基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置及方法，控制裝置包括多個地面站節(jié)點以及微波接收處理單元；地面站節(jié)點包括微波發(fā)送處理單元和電源管理模塊，電源管理模塊為微波發(fā)送處理單元供電；地面站節(jié)點用于接收無人機的發(fā)出的信號，并將地面信號發(fā)回給無人機；微波接收單元安裝在固定翼無人機的前端，接收并處理信號，并產(chǎn)生相應動作調(diào)整飛機姿態(tài)。控制方法是：獲取多個當前無人機與跑道所置節(jié)點之間的通信信號強度，解算出固定翼無人機當前航向與進近跑道的偏差角，判斷無人機是否與跑道對準，如果未對準跑道，給出調(diào)整數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以實現(xiàn)根據(jù)固定翼無人機降落狀態(tài)調(diào)整無人機對準跑道，最大限度提高無人機降落的成功率。
【專利說明】基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)無人機研究領域，特別涉及一種基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置及方法。

【背景技術】
[0002]目前，無人機著陸回收是無人機飛行過程中的一個總要的階段，同時也是無人機飛行過程最容易出現(xiàn)事故的環(huán)節(jié)，因此對于著陸回收階段的飛行控制設計尤為關鍵。無人機的回收方式可以歸納為傘降回收、輪式滑跑著陸回收、攔截網(wǎng)回收、氣墊著陸回收等類型。相對于其他回收方式，輪式滑跑著陸回收方式不需要攔截網(wǎng)或氣墊等輔助設備，具有更高的自主性，是無人機著陸回收發(fā)展方向。采用輪式滑跑著陸方式的無人機在著陸期間，應該精確對準跑道，以安全可靠的在跑道上著陸。
[0003]通常無人機的整個輪式滑跑著陸過程中，由于對跑道的依賴性比較大，人工難以精確控制，造成重著陸損壞起落架，或者飛機姿態(tài)失衡折損機翼等事故。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置。
[0005]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制方法。
[0006]為了達到上述第一目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0007]基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置，包括多個地面站節(jié)點以及微波接收處理單元；所述地面站節(jié)點包括微波發(fā)送處理單元和電源管理模塊，所述電源管理模塊為微波發(fā)送處理單元供電；所述地面站節(jié)點用于接收固定翼無人機的發(fā)出的信號，并將地面信號發(fā)回給無人機；各個地面發(fā)送節(jié)點固定在地面裝置上以保證微波發(fā)送處理單元的天線垂直與水平面；所述微波接收單元安裝在固定翼無人機的前端，用于接收并處理信號，并產(chǎn)生相應動作調(diào)整飛機姿態(tài)。
[0008]優(yōu)選的，所述微波發(fā)送處理單兀包括第一微波發(fā)送模塊和第一微波接收模塊和第一微處理器；所述第一微波發(fā)送模塊接收第一微處理器控制，并發(fā)送第一微處理器的內(nèi)置信息；所述第一微波接收模塊接收無人機的應答，并將所接收信息發(fā)回給第一微處理器。
[0009]優(yōu)選的，所述微波接收處理單元包括第二微波接收模塊、第二微波發(fā)送模塊、控制模塊、第二微處理器和第二電壓管理模塊；第二微波接收模塊、第二微波發(fā)送模塊、控制模塊、第二電壓管理模塊分別與第二微處理器連接；
[0010]所述第二微波接收模塊接收多個地面站節(jié)點發(fā)送過來的信號，并檢測其信號強度，所述第二微波接收模塊與第二微處理器相連；
[0011]所述第二微波發(fā)送模塊與地面站節(jié)點形成應答系統(tǒng)，并接收第二微處理器的指令，發(fā)送信號；
[0012]所述控制模塊接收第二微處理器的控制指令，產(chǎn)生信號，使固定翼無人機做出與控制指令相應的動作。
[0013]優(yōu)選的，所述第一電源管理模塊包括太陽能電池板和內(nèi)置鋰電池，所述太陽能電池板用于為內(nèi)置鋰電池充電；所述內(nèi)置鋰電池為地面站節(jié)點提供電源。
