本發(fā)明公開(kāi)了一種固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接方法及裝置，實(shí)現(xiàn)固定翼無(wú)人機(jī)在空中相互對(duì)接。

背景技術(shù)：

1、無(wú)人機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到軍事、農(nóng)業(yè)、物流、電力等多個(gè)領(lǐng)域，在單機(jī)性能的提升之外，各國(guó)也在大力發(fā)展無(wú)人機(jī)自主技術(shù)，無(wú)人機(jī)自主在在陸地、海上、空中對(duì)接回收的技術(shù)在不斷發(fā)展，以滿足未來(lái)無(wú)人機(jī)集群的。

2、基于不同降落平臺(tái)環(huán)境，無(wú)人機(jī)對(duì)接方式和要求也不同。在已有研究中，中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)“一種基于雙目立體視覺(jué)的無(wú)人機(jī)自主空中對(duì)接方法”（公開(kāi)號(hào)：cn116860000a，公開(kāi)日：2023年10月10日），基于模型預(yù)測(cè)控制的軌跡規(guī)劃方法，構(gòu)建基于pid-干擾觀測(cè)器的對(duì)接控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接軌跡的規(guī)劃.中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)“一種基于直接力控制的固定翼無(wú)人機(jī)空中回收精確對(duì)接控制方法”（公開(kāi)號(hào)：cn117170409a，公開(kāi)日：2023年12月05日），基于直接力控制，選取合適的控制舵面組合形式，保持無(wú)人機(jī)俯仰姿態(tài)不變,建立垂直平移模態(tài)，實(shí)現(xiàn)固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接回收。中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)“四旋翼無(wú)人機(jī)空中充電子母機(jī)精準(zhǔn)對(duì)接控制方法及系統(tǒng)”（公開(kāi)號(hào)：cn113900453a，公開(kāi)日：2022年01月07日），通過(guò)視覺(jué)處理模塊獲取水平位置信息,激光測(cè)距儀獲取高度信息,分別傳入水平位置控制器與高度控制器,控制四旋翼無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)降落。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明公開(kāi)了一種固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接方法及裝置，所提供的方法綜合任務(wù)規(guī)劃，軌跡設(shè)計(jì)，多傳感器信息融合，實(shí)現(xiàn)固定翼無(wú)人機(jī)在空中相互對(duì)接，使無(wú)人機(jī)的使用方法更加多樣化。

2、技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、第一方面，提供一種固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接方法，當(dāng)無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)水平坐標(biāo)誤差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，執(zhí)行對(duì)接回收任務(wù)，且對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中僅調(diào)整無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)在垂直方向的位置與姿態(tài)：

4、在t時(shí)刻，無(wú)人機(jī)在垂直方向以指數(shù)函數(shù)的形式接近移動(dòng)平臺(tái)，同時(shí)設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)在降落任務(wù)中的水平速度變化曲線，并對(duì)無(wú)人機(jī)對(duì)接區(qū)域終端進(jìn)行約束，?yu為對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中無(wú)人機(jī)在大地坐標(biāo)系中y軸方向的坐標(biāo)，yf0為對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系中y軸方向的坐標(biāo)，δy為新坐標(biāo)系下對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)的高度差，δx為新坐標(biāo)系下對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)的水平間隔，δx0為新坐標(biāo)系下對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)的水平間隔，θ為移動(dòng)平臺(tái)速度與地面夾角，vux為對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中無(wú)人機(jī)在大地坐標(biāo)系中x軸方向的速度， v ux0為對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻無(wú)人機(jī)在大地坐標(biāo)系中 x方向的速度，kh為高度調(diào)節(jié)參數(shù)，kv為速度調(diào)節(jié)參數(shù)，ufy為對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系中y軸方向的速度，kr為任務(wù)時(shí)間參數(shù)，xf為對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系中x軸方向的坐標(biāo)，?xu為對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中無(wú)人機(jī)在大地坐標(biāo)系中x軸方向的坐標(biāo)。

5、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，無(wú)人機(jī)在對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中任意時(shí)刻的控制量為：

6、無(wú)人機(jī)推力，航跡角，其中，為無(wú)人機(jī)受到的阻力，vfx為對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系中x軸方向的速度；

7、設(shè)計(jì)油門(mén)變化速率控制率，其中，為油門(mén)控制系統(tǒng)的比例增益，為油門(mén)控制系統(tǒng)的積分增益，為實(shí)際飛機(jī)推力，為油門(mén)延遲的補(bǔ)償系數(shù)，s為復(fù)變量；

8、無(wú)人機(jī)俯仰角與移動(dòng)平臺(tái)保持一致，對(duì)無(wú)人機(jī)升降躲舵偏角采取以下控制率，其中，為計(jì)算得到無(wú)人機(jī)俯仰角速率，為實(shí)際無(wú)人機(jī)俯仰角速率，為無(wú)人機(jī)的俯仰角加速度，為無(wú)人機(jī)的俯仰角速度控制系統(tǒng)的比例增益，為無(wú)人機(jī)的俯仰角速度控制系統(tǒng)的積分增益，為無(wú)人機(jī)的俯仰角控制系統(tǒng)的比例增益。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，高度調(diào)節(jié)參數(shù)kh的表達(dá)式為：,?式中，為滿足無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)對(duì)接成功條件時(shí)無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)的相對(duì)高度閾值，δy0為無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)在對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻的高度差，yf0為對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系中y軸方向的坐標(biāo)。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，速度調(diào)節(jié)參數(shù)kv的表達(dá)式為：,式中，為滿足無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)對(duì)接成功條件時(shí)的無(wú)人機(jī)最小速度，滿足無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)對(duì)接成功條件時(shí)的無(wú)人機(jī)最小俯仰角，uuy0為對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻無(wú)人機(jī)在大地坐標(biāo)系中y軸方向的速度。

