一种透视锥决策天钩回收方法与流程

1.本发明属于无人机天钩回收技术领域，具体涉及一种透视锥决策天钩回收方法。


背景技术：

2.目前，针对无人机天钩回收控制策略，特别是固定翼无人机天钩回收策略，绝大多数在末端撞绳段，采用的控制策略为单纯固定大小的窗口决策。这种固定窗口策略如果限制的小，使得无人机在决策窗口与撞绳点飞行时若不满足条件则极易复飞，而偏离撞绳规划航线；如果固定窗口限制的大，则无人机有撞杆的风险。另外，有的无人机天钩回收系统，为了避免撞杆和提高成功率，甚至需要引入人在控制回路的辅助作用。所以，如何既能提高撞绳成功率，又能保证安全的控制策略有待提出。而在目前行业领域内，未发现有透视锥决策的天钩回收控制方法。


技术实现要素：

3.要解决的技术问题：
4.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种透视锥决策天钩回收方法，采用透视锥代替单纯固定大小窗口决策，由于底面范围较大无人机高概率进入锥体，从而解决了单纯固定小窗口判断不满足条件极易复飞的问题，在考虑安全性的前提下，最大化提高无人机天钩回收撞绳成功率。
5.本发明的技术方案是：一种透视锥决策天钩回收方法，其特征在于具体步骤如下：
6.步骤一：确定透视锥底面窗口位置；
7.步骤二：设置所述透视锥底面窗口的尺寸，并将透视锥底面窗口和透视锥顶面窗口进行划分；
8.以水平中心线进行划分，所述透视锥底面窗口被分为上部分和下部分，高度分别为h1和h2；所述透视锥顶面窗口被分为上部分和下部分，高度为h3和h4；
9.以垂直中心线进行划分，所述透视锥底面窗口一半的宽度为w1，透视锥顶面窗口一半的宽度为w2；
10.步骤三：当无人机进入回收阶段，即进入透视锥底面窗口位置时，采用透视锥决策进行判断，透视决策判断如下：
[0011][0012]
若满足进入锥体条件，则沿原规划航线继续飞行；否则无人机采取安全规避控制策略，滚转远离回收架方向飞出锥体；其中，δd为距离规划航线的航偏，δh为距离规划航线的高度差，δx为距离撞绳点的水平距离；
[0013]
步骤四：无人机远离到距离规划航线航偏|δd|＞l时，则再次尝试进入透视锥正常跟踪规划航线，其中，l为安全规避航偏距离；
[0014]
步骤五：无人机再次进入透视锥体后，继续按照透视锥决策判断，直至到达透视锥顶面窗口，即撞绳点位置，撞绳成功。
[0015]
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中，在无人机天钩回收下滑规划航线上，确定透视锥底面窗口位置；所述透视锥底面窗口位置到透视锥顶面窗口位置水平距离为s。
[0016]
本发明的进一步技术方案是：所述透视锥顶面窗口的几何中心点与无人机撞绳点重合。
[0017]
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中，所述透视锥底面窗口和透视锥顶面窗口的上、下部分高度比均为1:1。
[0018]
本发明的进一步技术方案是：所述步骤三中，滚转时给定安全滚转角|φg|≥20
°
。
[0019]
本发明的进一步技术方案是：所述步骤四中，安全规避航偏距离l＝8米。
[0020]
有益效果
[0021]
本发明的有益效果在于：本发明已经应用于某固定翼天钩回收无人机系统中。在起初该型无人机系统试验飞行时，采用单纯固定大小窗口决策，固定窗口4米时，5次飞行试验中撞绳成功2次，绕过撞绳点复飞3次；调整固定窗口8米后，3次飞行试验中撞绳成功2次，直接撞杆失败1次。为此优化控制策略，采用本发明步骤1～2设计的透视锥两个不同大小的锥面窗口，无人机沿规划下滑航线飞到锥体底面时，由于底面范围较大无人机高概率进入锥体，从而解决了单纯固定小窗口判断不满足条件极易复飞的问题，提高了撞绳成功率；而无人机飞到透视锥顶面即撞绳点所处位置时，由于顶面较小，保证了撞绳时高度、航偏的安全位置，避免了撞杆风险，提高了撞绳安全可靠性。另外，按照步骤3～5的飞行逻辑，无人机安全规避后，会再次尝试进入锥体，更加提高了撞绳成功率。
[0022]
透视锥回收过程中，地面站飞行员不需要了解无人机的高度偏差和航线偏差，整个过程中无人机飞控系统自行完成判断与决策，解放了人在回路的辅助作用。该方法运用方便，可靠性高，相比单纯固定窗口决策判断在无人机天钩回收技术领域有更广阔的应用前景。
附图说明
[0023]
图1为透视锥决策天钩回收示意图；
[0024]
图2为透视锥底面和顶面示意图；
[0025]
图3为本实例流程图。
具体实施方式
[0026]
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0027]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0028]
本实施例一种透视锥决策的天钩回收方法，流程如图3所示，具体实施包括以下步
骤：
[0029]
步骤一：无人机在回收下滑段，如图1所示，无人机到达距离透视锥顶面窗口点水平距离s＝300米时，设置为透视锥底面位置，转入步骤二；
[0030]
步骤二：设置透视锥底面窗口大小，如图2所示，其中透视锥底面高度上半部分为h1＝5米，下半部分h2＝5米，宽度一半w1＝4米；透视锥顶面高度上半部分为h3＝2米，下半部分h4＝2米，宽度一半w2＝1.5米；
[0031]
步骤三：根据步骤一描述，无人机到达透视锥底面位置后，随即采用透视锥决策进行航线跟踪判断，透视决策判断如下：
[0032][0033]
其中，δd为无人机距离规划航线的航偏，δh为无人机距离规划航线的高度差，δx为无人机距离撞绳点的水平距离。若满足进入椎体条件，则沿原规划航线继续飞行；否则转入步骤四，对无人机采取安全规避控制策略；
[0034]
步骤四：无人机执行安全规避控制策略时，给定远离回收架方向的滚转角|φg|≥20
°
，进行远离回收架的一侧安全规避飞行；
[0035]
步骤五：无人机远离回收架一侧飞行时，当距离规划航线航偏|δd|＞8米时，则再次尝试进入透视锥正常跟踪规划航线；否则，继续滚转复飞直至满足航偏大于安全距离8米时，再次尝试进入透视锥正常跟踪规划航线；
[0036]
步骤六：进入透视锥后，按步骤三执行，继续根据透视锥决策判断；如此，直至到达透视锥顶面窗口，即撞绳点位置，无人机仍然处于透视决策锥体内部，则撞绳成功。
[0037]
通过该方法对某固定翼天钩回收无人机真机测试，无人机在距离撞绳点位置较远处进入锥体底面后，虽然无人机的高度偏差以及航迹偏差，与实际规划的航线的偏差很大，但初始进入锥体时，透视锥体地面窗口范围较大，无人机依然满足进入锥体的条件，可以继续正常跟踪航线，大大降低了安全复飞的概率，提高了撞绳成功的概率；而随着无人机的飞行，距离透视锥顶面越来越近，即撞绳点位置越来越近时，无人机实际飞行的高度偏差、航迹偏差得到了进一步收紧，保证了最终撞绳的安全性。
[0038]
该方法运用方便，可靠性高，相比单纯固定窗口决策判断在无人机天钩回收技术领域有更广阔的应用前景。
[0039]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。