[0014]優(yōu)選的，所述地面裝置為帶有雙向氣泡式水平儀的支架。
[0015]優(yōu)選的，所述地面站節(jié)點能夠?qū)⒌孛娴木唧w實時信息發(fā)送到無人機，具體的實時信息包括跑道的長度和摩擦系數(shù)，地面風向和風速。
[0016]為了達到上述第二目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0017]一種基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置的控制方法，包括下述步驟:
[0018](I)固定翼無人機起飛前，第一微處理器測量內(nèi)置鋰電池電壓，若電壓過低則發(fā)出裝置失效預警；
[0019](2)固定翼無人機起飛前，校準雙向氣泡式水平儀支架，使得各個節(jié)點天線垂直于水平面，獲得最佳發(fā)射性能；
[0020](3)固定翼無人機起飛后，定時發(fā)送信號，直到所發(fā)送信號收到接收應答，切換為一直發(fā)送信號;
[0021](4)對地面站I號和2號節(jié)點發(fā)送過來的信號，檢測信號的接收強度并提取出所搭載的信息，計算出固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量，并采用控制算法計算得出調(diào)整參數(shù)；
[0022](5)基于步驟(3)，固定翼無人機將所計算出來的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面控制單元，地面控制單元可產(chǎn)生控制信號，控制固定翼無人機動作；
[0023](6)基于步驟(4)，固定翼無人機處于下降過程中，對于地面3號節(jié)點和4號節(jié)點發(fā)送出來的信號，檢測信號的接收強度并提取所搭載的信息，并結(jié)合I號節(jié)點和2號節(jié)點的數(shù)據(jù)，采用數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)融合的方法，計算出固定翼無人機當前與跑道的偏差角和當前下落過程中所期望的速度，并給出調(diào)整參數(shù)；
[0024](7)基于步驟(5)，如果遇到突發(fā)事件，地面控制單元可以發(fā)出警告信號，讓無人機結(jié)束進近，避免事故的發(fā)生；
[0025](8)基于步驟(6)，固定翼無人機可以由自身搭載的的微處理器給出調(diào)整指令，通過控制模塊，控制無人機做出相應動作；
[0026](9)基于步驟(7)，如果固定翼無人機平穩(wěn)在跑道上滑行并停下，判定著陸成功。
[0027]優(yōu)選的，所述步驟(4)中，控制算法的方法采用PID算法或模糊控制算法，其具體計算調(diào)整參數(shù)的步驟為:
[0028](4.1)當控制算法采用PID算法時，具體步驟如下:
[0029](4.1.1)計算固定翼無人機當前的與跑道中線的誤差量為Λ e ；
[0030](4.1.2)記第k次的誤差量Λ e為e (k)，則當前固定翼無人機需要調(diào)整水平姿態(tài)的運動量記為P (k)，根據(jù)PID的公式，求得當前需要調(diào)整的P (k)，P (k)
[0031]= Kp -O (k) + Ki.Ey=OeO') + *[e(k)-e (k-1)]；
[0032](4.1.3)然后根據(jù)所得的參數(shù)P(k)，第二控制器產(chǎn)生相應的信號，控制固定翼無人機做出相應的偏航動作；
[0033](4.2)當控制算法采用模糊控制算法時，具體步驟為:
[0034](4.2.1)計算固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量為Λ e ；
[0035](4.2.2)計算固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量的變化速率Λ ec ；
[0036](4.2.3)將誤差量Ae和Aec模糊化，從控制規(guī)則表中找出相應的規(guī)則，通過計算求出控制輸出量的P的模糊集；
[0037](4.2.4)用“最大隸屬度法”或“加權平均判決法”求出實際的μ ；
[0038](4.2.5)然后根據(jù)所得的參數(shù)μ，第二控制器產(chǎn)生相應的信號，控制固定翼無人機做出相應的偏航動作。
[0039]優(yōu)選的，所述步驟出)中，數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)融合的方法采用卡爾曼法或互補濾波法;