11、第二方面，還提供一種固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接系統(tǒng)，包括：

12、狀態(tài)感知模塊，用于獲取無(wú)人機(jī)以及移動(dòng)平臺(tái)的狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息至少包括無(wú)人機(jī)的速度和位置，以及移動(dòng)平臺(tái)的速度和位置；

13、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)無(wú)人機(jī)和對(duì)接平臺(tái)的歷史和實(shí)時(shí)狀態(tài)信息；

14、軌跡規(guī)劃模塊，用于根據(jù)如上步驟（3）所述的方法規(guī)劃無(wú)人機(jī)對(duì)接軌跡；

15、飛行控制模塊，用于根據(jù)如上步驟（4）所述的方法計(jì)算軌跡規(guī)劃模塊所規(guī)劃軌跡中無(wú)人機(jī)的控制量。

16、第三方面，還提供一種電子裝置，包括一個(gè)或多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器以及一個(gè)或多個(gè)程序，其中一個(gè)或多個(gè)程序存儲(chǔ)在所述一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器中并被配置為由所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，所述一個(gè)或多個(gè)程序包括用于執(zhí)行如上所述方法的指令。

17、第四方面，還提供一種存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述一個(gè)或多個(gè)程序包括指令，所述指令當(dāng)由計(jì)算設(shè)備執(zhí)行時(shí)，使得所述計(jì)算設(shè)備執(zhí)行如上所述的方法。

18、有益效果：本發(fā)明的方法將固定翼無(wú)人機(jī)固定區(qū)域的降落擴(kuò)展到移動(dòng)目標(biāo)的指數(shù)降落，并將任務(wù)航跡根據(jù)飛行控制進(jìn)行解耦，實(shí)現(xiàn)航跡規(guī)劃與飛行控制的結(jié)合，使得無(wú)人機(jī)控制更加平滑，并能應(yīng)用在無(wú)襟翼的固定翼無(wú)人機(jī)上。

技術(shù)特征：

1.一種固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接方法，其特征在于，當(dāng)無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)水平坐標(biāo)誤差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，執(zhí)行對(duì)接回收任務(wù)，且對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中僅調(diào)整無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)在垂直方向的位置與姿態(tài)：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以移動(dòng)平臺(tái)速度與地面夾角θ旋轉(zhuǎn)無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)的各自坐標(biāo)系，得到新坐標(biāo)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)矩陣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，無(wú)人機(jī)在對(duì)接回收任務(wù)過(guò)程中任意時(shí)刻的控制量為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，高度調(diào)節(jié)參數(shù)kh的表達(dá)式為：,?式中，為滿足無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)對(duì)接成功條件時(shí)無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)的相對(duì)高度閾值，δy0為無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)在對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻的高度差，yf0為對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系中y軸方向的坐標(biāo)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，速度調(diào)節(jié)參數(shù)kv的表達(dá)式為：,?式中，為滿足無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)對(duì)接成功條件時(shí)的無(wú)人機(jī)最小速度，滿足無(wú)人機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)對(duì)接成功條件時(shí)的無(wú)人機(jī)最小俯仰角，uuy0為對(duì)接回收任務(wù)初始時(shí)刻無(wú)人機(jī)在大地坐標(biāo)系中y軸方向的速度。

7.一種固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.一種電子裝置，其特征在于，包括一個(gè)或多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器以及一個(gè)或多個(gè)程序，其中一個(gè)或多個(gè)程序存儲(chǔ)在所述一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器中并被配置為由所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，所述一個(gè)或多個(gè)程序包括用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至6中任一所述方法的指令。

9.一種存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述一個(gè)或多個(gè)程序包括指令，其特征在于，所述指令當(dāng)由計(jì)算設(shè)備執(zhí)行時(shí)，使得所述計(jì)算設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1至6中任一所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種固定翼無(wú)人機(jī)空中對(duì)接方法及裝置，方法包括：獲取無(wú)人機(jī)的位置與姿態(tài)信息；根據(jù)目標(biāo)無(wú)人機(jī)和對(duì)接無(wú)人機(jī)的位置關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前無(wú)人機(jī)對(duì)接軌跡，并根據(jù)飛行控制器輸入要求進(jìn)行指令輸出。本發(fā)明提供的方法綜合任務(wù)規(guī)劃，軌跡設(shè)計(jì)，多傳感器信息融合，實(shí)現(xiàn)固定翼無(wú)人機(jī)在空中相互對(duì)接，使無(wú)人機(jī)的使用方法更加多樣化。

技術(shù)研發(fā)人員：李霓,彭雨菲,董長(zhǎng)印,安鳳成,王斑
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8