一种滑翔式无人机自主进场航路规划方法

摘要

本发明公开了一种滑翔式无人机自主进场航路规划方法，该方法以最佳滑翔方式进入着陆区域，以可变半径‘8’字形盘旋方式降低高度并调整航向，使得无人机下降到设定着陆窗口高度时，能够同时满足设定着陆航向的要求。首先根据无人机当前的位置和航程约束，初步规划一条由切线段、圆弧段和‘8’字形盘旋段组成的航线，并控制无人机沿该航线飞行，之后当无人机到达设定的着陆方向时，根据无人机当前的高度和设定的着陆窗口高度之差，动态调整盘旋段的半径和圈数，使无人机在到达设定着陆高度范围内时，满足着陆航向要求。运用本发明进行航路规划实现自主进场，可以不受天气、天候以及风干扰等客观条件的影响，具有广泛的实用性。

主权项

一种滑翔式无人机自主进场航路规划方法，包括以下几个步骤：步骤一：确定无人机进场方向；着陆场左右两边各有一个着陆窗口，分别设为O′和O，根据无人机当前的位置，判断无人机位于着陆场中心线的左侧还是右侧，若在左侧，则无人机朝左边的着陆窗口O′方向进场，若在右侧，则无人机朝右边的着陆窗口O方向进场；步骤二：初步规划进场航线；初步规划的进场航线由切线段、圆弧段、第一个‘8’字形盘旋段和其他‘8’字形盘旋段三部分组成，圆弧段的起点与切线段相连，终点为着陆窗口，‘8’字形盘旋段为中心对称结构，对称中心为着陆窗口，圆弧段与第一个‘8’字形盘旋段中上面圆形的圆弧重合，切线段与第一个‘8’字形盘旋段上面圆形相切；无人机按照切线段、圆弧段、第一个‘8’字形盘旋段、‘8’字形盘旋段依次飞行，飞行第一个‘8’字形盘旋段后，继续通过‘8’字形盘旋段调整航向和高度；‘8’字形盘旋段的半径R和圈数n由以下方程求得：L＝d+s+2πR·n其中：v为无人机的水平方向速度，v_r为无人机的下降速率，h_r为无人机当前高度与期望着陆窗口高度之差，t_g为无人机从当前高度到着陆窗口的待飞时间，L为无人机从当前高度到着陆窗口飞行长度，d为切线段的长度，s为圆弧段的长度，R的最小值取决于无人机的最小转弯半径r，最大值为r的5倍，n为整数；步骤三：控制无人机沿航线飞行；控制无人机以最大升阻比速度沿着初步规划的进场航线飞行；步骤四：判断是否进入着陆窗口高度的范围；当无人到达期望的着陆航向时，根据机载高度传感器的数据，判断无人机当前的高度与期望的着陆窗口高度之差|A|是否符合，如果不满足，进入步骤五，调整盘旋段半径和圈数；如果满足，则无人机已进入期望的着陆窗口，转入步骤六；步骤五：调整盘旋半径和圈数；根据无人机当前高度与期望的着陆窗口高度之差h_r、无人机的下降速率v_r，以及无人机水平方向速度v，按照公式调整“8”字形盘旋段的半径和圈数，无人机按照调整后的半径和圈数，继续“8”字形盘旋飞行，之后进入步骤四；步骤六：控制无人机着陆；无人机退出“8”字形盘旋，按照设定的着陆方式，沿期望的航向下滑着陆或伞降着陆。