[0040](6.1)當采用卡爾曼法濾波時，具體步驟為:
[0041](6.1.1)根據(jù)固定翼無人機所接收到的節(jié)點信號的強度，計算出固定翼無人機當前與各個節(jié)點之間的距離，并由距離的變化計算出固定翼無人機當前的飛行速度，高度，力口速度和下降速度；
[0042](6.1.2)將計算得到的數(shù)據(jù)，分別采用卡爾曼一步遞推公式:
[0043]Xk — Ak ' X k + Hk (yk — CkAkX k_±)
[0044]Hk^ P kC][(CkP kCl + RkY1
[0045]P'k+1 = AkPkArk + Qk
_] Pk= (1-HkCk) P'k
[0047]進行處理；
[0048](6.1.3)根據(jù)處理后的結(jié)果，推算出飛機當前與跑道的偏差角和當前下降過程中所期望的速度；
[0049](6.2)當采用互補濾波法時，其具體步驟為:
[0050](6.2.1)根據(jù)固定翼無人機所接收到的節(jié)點信號的強度，計算出固定翼無人機當前與各個節(jié)點之間的距離，并由距離的變化計算出固定翼無人機當前的飛行速度，高度，力口速度和下降速度；
[0051](6.2.2)將計算得到的數(shù)據(jù)，分別采用互補濾波法進行處理，具體為:將采集到的數(shù)據(jù)分為兩路，一路經(jīng)過G(S)低通濾波，另一路經(jīng)過[1-G(S)]高通濾波，將兩路濾波后的數(shù)據(jù)相加，得到的數(shù)即記為互補濾波后的數(shù)據(jù)；
[0052](6.2.3)根據(jù)處理后的結(jié)果，推算出飛機當前與跑道的偏差角和當前下降過程中所期望的速度。
[0053]優(yōu)選的，所述步驟⑷、步驟(6)和步驟⑶中，微波通信模塊選用2.4GHz或以上頻段數(shù)字通信模塊。
[0054]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0055]1、針對目前用于固定翼無人機的對準跑道的裝置在固定翼無人機在對準跑道中難以有效、及時的矯正飛機姿態(tài)使無人機著陸在指定跑道上的問題，本發(fā)明裝置通過微波發(fā)送模塊與微處理器，從而根據(jù)固定翼無人機自身接收到的信號，解算出無人機的位置和需要調(diào)整的參數(shù)。提高無人機成功著陸的概率，并且能夠在能見度很低的情況下也發(fā)揮作用，提高了無人機著陸的環(huán)境適應能力。
[0056]2、本發(fā)明方法通過從微波接收處理單元讀取，接收到的信號強度和信號所搭載的信息，經(jīng)過濾波、姿態(tài)結(jié)算與數(shù)據(jù)融合判斷無人機是否處于偏航狀態(tài)，同時給出調(diào)整參數(shù)，最大限度提高飛機著陸的成功率，避免因偏航導致無人機墜毀。本裝置具有較高的控制精度，適合在小型固定翼無人機與在較窄跑道著陸上運用，且可提高固定翼無人機的著陸安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0057]圖1是本發(fā)明裝置的總體示意圖；
[0058]圖2是本發(fā)明裝置的地面站節(jié)點電路連接關系示意圖；
[0059]圖3是本發(fā)明裝置的機載模塊電路連接關系示意圖。

【具體實施方式】
[0060]實施例
[0061]現(xiàn)有技術中，用于固定翼無人機降落控制方式，第一種類型為人工觸發(fā)式，需要操控人員自行判定控制固定翼無人機降落；第二種類型為自主式，控制裝置在檢測到地面節(jié)點后，進入自主引導程序。但是對于無人機在能見度很低的飛行情況下，很難發(fā)揮引導作用。
[0062]本實施例所述用于固定翼無人機自主降落控制裝置，如圖1和2所示，包括多個地面站節(jié)點以及微波接收處理單元；所述地面站節(jié)點包括微波發(fā)送處理單元和電源管理模塊，所述電源管理模塊為微波發(fā)送處理單元供電；所述地面站節(jié)點用于接收固定翼無人機的發(fā)出的信號，并將地面信號發(fā)回給無人機；各個地面發(fā)送節(jié)點固定在地面裝置上以保證微波發(fā)送處理單元的天線垂直與水平面；所述微波接收單元安裝在固定翼無人機的前端，用于接收并處理信號，并產(chǎn)生相應動作調(diào)整飛機姿態(tài)。
