基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，通过构建无人机回收着陆装置，并根据无人机回收着陆装置构建运动学模型，并根据运动学模型构建基于舰船摇晃下的稳定性模型；利用稳定性模型计算摇荡参数；并根据摇荡参数构建基于舰船摇晃的摇荡模型，并根据摇荡模型获取无人机回收着陆的幅频特性参数；本发明专利技术在不规则摇荡条件下，对摇荡参数进行分析，得到无人机回收着陆的幅频特性参数；为后续根据无人机回收着陆的幅频特性参数构建智能自适应算法来预测瞄准点的位置，提高舰船的航向和速度以提高无人机与回收装置对接精度，奠定基础。奠定基础。奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法


[0001]本专利技术涉及无人机着陆
，具体涉及一种基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法。

技术介绍

[0002]在舰船配备有导航系统时，可以通过该导航系统测量舰船振荡和平动的全部参数。考虑到盲区以及相机镜头与回收装置瞄准点的分离特性，许多民用船舶缺少确定其摇晃参数的精确导航系统这一事实，导致无人机无法登陆民用船舶；在舰船摇晃时，船载回收装置的位置会沿垂直轴和水平轴移动，为了保证无人机与回收装置的顺利对接，有必要建立舰船在不规则波浪中摇荡模型，为不同着陆条件下的回收装置坐标预测奠定基础。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供一种基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法。
[0004]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，包括以下分步骤：S1、构建无人机回收着陆装置，并根据无人机回收着陆装置构建运动学模型；S2、根据运动学模型构建基于舰船摇晃下的稳定性模型；S3、根据稳定性模型计算摇荡参数；S4、根据摇荡参数构建基于舰船摇晃的摇荡模型，并根据摇荡模型获取无人机回收着陆的幅频特性参数。
[0005]本专利技术具有以下有益效果：通过构建无人机回收着陆装置，并根据无人机回收着陆装置构建运动学模型，并根据运动学模型构建基于舰船摇晃下的稳定性模型；利用稳定性模型计算摇荡参数；并根据摇荡参数构建基于舰船摇晃的摇荡模型，并根据摇荡模型获取无人机回收着陆的幅频特性参数；本专利技术在不规则摇荡条件下，对摇荡参数进行分析，得到无人机回收着陆的幅频特性参数；为后续根据无人机回收着陆的幅频特性参数构建智能自适应算法来预测瞄准点的位置，提高舰船的航向和速度以提高无人机与回收装置对接精度，奠定基础。
附图说明
[0006]图1为本专利技术提供的一种基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法的步骤流程图；图2为本专利技术实施例中梁式吊车和回收装置在舰船横截面内的布局示意图；图3为本专利技术实施例中用于稳定瞄准点和电视摄像机位置的伺服装置运动学示意
图；图4为本专利技术实施例中横梁转角、支柱转角和电视摄像机转角随横摇角的变化曲线；其中图4（a）为 的情况下，横梁转角，支柱转角和电视摄像机转角的关系曲线；图4（b）为 的情况下，横梁转角，支柱转角和电视摄像机转角的关系曲线；图5为本专利技术实施例中舰船摇晃时的坐标系间相互关系示意图；图6为本专利技术实施例中无人机回收装置在舰船横截面内的布局示意图；图7为本专利技术实施例中微机械加速度计测量结果和以及随时间t的变化曲线；图8为本专利技术实施例中两个空间运动坐标系之间相对关系示意图；图9为本专利技术实施例中无人机回收装置的瞄准点在不规则海浪作用下的摇荡曲线；其中图9(a)为回收装置的瞄准点P沿
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坐标系的水平轴摇荡
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的仿真结果；图9(b)为回收装置的瞄准点P沿
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坐标系的垂直轴摇荡 的仿真结果。
具体实施方式
[0007]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0008]如图1所示，本专利技术实施例提供一种基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，包括以下分步骤：S1、构建无人机回收着陆装置，并根据无人机回收着陆装置构建运动学模型；优选地，步骤S1具体为：无人机回收着陆装置包括：梁式吊车、回收着陆装置；其中：回收着陆装置包括测量装置、着陆装置；其中梁式吊车的一端与舰船刚性连接，着陆装置设置在梁式吊车的另一端，测量装置设置在着陆装置的一侧；其中测量装置包括不少于一个的微机械加速度计，着陆装置包括不少于一个的伺服装置；并根据梁式吊车、回收装置的物理结构构建运动学模型。
[0009]本专利技术实施例中，在舰船横截面内的布局示意图如图2所示，其中，A*表示梁式吊车，B*表示测量装置的安装点，P表示瞄准点，M表示着陆装置；梁式吊车与舰船刚性连接，这意味着在无人机进近着陆期间回收装置在与舰船相关的坐标系中的位置保持不变，因此预测瞄准点在无人机与回收装置对接时刻的位置可以转化为预测船体上任意点P在空间固定坐标系中的位置。使用安装在梁式吊车上的微机械加速度计的测量结果来捕捉装置的位置；且在舰船摇晃时，着陆装置会产生振荡位移；通过两个伺服装置驱动横梁相对于支柱转
动以及支柱相对于夹板转动，进而实现着陆装置的空间稳定。在机电设备中，伺服装置用于稳定着陆装置，更确切地说是稳定着陆装置上的瞄准点P以及电视摄像机在垂直平面内的线性坐标Y和Z。
