；
[0010](iv)进入复飞航线时，无人机要做大的机动，航向改变160
°
，此时无人机高度较低，速度较慢，容易失速\失控，造成坠机；
[0011](v)回收航线与舰船航向平行，当回收失败，或无人机失控的险情时，无人机可能会撞毁在舰船上层建筑上，造成舰船损失，甚至人员伤亡。

技术实现思路

[0012]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种适用于天钩或撞网回收的小型舰载固定翼无人机回收航线的实时规划方法，通过小型舰载无人机回收过程中的动态航线实时规划和航线动态管理，对小型舰载无人机等待、进近、回收、复飞阶段的航线计划进行实时规划，实现了小型舰载无人机航线流程和导航计算逻辑的有效控制，完善了小型舰载无人机的飞行流程规范，满足小型固定翼无人机在舰船等动平台回收的要求；该方法能保证小型固定翼无人机舰面回收过程中航线的准确性、有效性和安全性，从而完成本专利技术。
[0013]本专利技术提供的技术方案如下：
[0014]第一方面，一种小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，包括如下步骤：
[0015]S1，根据舰船的位置和航向，实时规划无人机回收路径，包括实时规划无人机回收等待航线、回收航线和复飞航线；其中，实时规划无人机回收等待航线包括：规划回收等待航线为以航点300为圆心的圆形航线，航点300位于舰船回收装置的同侧前方，回收等待航线设在舰船回收装置的同侧前方，回收等待航线上进入回收航线的回收起始高度为80～120m；
[0016]实时规划无人机回收航线包括：规划回收航线为依次由航点301、302、303和304围成的矩形航线，航点301和304位于舰船回收装置的同侧前方，航点302位于舰船回收装置的同侧后方，回收装置所在的航点305与航点303、304共线，回收航线设在舰船回收装置的同侧，无人机经航线301
‑
302
‑
303
‑
305后回收，回收航线上航点305处回收高度为9～11m；
[0017]实时规划无人机复飞航线包括：规划复飞航线的起点位于复飞判断区或航点305处，与回收航线的夹角为(45～60)
°
，复飞航线的终点落入航段301
‑
302，复飞判断区设置于回收航线上航点305前；
[0018]S2，控制无人机按照回收规则沿回收等待航线、回收航线飞行至舰船回收装置，在不满足回收条件时再经复飞航线重新进入回收航线，调整飞行状态直至回收完成。
[0019]第二方面，一种无人机回收航线规划装置，包括回收路径规划模块和回收控制模块；
[0020]回收路径规划模块，用于根据舰船的位置和航向，实时规划无人机回收路径，无人机回收路径包括回收等待航线、回收航线和复飞航线；其中，回收等待航线是以航点300为圆心的圆形航线，航点300位于舰船回收装置的同侧前方，回收等待航线设在舰船回收装置的同侧前方，回收等待航线上进入回收航线的回收起始高度为80～120m；
[0021]回收航线是依次由航点301、302、303和304围成的矩形航线，航点301和304位于舰船回收装置的同侧前方，航点302位于舰船回收装置的同侧后方，回收装置所在的航点305与航点303、304共线，回收航线设在舰船回收装置的同侧，无人机经航线301
‑
302
‑
303
‑
305后回收，回收航线上航点305处回收高度为9～11m；
[0022]回收航线上航点305前设置有复飞判断区，复飞航线的起点位于复飞判断区或航
点305处，与回收航线的夹角为(45～60)
°
，复飞航线的终点落入航段301
‑
302；
[0023]回收控制模块，用于控制无人机按照回收规则沿回收等待航线、回收航线飞行至舰船回收装置，在不满足回收条件时再经复飞航线重新进入回收航线，调整飞行状态直至回收完成。
[0024]第三方面，一种小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制设备，包括：
[0025]一个或多个处理器；
[0026]存储装置，用于存储一个或多个程序，
[0027]当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，根据舰船的位置和航向，实时规划无人机回收路径，包括实时规划无人机回收等待航线、回收航线和复飞航线；其中，实时规划无人机回收等待航线包括：规划回收等待航线为以航点300为圆心的圆形航线，航点300位于舰船回收装置的同侧前方，回收等待航线设在舰船回收装置的同侧前方，回收等待航线上进入回收航线的回收起始高度为80～120m；实时规划无人机回收航线包括：规划回收航线为依次由航点301、302、303和304围成的矩形航线，航点301和304位于舰船回收装置的同侧前方，航点302位于舰船回收装置的同侧后方，回收装置所在的航点305与航点303、304共线，回收航线设在舰船回收装置的同侧，无人机经航线301
‑
302
‑
303
‑
305后回收，回收航线上航点305处回收高度为9～11m；实时规划无人机复飞航线包括：规划复飞航线的起点位于复飞判断区或航点305处，与回收航线的夹角为(45～60)