[0063]包括節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點3、節(jié)點4、微波接收處理單元5。其中微波接收處理單元固定在固定翼無人機前端；節(jié)點I (含內(nèi)置鋰電池和太陽能電池板)和節(jié)點2 (含內(nèi)置鋰電池和太陽能電池板)相對固定在帶有氣泡式水平儀的支架上且分別擺放在跑道的前端兩側(cè)；節(jié)點3(含內(nèi)置鋰電池和太陽能電池板)和節(jié)點4(含內(nèi)置鋰電池和太陽能電池板)相對固定在帶有氣泡式水平儀的支架上且分別擺放在跑道的后端兩側(cè)。
[0064]如圖1所示，所述用于固定翼無人機自主降落控制裝置中，所述節(jié)點I和節(jié)點2在無人機起飛后，會定時發(fā)送數(shù)據(jù)，如果收到無人機進入降落階段的應答，將會切換為一直發(fā)送數(shù)據(jù)，同時節(jié)點3和節(jié)點4會啟動運行。無人機前端5收到信號后會產(chǎn)生應答信號，同時根據(jù)各個節(jié)點采集到的信號計算無人機的調(diào)整參數(shù)，控制無人機動作。
[0065]如圖2所示，所述微波發(fā)送處理單元包括第一微波發(fā)送模塊和第一微波接收模塊和第一微處理器；所述第一微波發(fā)送模塊接收第一微處理器控制，并發(fā)送第一微處理器的內(nèi)置信息；所述第一微波接收模塊接收無人機的應答，并將所接收信息發(fā)回給第一微處理器。所述地面節(jié)點的電源管理模塊包括CN3722、MOS管與3.3V DC-DC模塊，DC-DC模塊輸出兩路穩(wěn)壓電源5V與3.3V，5V電源用于驅(qū)動微處理器；3.3V電源為微波發(fā)送模塊供電。
[0066]如圖3所示，所述微波接收處理單元包括第二微波接收模塊、第二微波發(fā)送模塊、控制模塊、第二微處理器和第二電壓管理模塊；第二微波接收模塊、第二微波發(fā)送模塊、控制模塊、第二電壓管理模塊分別與第二微處理器連接；
[0067]所述第二微波接收模塊接收多個地面站節(jié)點發(fā)送過來的信號，并檢測其信號強度，所述第二微波接收模塊與第二微處理器相連；所述第二微波發(fā)送模塊與地面站節(jié)點形成應答系統(tǒng)，并接收第二微處理器的指令，發(fā)送信號；所述控制模塊接收第二微處理器的控制指令，產(chǎn)生信號，使固定翼無人機做出與控制指令相應的動作。本實施例中可采用SM—A-B-N (2.4GHz天線)、CC2530 (集成微波發(fā)送模塊、微波接收模塊)。
[0068]所述微處理器單元采用STM32F4xxx系列單片機。
[0069]一種基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制方法，該方法是:獲取當前無人機與跑道所置節(jié)點之間的通信信號強度，解算出無人機的位置信息，判斷無人機是否與跑道對準，如果未對準跑道，給出調(diào)整數(shù)據(jù)，使無人機對準跑道安全著陸。本發(fā)明可以實現(xiàn)根據(jù)固定翼無人機降落狀態(tài)調(diào)整無人機對準跑道，最大限度提高無人機降落的成功率。具體包括以下步驟:
[0070](I)固定翼無人機起飛前，第一微處理器測量內(nèi)置鋰電池電壓，若電壓過低則發(fā)出裝置失效預警(聲、光)；
[0071](2)固定翼無人機起飛前，校準氣泡式水平儀支架，使得各個節(jié)點天線垂直于水平面，獲得最佳發(fā)射性能；
[0072](3)固定翼無人機起飛后，定時發(fā)送信號，直到所發(fā)送信號收到接收應答，切換為一直發(fā)送信號;
[0073](4)對地面I號和2號節(jié)點發(fā)送過來的信號，檢測信號的接收強度并提取出所搭載的信息，計算出固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量，并采用控制算法計算得出調(diào)整參數(shù)；
[0074]所述步驟(4)中，控制算法的方法采用PID算法或模糊控制算法，其具體計算調(diào)整參數(shù)的步驟為:
[0075](4.1)當控制算法采用PID算法時，具體步驟如下:
[0076](4.1.1)計算固定翼無人機當前的與跑道中線的誤差量為Λ e ；
[0077](4.1.2)記第k次的誤差量Λ e為e (k)，則當前固定翼無人機需要調(diào)整水平姿態(tài)的運動量記為P (k)，根據(jù)PID的公式，求得當前需要調(diào)整的P (k)，P(k)
[0078]= Kp -e(k) + Ki.^y=OeO') + /?.[e (k) -e (k-1)];
[0079](4.1.3)然后根據(jù)所得的參數(shù)P(k)，第二控制器產(chǎn)生相應的信號，控制固定翼無人機做出相應的偏航動作；
