一种基于高程地图的无人机应急着陆方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高程地图的无人机应急降落方法及系统，涉及定位导航技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于高程地图的无人机应急着陆方法及系统


[0001]本专利技术涉及定位导航
，具体涉及一种基于高程地图的无人机应急降落方法及系统
。

技术介绍

[0002]目前，随着无人机的应用愈发广泛及普及，使得在使用无人机时需考虑在发生意外故障
、
空中撞机及其他可能导致无人机需应急着陆事件后相关的处置
。
目前，无人机大部分是通过预先设定好的航线及指令或通过视距链路实时发送指令的方式进行控制，与有人驾驶的飞机相比，在无人机发生上述故障后，无人机存在失控乃至坠毁的可能，进而对降落区域人员
、
设施及无人机本身造成威胁，在此种情况下的应急着陆对于当前大部分无人机系统不是一个简单的任务
。
[0003]当无人机发动机发生故障需要应急着陆时，着陆区域人员
、
设施安全及飞机安全均需妥善考虑，针对这种状况完成应急着陆，亟待提供一种无人机应急着陆方法，保证降落区域人员
、
设施及无人机安全
。

技术实现思路

[0004]因此，为了解决无人机发生故障需要应急着陆时迅速处置，若无法飞回预计降落点则自动计算备选降落区域，执行应急着陆方案，保证降落区域人员
、
设施及无人机安全的问题，本专利技术技术方案提供一种基于高程地图的无人机应急降落方法及系统，针对无人机由于发动机等关键航电设备发生故障而必须应急着陆的情况，成熟可靠，易于实现，适用性强，保证无人机飞行安全，提高无人机应急着陆后对于着陆区域人员
、
设施以及飞机本身的安全性
。
[0005]本专利技术包括如下的技术方案：
[0006]根据本专利技术技术方案的第一方面，提供一种基于高程地图的无人机应急着陆方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，险情监控：实时监控无人机的设备工作状态进行预警，指标异常时判定为处于故障状态；
[0008]步骤2，归航判定：基于高程地图进行归航能力判定，若具备，则以原降落点附近自主生成的等待区为目标点区域进行返航；若不具备，则基于高程地图选取附近周边较为平坦的区域为目标点区域进行返航；
[0009]步骤3，返航着陆：到达所述目标点区域后，实时判断降落窗口高度，若不满足降落高度，则盘旋降高等待；若满足，则接入自动着陆控制进行应急着陆
。
[0010]进一步地，所述步骤2中，通过无人机的无动力下滑参数计算得出下滑轨迹线，通过与高程地图进行比较，进行所述归航能力判定
。
[0011]进一步地，所述无动力下滑参数计算方法如下：
[0012][0013]其中，
Δ
S
为单位时间内的距所述原降落点前进的水平距离，
Δ
Z
单位时间内的距所述原降落点下降的垂直距离
。
[0014]进一步地，所述步骤2中，所述返航过程中，横向控制律为航迹跟踪控制，纵向控制律定速下滑控制
。
[0015]进一步地，所述航迹跟踪控制律为：
[0016][0017][0018]其中，
δ
a
为副翼控制量，
p
为滚转角速度，为航迹角，为航迹角给定，为滚转角速度比例控制系数，为航迹偏差比例控制系数，为滚转偏差比例控制系数，
φ
为滚转角，
φ
g
为滚转角给定，为侧偏距比例控制系数，
Δ
Y
为侧偏距
。
[0019]进一步地，所述定速下滑控制律为：
[0020][0021][0022]其中
δ
e
为升降舵控制量，
q
为俯仰角速度，
θ
为俯仰角，
θ
g
为俯仰角给定，
V
为指示空速，
V
g
为空速给定，为俯仰角速度比例控制系数
,
为俯仰角比例控制系数
,
为空速偏差比例控制系数，为空速偏差积分控制系数
。
[0023]进一步地，所述步骤2中，通过高程地图结合无动力下滑参数选取附近周边较为平坦的区域为目标点区域
。
[0024]进一步地，通过高程地图结合无动力下滑参数选取附近周边较为平坦的区域为目标点区域的方法为：
[0025][0026][0027][0028]a
‑
h
为八个高程地图单元，和分别为从中心单元
i
开始的水平和垂直方向上的无动力下滑参数，
x
和
y