°
，复飞航线的终点落入航段301
‑
302，复飞判断区设置于回收航线上航点305前；S2，控制无人机按照回收规则沿回收等待航线、回收航线飞行至舰船回收装置，在不满足回收条件时再经复飞航线重新进入回收航线，调整飞行状态直至回收完成。2.根据权利要求1所述的小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述实时规划无人机回收等待航线，还包括确定无人机盘旋半径R1、舰船航向与航点305和300连线的夹角A2、以及航点305至300的距离在航向上的投影长度D1。3.根据权利要求2所述的小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，所述无人机盘旋半径R1＝(4～5)
×
R
min
，其中R
min
为无人机的最小转弯半径；所述航点305至300的距离在航向上的投影长度D1＝(1.5～2.0)
×
R1；所述舰船航向与航点305和300连线的夹角A2满足回收等待航线不与舰船航线交叉，无人机在回收等待航线上的最远点与回收航点305的距离不大于1000m。4.根据权利要求3所述的小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，所述舰船航向与航点305和300连线的夹角A2为26.6
°
～31.0
°
。5.根据权利要求1所述的小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述实时规划无人机回收等待航线，还包括规划回收窗口，回收窗口指的是从回收等待航线切入到回收航线的窗口；具体地，由航点301向等待航线做切线，相切于A、B两点，由航点301向航点300引直线，与等待航线相交于C、D两点，确定弧BDAC为回收窗口。6.根据权利要求1所述的小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述实时规划无人机回收航线，还包括确定航线偏角A1，进近距离L1，侧向距离L2，复飞距离L3，其中航线偏角A1指的是舰船航向与航点303和304连线的夹角；进近距离L1指的是航点303至航点305的距离；侧向距离L2指的是航点302至航点303的距离；复飞距离L3指的是航点305至航点304的距离。7.根据权利要求6所述的小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，所述航线偏角A1＝(10～15)
°
；进近距离L1＝(航线301
‑
302
‑
303
‑
305的长度
‑
侧向距离L2
‑
复飞距离L3)/2；复飞距离L3＝(4～5)
×
R
min
×
余量系数；
侧向距离L2＝L3
×
tan(45
°
～60
°
)。8.根据权利要求1所述的小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述实时规划无人机回收航线，还包括规划复飞判断区，确定复飞判断区为位于航点305前的长方体空间，长方体的宽为回收阈值中的最大侧偏偏差；高为回收阈值中的最大高度偏差，复飞判断区的长度L4＝150～250m。9.根据权利要求1所述的小型舰载固定翼无人机回收过程航线规划控制方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤：S2.1，向无人机发出返航指令，使无人机以巡航速度沿预先规划的返航航线返回到舰船附近的回收等待航线，并在到达回收等待航线前将高度降低到500～1000m；S2.2，在无人机进入回收等待航线后，使无人机以顺时针盘旋等待并降低高度，当高度降低到回收起始高度80～120m时，发送回收指令，使无人机在回收窗口进入回收航线；S2.3，控制无人机经过回收航线的航点301、302、303，进入航段303
‑
305，在回收航线上无人机进一步下降高度至回收高度9～11m，逐渐减速至回收空速；在该航段的最后150～250m内，无人机进入复飞判断区，实时判断无人机的高度、侧偏偏差是否满足回收阈值，若不满足则使无人机立刻进入复飞航线，自动复飞；若满足则继续执行回收航线，直至经过航点305；S2.4，当无人机经过航点305的瞬间，判断是否成功撞索，若成功则发动机停车，结束飞行；若失败，则立刻进入复飞航线；S2.5，在无人机完成复飞航线后，控制无人机重新进入回收航线，重复步骤S2.3；S2.6，在整个回收过程中，向无人机发出退出回收指令后，无人机将直接返回回收等待航线，将高度保持在回收起始高度80～120m，速度保持在巡航空速，进行盘旋，并等待进一步指令。10.一种小型舰...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄智，张建强，向文豪，李东宸，苏润丛，侯雪剑，张博勋，刘元魁，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：