[0080](4.2)當控制算法采用模糊控制算法時，具體步驟為:
[0081](4.2.1)計算固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量為Λ e ；
[0082](4.2.2)計算固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量的變化速率Λ ec ；
[0083](4.2.3)將誤差量Ae和Aec模糊化，從控制規(guī)則表中找出相應的規(guī)則，通過計算求出控制輸出量的P的模糊集；
[0084](4.2.4)用“最大隸屬度法”或“加權平均判決法”求出實際的μ ；
[0085](4.2.5)然后根據(jù)所得的參數(shù)μ，第二控制器產(chǎn)生相應的信號，控制固定翼無人機做出相應的偏航動作。
[0086](5)基于(3)，固定翼無人機將所計算出來的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面控制單元，地面控制單元也可產(chǎn)生控制信號，控制固定翼無人機動作。
[0087](6)基于(4)固定翼無人機處于下降過程中，對于地面3號節(jié)點和4號節(jié)點發(fā)送出來的信號，檢測信號的接收強度并提取所搭載的信息，并結(jié)合I號節(jié)點和2號節(jié)點的數(shù)據(jù)，采用數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)融合的方法，計算出固定翼無人機當前與跑道的偏差角和當前下落過程中所期望的速度，并給出調(diào)整參數(shù)。
[0088]所述步驟￠)中，數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)融合的方法采用卡爾曼法或互補濾波法；
[0089](6.1)當采用卡爾曼法濾波時，具體步驟為:
[0090](6.1.1)根據(jù)固定翼無人機所接收到的節(jié)點信號的強度，計算出固定翼無人機當前與各個節(jié)點之間的距離，并由距離的變化計算出固定翼無人機當前的飛行速度，高度，力口速度和下降速度；
[0091](6.1.2)將計算得到的數(shù)據(jù)，分別采用卡爾曼一步遞推公式:
[0092]Xk — Ak - X k + Hk Cyk — CkAkX )
[0093]Hk = P kC[{ CkP kCl + RkY1
[0094]P'k+1 = AkPkArk + Qk
[0095]Pk = (1-HkCk) P'k
[0096]進行處理；
[0097](6.1.3)根據(jù)處理后的結(jié)果，推算出飛機當前與跑道的偏差角和當前下降過程中所期望的速度；
[0098](6.2)當采用互補濾波法時，其具體步驟為:
[0099](6.2.1)根據(jù)固定翼無人機所接收到的節(jié)點信號的強度，計算出固定翼無人機當前與各個節(jié)點之間的距離，并由距離的變化計算出固定翼無人機當前的飛行速度，高度，力口速度和下降速度；
[0100](6.2.2)將計算得到的數(shù)據(jù)，分別采用互補濾波法進行處理，具體為:將采集到的數(shù)據(jù)分為兩路，一路經(jīng)過G(S)低通濾波，另一路經(jīng)過[1-G(S)]高通濾波，將兩路濾波后的數(shù)據(jù)相加，得到的數(shù)即記為互補濾波后的數(shù)據(jù)；
[0101](6.2.3)根據(jù)處理后的結(jié)果，推算出飛機當前與跑道的偏差角和當前下降過程中所期望的速度。
[0102](7)基于(5)，如果遇到突發(fā)事件，地面控制單元可以發(fā)出警告信號，讓無人機結(jié)束進近，避免事故的發(fā)生。
[0103](8)基于(6)，固定翼無人機可以由自身搭載的的微處理器采用控制算法給出調(diào)整指令，通過控制模塊，控制無人機做出相應動作。
[0104](9)基于(7)，如果固定翼無人機平穩(wěn)在跑道上滑行并停下，判定著陸成功。
[0105]所述步驟(I)中，固定翼飛行器起飛前，低電壓報警數(shù)值設為7.0V。
[0106]所述步驟(7)中，控制算法的方法采用PID算法或模糊控制算法。
[0107]所述步驟(9)中，等待時間默認設定為5s。
[0108]所述步驟(4)、步驟(6)和步驟⑶中，微波通信模塊選用2.4GHz條件下工作的CC2530通信模塊。