为单元格的尺寸
。
[0029]进一步地，所述步骤3中，到达所述目标点区域后，实时判断降落窗口高度具体方式为：
[0030][0031]其中，
H
U
为无人机通过机载传感器获得的无人机高度，
H
g
为降落窗口高度
。
[0032]进一步地，降落窗口高度的计算方式为：
[0033][0034]其中，
S
为根据步骤2中选取的目标区域据降落点水平距离，无动力下滑参数参考值为无人机本次无动力下滑参数平均值
。
[0035]进一步地，所述步骤3中，所述自动着陆控制使用的横向控制律为航迹跟踪控制，使用的纵向控制律为着陆下滑空速控制
。
[0036]进一步地，所述着陆下滑空速控制律为：
[0037][0038]其中
V
为指示空速，
V
g
为空速给定，
V
c
为控制速度给定，
H
为下沉率，
H
g
为下沉率给定，为高度偏差比例控制系数，为高度偏差积分控制系数
。
[0039]根据本专利技术技术方案的第二方面，提供一种基于高程地图的无人机应急着陆系统，包括：
[0040]险情监控单元，用于实时监控无人机的设备工作状态进行预警，指标异常时判定为处于故障状态；
[0041]归航判定单元，用于归航能力判定，若具备，则以原降落点附近自主生成的等待区为目标点区域进行返航；若不具备，则选取附近周边较为平坦的区域为目标点区域进行返航；
[0042]返航着陆单元，用于到达所述目标点区域后，实时判断降落窗口高度，若不满足降落高度，则盘旋降高等待；若满足，则接入自动着陆控制进行应急着陆
。
[0043]本专利技术相比现有技术有如下优点：
[0044](1)
鲁棒性增强，本方法通过险情监控，保证了无人机在无人为操作或监控的情况下仍能及时发现无人机故障状态，有助于保证各种情况下的人员
、
设施等安全；
[0045](2)
智能化程度高，运用高程地图的实时分析，本方法能够智能判定降落区域，避免了传统人工判断的不确定性，提高了着陆的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于高程地图的无人机应急着陆方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，险情监控：实时监控无人机的设备工作状态进行预警，指标异常时判定为处于故障状态；步骤2，归航判定：基于高程地图进行归航能力判定，若具备，则以原降落点附近自主生成的等待区为目标点区域进行返航；若不具备，则基于高程地图选取附近周边较为平坦的区域为目标点区域进行返航；步骤3，返航着陆：到达所述目标点区域后，实时判断降落窗口高度，若不满足降落高度，则盘旋降高等待；若满足，则接入自动着陆控制进行应急着陆
。2.
根据权利要求1所述的无人机应急着陆方法，其特征在于，所述步骤2中，通过无人机的无动力下滑参数计算得出下滑轨迹线，通过与高程地图进行比较，进行所述归航能力判定，其中，所述无动力下滑参数计算方法如下：其中，
Δ
S
为单位时间内的距所述原降落点前进的水平距离，
Δ
Z
单位时间内的距所述原降落点下降的垂直距离
。3.
根据权利要求1所述的无人机应急着陆方法，其特征在于，所述步骤2中，所述返航过程中，横向控制律为航迹跟踪控制，纵向控制律为定速下滑控制
。4.
根据权利要求3所述的无人机应急着陆方法，其特征在于，所述航迹跟踪控制律为：所述的无人机应急着陆方法，其特征在于，所述航迹跟踪控制律为：其中，
δ
a
为副翼控制量，
p
为滚转角速度，为航迹角，为航迹角给定，为滚转角速度比例控制系数，为航迹偏差比例控制系数，为滚转偏差比例控制系数，
φ
为滚转角，
φ
g
为滚转角给定，为侧偏距比例控制系数，
Δ
Y
为侧偏距
。5.
根据权利要求3所述的无人机应急着陆方法，其特征在于，所述定速下滑控制律为：所述的无人机应急着陆方法，其特征在于，所述定速下滑控制律为：其中
δ
e
为升降舵控制量，
q
为俯仰角速度，
θ
为俯仰角，
θ
g
为俯仰角给定，
V
为指示空速，
V
g
为空速给定，为俯仰角速度比例控制系数
,
为俯仰角比例控制系数

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，于濮嘉，刘壮华，胡迪，王小刚，李鹏程，苏秋月，
申请(专利权)人：航天时代飞鸿技术有限公司，
类型：发明
国别省市：