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原文传递一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法

专利名称：	一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法
摘要：	一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法。其目的是实现大型无人机在飞行过程中对小型无人机的平稳回收。本发明方法主要步骤如下：根据小型无人机的飞行性能极限，大型无人机以一个适当高度、速度和半径进行稳定的圆形轨迹飞行，并将自己的相关飞行参数发送给小型无人机；参照大型无人机的圆形飞行轨迹，小型无人机规划以相应的高度、速度和半径进行水平投影同心的圆形轨迹飞行；根据回收方式的不同，小型无人机规划圆形飞行轨迹的高度和半径可以与大型无人机圆形飞行轨迹的高度和半径有所差异；小型无人机以扩张螺旋线或收缩螺旋线的飞行轨迹进入到所规划的圆形飞行轨迹；然后通过调整无人机的飞行速度，实现两架无人机的安全接近以便回收。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	中国民航大学
发明人：	胡小兵;廖建勤
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910668970.1
公开号：	CN110304239A
分类号：	B64C19/02(2006.01);B;B64;B64C;B64C19
申请人地址：	300300 天津市东丽区津北公路2898号
主权项：	1.一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法。其目的是实现大型无人机在飞行过程中对小型无人机的平稳回收。本发明方法主要步骤如下：(步骤一)假设大型无人机的最小巡航飞行速度是VLmin，最小巡航飞行高度是HLmin，最小巡航飞行半径是RLmin，而小型无人机的最大巡航飞行速度是VSmax，最大巡航飞行高度是HSmax，最大巡航飞行半径是RSmax，则大型无人机根据空管、地形和低空气象条件，选择一个离小型无人机最近的合适空域，以速度VL、高度HL和半径RL进行稳定的圆形轨迹飞行，其中VLmin≤VL≤VSmax，HLmin≤HL≤HSmax，RLmin≤RL≤RSmax，并将自己的相关飞行参数发送给小型无人机；(步骤二)参照大型无人机的圆形飞行轨迹，规划出小型无人机的在回收最后阶段与大型无人机并飞的飞行轨迹，小型无人机的并飞飞行轨迹应该是与大型无人机的圆形飞行轨迹具有相同水平投影圆心的圆形轨迹，根据回收方式的不同，为小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度HS和半径RS可以与大型无人机圆形飞行轨迹的高度HL和半径RL有所差异，小型无人机的圆形并飞飞行轨迹的高度HS和半径RS需要根据两架无人机巡航飞行所需满足的最小安全间隔DSafe，以及机载回收设备的相关操作性能指标，即最大回收距离DRmax，而决定，小型无人机沿圆形并飞飞行轨迹的速度为VS≤VL；(步骤三)为小型无人机规划一条恰当的螺旋线飞行轨迹，螺旋线飞行轨迹的起点是小型无人机的当前所处位置，螺旋线飞行轨迹的终点可以是小型无人机圆形并飞飞行轨迹上的任何一个点，螺旋线飞行轨迹的末端应该以切线角度并入圆形并飞飞行轨迹，小型无人机沿螺旋线飞行轨迹进入圆形并飞飞行轨迹后的盘旋方向必须与大型无人机在其圆形轨迹上的盘旋方向相同；(步骤四)小型无人机从当前所处位置沿螺旋线飞行轨迹边飞行边调整飞行速度，从而确保最终以所规划的速度VS飞行进入圆形并飞飞行轨迹；(步骤五)当小型无人机沿圆形并飞飞行轨迹保持速度VS飞行稳定后，小型无人机将其相关飞行数据不断发送给大型无人机，大型无人机则根据与小型无人机的角度位置差，逐渐调整自己的飞行速度，以确保当大型无人机与小型无人机的角度位置差ALmS小于最大回收角度差ARmax时，即当ALmS≤ARmax时，大型无人机新的飞行速度VLN与小型无人机的飞行速度VS之差满足机载回收设备的相关操作性能指标，即最大回收速度差VRmax，也就是VLN-VS≤VRmax；(步骤六)如果当大型无人机与小型无人机的角度位置差满足ALmS≤ARmax时，两者的飞行速度之差始终大于最大回收速度差VRmax，即VLN-VS＞VRmax，则大型无人机重新规划新一轮沿其圆形轨迹的变速飞行，以确保当大型无人机与小型无人机的角度位置差再度满足ALmS≤ARmax时，两者的飞行速度之差能够小于最大回收速度差，期间小型无人机需要将其相关飞行数据不断发送给大型无人机；(步骤七)当大型无人机与小型无人机的角度位置差和飞行速度差都满足机载回收设备的相关操作要求时，即当ALmS≤ARmax并且VLN-VS≤VRmax时，机载回收设备开展对小型无人机的回收作业；(步骤八)如果回收作业成功，则大型无人机回收小型无人机的协同飞行过程结束，如果回收作业不成功，则从(步骤六)重新开始继续执行协同飞行，直到回收作业成功。 2.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤二)中，当机载回收设备安装在大型无人机的机背上，则小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的半径与大型无人机圆形飞行轨迹的半径一致，即RS＝RL，小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度HS比大型无人机圆形飞行轨迹的高度HL高出一个垂直间隔，且必须满足DSafe≤HS-HL≤DRmax，即大型无人机与小型无人机的飞行轨迹高度差必须大于最小安全间隔DSafe，同时小于最大回收距离DRmax。 3.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤二)中，当机载回收设备安装在大型无人机的机腹上，则小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的半径与大型无人机圆形飞行轨迹的半径一致，即RS＝RL，小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度HS比大型无人机圆形飞行轨迹的高度HL低出一个垂直间隔，且必须满足DSafe≤HL-HS≤DRmax，即大型无人机与小型无人机的飞行轨迹高度差必须大于最小安全间隔DSafe，同时小于最大回收距离DRmax。 