[0109]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置，其特征在于，包括多個地面站節(jié)點以及微波接收處理單元；所述地面站節(jié)點包括微波發(fā)送處理單元和電源管理模塊，所述電源管理模塊為微波發(fā)送處理單元供電；所述地面站節(jié)點用于接收固定翼無人機的發(fā)出的信號，并將地面信號發(fā)回給無人機；各個地面發(fā)送節(jié)點固定在地面裝置上以保證微波發(fā)送處理單元的天線垂直與水平面；所述微波接收單元安裝在固定翼無人機的前端，用于接收并處理信號，并產(chǎn)生相應動作調(diào)整飛機姿態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置，其特征在于，所述微波發(fā)送處理單兀包括第一微波發(fā)送模塊和第一微波接收模塊和第一微處理器；所述第一微波發(fā)送模塊接收第一微處理器控制，并發(fā)送第一微處理器的內(nèi)置信息；所述第一微波接收模塊接收無人機的應答，并將所接收信息發(fā)回給第一微處理器。
3.根據(jù)權利要求1所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置，其特征在于，所述微波接收處理單元包括第二微波接收模塊、第二微波發(fā)送模塊、控制模塊、第二微處理器和第二電壓管理模塊；第二微波接收模塊、第二微波發(fā)送模塊、控制模塊、第二電壓管理模塊分別與第二微處理器連接； 所述第二微波接收模塊接收多個地面站節(jié)點發(fā)送過來的信號，并檢測其信號強度，所述第二微波接收模塊與第二微處理器相連； 所述第二微波發(fā)送模塊與地面站節(jié)點形成應答系統(tǒng)，并接收第二微處理器的指令，發(fā)送信號； 所述控制模塊接收第二微處理器的控制指令，產(chǎn)生信號，使固定翼無人機做出與控制指令相應的動作。
4.根據(jù)權利要求1所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置，其特征在于，所述第一電源管理模塊包括太陽能電池板和內(nèi)置鋰電池，所述太陽能電池板用于為內(nèi)置鋰電池充電；所述內(nèi)置鋰電池為地面站節(jié)點提供電源。
5.根據(jù)權利要求1所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置，其特征在于，所述地面裝置為帶有雙向氣泡式水平儀的支架。
6.根據(jù)權利要求1所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置，其特征在于，所述地面站節(jié)點能夠?qū)⒌孛娴木唧w實時信息發(fā)送到無人機，具體的實時信息包括跑道的長度和摩擦系數(shù)，地面風向和風速。
7.根據(jù)權利要求1所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置的控制方法，其特征在于，包括下述步驟: (1)固定翼無人機起飛前，第一微處理器測量內(nèi)置鋰電池電壓，若電壓過低則發(fā)出裝置失效預警； (2)固定翼無人機起飛前，校準雙向氣泡式水平儀支架，使得各個節(jié)點天線垂直于水平面，獲得最佳發(fā)射性能； (3)固定翼無人機起飛后，定時發(fā)送信號，直到所發(fā)送信號收到接收應答，切換為一直發(fā)送信號； (4)對地面站I號和2號節(jié)點發(fā)送過來的信號，檢測信號的接收強度并提取出所搭載的信息，計算出固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量，并采用控制算法計算得出調(diào)整參數(shù)； (5)基于步驟(3)，固定翼無人機將所計算出來的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面控制單元，地面控制單元可產(chǎn)生控制信號，控制固定翼無人機動作； (6)基于步驟(4)，固定翼無人機處于下降過程中，對于地面3號節(jié)點和4號節(jié)點發(fā)送出來的信號，檢測信號的接收強度并提取所搭載的信息，并結(jié)合I號節(jié)點和2號節(jié)點的數(shù)據(jù)，采用數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)融合的方法，計算出固定翼無人機當前與跑道的偏差角和當前下落過程中所期望的速度，并給出調(diào)整參數(shù)； (7)基于步驟(5)，如果遇到突發(fā)事件，地面控制單元可以發(fā)出警告信號，讓無人機結(jié)束進近，避免事故的發(fā)生； (8)基于步驟￠)，固定翼無人機可以由自身搭載的的微處理器給出調(diào)整指令，通過控制模塊，控制無人機做出相應動作； (9)基于步驟(7)，如果固定翼無人機平穩(wěn)在跑道上滑行并停下，判定著陸成功。