[0010]其中，用于稳定瞄准点和电视摄像机位置的伺服装置运动学示意图如图3所示，加粗黑色实线表示舰船没有摇晃时横梁和支柱的位置，黑实线表示舰船倾角为时横梁和支柱的位置，黑色矩形表示舰船甲板的位置；其中，R1为瞄准点到铰链H2（横梁相对支柱转动的转轴）的距离；R2为铰链H2到铰链H1（支柱相对舰船夹板转动的转轴）的距离；Y，Z分别为垂直坐标轴和横坐标轴；L为铰链到舰船横摇轴的距离；为直线L与舰船纵向中剖面之间的夹角；为舰船的横摇角；和为铰链H1的垂直和横向位移（在舰船横摇角为时）；为水平面内横梁R1相对于舰船静止时的横梁位置的偏转角（在舰船横摇角为时）；为垂直平面内支柱R2相对于舰船静止时的支柱位置的偏移角（在舰船横摇角为时）；为横梁R1相对于支柱R2的转角（在舰船横摇角为时）；为支柱R2相对于舰船夹板的转角（在舰船横摇角为时）；A为舰船甲板；B为横梁；C为舰船横摇轴；P为瞄准点。
[0011]且与原型机（撞网回收装置）相比，将回收装置安装在延伸横梁上会显著减小船载设备的尺寸，并且在无人机着陆失败（弹簧钩与回收装置对接失败）时提高舰船安全性。
[0012]S2、根据运动学模型构建基于舰船摇晃下的稳定性模型；优选地，步骤S2具体包括以下分步骤：S21、根据运动学模型计算基于舰船摇晃下各转角值；优选地，如图3可知，在舰船的横倾角时，需要将横梁R1相对于支柱旋转角度（即，相对于初始水平位置旋转角度），且还需要将支柱R2相对于初始垂直位置旋转角度。为了保持舰船不摇晃时的电视摄像机位置，需要将电视摄像机旋转角度；电视摄像机光轴是对准捕获装置的瞄准点；电视摄像机借助于延伸横梁安装在船舷外侧，且电视摄像机的光轴对准捕获装置的瞄准点P。
[0013]优选地，步骤S21具体为：在预设横摇角度下，构建基于舰船摇晃下各转角间的运动方程，并通过各转角间的运动方程唯一确定各转角值；其中各转角间的运动方程表示为：其中，为横梁相对于支柱的旋转角度；为支柱相对于初始垂直位置的旋转
角度；为电视摄像机旋转角度；为在预设横摇角度下，水平面内横梁相对于舰船静止时的横梁位置的偏转角；为在预设横摇角度下，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建无人机回收着陆装置，并根据无人机回收着陆装置构建运动学模型；S2、根据运动学模型构建基于舰船摇晃下的稳定性模型；S3、根据稳定性模型计算摇荡参数；S4、根据摇荡参数构建基于舰船摇晃的摇荡模型，并根据摇荡模型获取无人机回收着陆的幅频特性参数。2.根据权利要求1中所述的基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，其特征在于，步骤S1具体为：无人机回收着陆装置包括：梁式吊车、回收着陆装置；其中：回收着陆装置包括测量装置、着陆装置；其中梁式吊车的一端与舰船刚性连接，着陆装置设置在梁式吊车的另一端，测量装置设置在着陆装置的一侧；其中测量装置包括不少于一个的微机械加速度计，着陆装置包括不少于一个的伺服装置；并根据梁式吊车、回收装置的物理结构构建运动学模型。3.根据权利要求1中所述的基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下分步骤：S21、根据运动学模型计算基于舰船摇晃下各转角值；S22、根据运动学模型，确定基于舰船摇晃下摇荡角的限制条件；S23、根据各转角值与摇荡角的限制条件得到基于舰船摇晃下的稳定性模型。4.根据权利要求3中所述的基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，其特征在于，步骤S21具体为：在预设横摇角度下，构建基于舰船摇晃下各转角间的运动方程，并通过各转角间的运动方程唯一确定各转角值；其中各转角间的运动方程表示为：其中，为横梁相对于支柱的旋转角度；为支柱相对于初始垂直位置的旋转角度；为电视摄像机旋转角度；为在预设横摇角度下，水平面内横梁相对于舰船静止时的横梁位置的偏转角；为在预设横摇角度下，垂直平面内支柱相对于舰船静止时的支柱位置的偏移角。5.根据权利要求4中所述的基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，其特征在于，步骤S21中，基于横摇角下，水平面内横梁相对于舰船静止时的横梁位置的偏转角与垂直平面内支柱相对于舰船静止时的支柱位置的偏移角的计算式表示为：
其中，和分别为舰船的结构设计参数，具体的，为舰船横梁相对支柱转动的转轴的距离；为支柱相对舰船夹板转动的转轴的距离，为直线与舰船纵向中剖面之间的夹角，为铰链到舰船横摇轴的距离，为为横梁相对于Z轴的夹角。6.根据权利要求5中所述的基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，其特征在于，步骤S22中基于舰船摇晃下摇荡角的限制条件表示为：其中，为横摇角设置的限制条件；为偏转角设置的限制条件。7.根据权利要求2中所述的基于舰船摇晃下无人机回收着陆的幅频特性参数获取方法，其特征在于，步骤S3包括以下分步骤：S31、根据稳定性模型构建基于舰船摇晃下的坐标系，其坐标系包括：空间固定坐标系、第一空间运动坐标系以及第二空间运动坐标系；S32、采集测量装置的测量结果结合坐标系，计算当前时刻下的横摇角，其计算式表示为：其中，为当前时刻下的横摇角，为当前时刻下平行于Gy轴测量的加速度；当前时刻下平行于Gz轴测量的加速度；为测量装置中微机械加速度计的初始角度的正弦值；为测量装置中微机械加速度计的初始角...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍建文，刘满禄，谭立国，王姮，白宏阳，张华，王琨，李亮，张新彬，侯明哲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学江南大学南京理工大学，
类型：发明
国别省市：