4.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤二)中，当机载回收设备安装在大型无人机的机身侧面，且小型无人机需要以扩张螺旋线的飞行轨迹进入到所规划的圆形并飞飞行轨迹，则小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度与大型无人机圆形飞行轨迹的高度一致，即HS＝HL，小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的半径RS比大型无人机圆形飞行轨迹的半径RL小出一个水平间隔，且必须满足DSafe≤RL-RS≤DRmax，即大型无人机与小型无人机的飞行轨迹半径差必须大于最小安全间隔DSafe，同时小于最大回收距离DRmax。 5.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤二)中，当机载回收设备安装在大型无人机的机身侧面，且小型无人机需要以收缩螺旋线的飞行轨迹进入到所规划的圆形并飞飞行轨迹，则小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度与大型无人机圆形飞行轨迹的高度一致，即HS＝HL，小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的半径RS比大型无人机圆形飞行轨迹的半径RL大出一个水平间隔，且必须满足DSafe≤RS-RL≤DRmax，即大型无人机与小型无人机的飞行轨迹半径差必须大于最小安全间隔DSafe，同时小于最大回收距离DRmax。 6.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤二)中，当机载回收设备需要从大型无人机的机身侧上方开展小型无人机回收工作，且小型无人机需要以扩张螺旋线的飞行轨迹进入到所规划的圆形并飞飞行轨迹，则小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度比大型无人机圆形飞行轨迹的高度高出一个垂直间隔，即HS＞HL，小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的半径RS比大型无人机圆形飞行轨迹的半径RL小出一个水平间隔，即RL＞RS，且必须满足DSafe≤((HL-HS)2+(RL-RS)2)1/2≤DRmax，即大型无人机圆形飞行轨迹上任何一个点与小型无人机圆形并飞飞行轨迹上的最近点之间的直线距离必须大于最小安全间隔DSafe，同时小于最大回收距离DRmax。 7.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤二)中，当机载回收设备需要从大型无人机的机身侧上方开展小型无人机回收工作，且小型无人机需要以收缩螺旋线的飞行轨迹进入到所规划的圆形并飞飞行轨迹，则小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度比大型无人机圆形飞行轨迹的高度高出一个垂直间隔，即HS＞HL，小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的半径RS比大型无人机圆形飞行轨迹的半径RL大出一个水平间隔，即RS＞RL，且必须满足DSafe≤((HL-HS)2+(RL-RS)2)1/2≤DRmax，即大型无人机圆形飞行轨迹上任何一个点与小型无人机圆形并飞飞行轨迹上的最近点之间的直线距离必须大于最小安全间隔DSafe，同时小于最大回收距离DRmax。 8.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤二)中，当机载回收设备需要从大型无人机的机身侧下方开展小型无人机回收工作，且小型无人机需要以扩张螺旋线的飞行轨迹进入到所规划的圆形并飞飞行轨迹，则小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度比大型无人机圆形飞行轨迹的高度低出一个垂直间隔，即HL＞HS，小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的半径RS比大型无人机圆形飞行轨迹的半径RL小出一个水平间隔，即RL＞RS，且必须满足DSafe≤((HL-HS)2+(RL-RS)2)1/2≤DRmax，即大型无人机圆形飞行轨迹上任何一个点与小型无人机圆形并飞飞行轨迹上的最近点之间的直线距离必须大于最小安全间隔DSafe，同时小于最大回收距离DRmax。 9.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤二)中，当机载回收设备需要从大型无人机的机身侧下方开展小型无人机回收工作，且小型无人机需要以收缩螺旋线的飞行轨迹进入到所规划的圆形并飞飞行轨迹，则小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的高度比大型无人机圆形飞行轨迹的高度低出一个垂直间隔，即HL＞HS，小型无人机所规划的圆形并飞飞行轨迹的半径RS比大型无人机圆形飞行轨迹的半径RL大出一个水平间隔，即RS＞RL，且必须满足DSafe≤((HL-HS)2+(RL-RS)2)1/2≤DRmax，即大型无人机圆形飞行轨迹上任何一个点与小型无人机圆形并飞飞行轨迹上的最近点之间的直线距离必须大于最小安全间隔DSafe，同时小于最大回收距离DRmax。 10.根据权利要求1所述的一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法，其特征是：(步骤八)中，就算回收作业没有成功，系统也可以根据诸如空管、飞行动力、航空气象这些因素而发出强行终止协同飞行的指令，即放弃回收小型无人机，从而协同飞行过程结束。
所属类别：	发明专利