8.根據(jù)權利要求7所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置的控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中，控制算法的方法采用PID算法或模糊控制算法，其具體計算調(diào)整參數(shù)的步驟為: (4.1)當控制算法采用PID算法時，具體步驟如下: (4.1.1)計算固定翼無人機當前的與跑道中線的誤差量為Λ e ； (4.1.2)記第k次的誤差量Λ e為e(k)，則當前固定翼無人機需要調(diào)整水平姿態(tài)的運動量記為P(k)，根據(jù)PID的公式，求得當前需要調(diào)整的P(k)，P(k)=KP.e(k) + KI.Σ)=ο eO) + Kd.[e (k) -e (k-1〉]； (4.1.3)然后根據(jù)所得的參數(shù)P(k)，第二控制器產(chǎn)生相應的信號，控制固定翼無人機做出相應的偏航動作； (4.2)當控制算法采用模糊控制算法時，具體步驟為: (4.2.1)計算固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量為Λ e ； (4.2.2)計算固定翼無人機當前與跑道中線的誤差量的變化速率Λ ec ； (4.2.3)將誤差量Ae和Aec模糊化，從控制規(guī)則表中找出相應的規(guī)則，通過計算求出控制輸出量的μ的模糊集； (4.2.4)用“最大隸屬度法”或“加權平均判決法”求出實際的μ ； (4.2.5)然后根據(jù)所得的參數(shù)μ，第二控制器產(chǎn)生相應的信號，控制固定翼無人機做出相應的偏航動作。
9.根據(jù)權利要求7所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置的控制方法，其特征在于，所述步驟￠)中，數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)融合的方法采用卡爾曼法或互補濾波法； (6.1)當采用卡爾曼法濾波時，具體步驟為: (6.1.1)根據(jù)固定翼無人機所接收到的節(jié)點信號的強度，計算出固定翼無人機當前與各個節(jié)點之間的距離，并由距離的變化計算出固定翼無人機當前的飛行速度，高度，加速度和下降速度； (6.1.2)將計算得到的數(shù)據(jù)，分別采用卡爾曼一步遞推公式:
文k 二 Ak.父 k 七 Hk (yk — CkAkX k_t) Hk 二 P^CkPORkT1 P k+i = ΛΛΛ?: + Q/c
Pk= (1-HkCk) P'k 進行處理； (6.1.3)根據(jù)處理后的結(jié)果，推算出飛機當前與跑道的偏差角和當前下降過程中所期望的速度； (6.2)當采用互補濾波法時，其具體步驟為: (6.2.1)根據(jù)固定翼無人機所接收到的節(jié)點信號的強度，計算出固定翼無人機當前與各個節(jié)點之間的距離，并由距離的變化計算出固定翼無人機當前的飛行速度，高度，加速度和下降速度； (6.2.2)將計算得到的數(shù)據(jù)，分別采用互補濾波法進行處理，具體為:將采集到的數(shù)據(jù)分為兩路，一路經(jīng)過G(S)低通濾波，另一路經(jīng)過[1-G(S)]高通濾波，將兩路濾波后的數(shù)據(jù)相加，得到的數(shù)即記為互補濾波后的數(shù)據(jù)； (6.2.3)根據(jù)處理后的結(jié)果，推算出飛機當前與跑道的偏差角和當前下降過程中所期望的速度。
10.根據(jù)權利要求7所述基于微波引導的固定翼無人機自主降落控制裝置的控制方法，其特征在于，所述步驟(4)、步驟(6)和步驟(8)中，微波通信模塊選用2.4GHz或以上頻段數(shù)字通信模塊。
【文檔編號】G05D1/10GK104317304SQ201410546939
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權日:2014年10月15日
【發(fā)明者】岳學軍, 王健, 劉永鑫, 蔡坤, 徐興, 燕英偉, 瞿祥明, 張明杰, 陳柱良 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學