一种基于智能无人车的固定翼无人机起降系统及降落方法与流程

本发明涉及到无人机控制，尤其涉及一种基于智能无人车的固定翼无人机起降系统及降落方法。

背景技术：

1、轮式起降是大多数固定翼无人机采用的起降方式，为进一步降低飞行过程中的气动阻力，起落架需要通过复杂的液压系统和收放机构实现离地后的收放，同时需要采用前轮转弯装置和刹车装置实现飞机在地面滑跑过程中的减速和纠偏。整套起落架系统只在飞机起降过程中使用，却占到飞机整机超过10%的重量，同时这一套系统必须有足够的可靠性和余度设计，且需要频繁维护，否则起落架无法放下或者是转弯刹车失效都将对飞机产生影响。

2、采用无起落架的方式，可极大的降低无人机系统的复杂度并减轻飞机重量。无人机常见的无起落架起飞方式有火箭助推发射、弹射起飞、手抛发射及空中投放；而回收方式主要有撞网回收和伞降回收。对于大型固定翼无人机而言，目前常见的构想为设置地面对接系统，在无人机起飞和降落阶段利用地面移动平台代替飞机起落架进行高速滑跑、加减速、转向及刹车操作。

3、公开号为cn115857517a，公开日为2023年03月28日的中国专利文献公开了一种垂直起降固定翼无人机机场着陆方法，包括以下步骤：s1：无人机根据剩余续航里程和机场的距离确定着陆机场；s2：当无人机到达着陆机场的上空时，对无人机进行着陆引导；s3：通过无人机自带的数据采集模块和着陆机场的引导模块进行对无人机实施进行高度采集，同时根据地面的着陆标识，进行随时修正无人机的飞行路径；s4：当无人机高度下降到一定高度时，就可以打开垂直起降固定翼，再关闭推进电机，从而达到缓慢下降的目的；s5：根据s3中的数据采集模块，不断的进行调整无人机的角度，从而达到安全降落的目的。

4、该专利文献公开的垂直起降固定翼无人机机场着陆方法，能提高引导的精度，同时具备更高着陆引导的可靠性和可用性。但是，无人机降落时，需要根据无人机离着陆点的距离、高度、偏航角和下滑角实时控制或自动控制无人机的着陆俯仰角、方位角和偏航角，不断的进行调整无人机的角度，控制复杂，影响精度，安全降落效率低。

技术实现思路

1、本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于智能无人车的固定翼无人机起降系统及降落方法，本发明有机结合智能无人车、地面站及无人机，相互之间通过无线链路通信，实现数据交联，执行降落对接任务时，无人机按照预定航线降落，无需在对接时控制飞机对准对接，而是通过智能无人车自主识别无人机位置，并通过控制自身速度和方向保持与无人机航向一致，待无人机降落于地面平台之后判断对接姿态，再按照预定程序减速并驶入相应位置，能够有效保障无人机精准降落，提高安全降落效率。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种基于智能无人车的固定翼无人机起降系统，包括地面站和无人机，其特征在于：还包括智能无人车，所述智能无人车包括电连接的车辆自身位姿感知单元、无人机识别跟踪定位单元、路径规划单元、车辆控制单元、车辆通信单元和智能无人车底盘，车辆自身位姿感知单元包括rtk模块和惯性导航传感器模块，无人机识别跟踪定位单元包括视觉传感器模块和无人机坐标解算模块，路径规划单元包括全局规划模块和局部规划模块，车辆控制单元包括方向控制模块和速度控制模块，车辆通信单元包括无人机位置状态接收模块和地面站信息交互模块，所述地面站包括电连接的地面通信单元、智能无人车手动控制单元、状态显示单元和坐标定位单元，地面通信单元包括无人机状态信息接收模块、智能无人车状态信息接收模块和智能无人车控制指令发送模块，智能无人车手动控制单元包括速度控制模块和方向控制模块，状态显示单元包括智能无人车状态信息显示模块和无人机状态信息显示模块，所述无人机包括电连接的无人机状态信息发送模块、无人机自身位姿感知单元和机身，无人机自身位姿感知单元包括rtk模块和惯性导航传感器模块，所述地面站、无人机和智能无人车相互之间通过无线链路通信。

4、所述车辆自身位姿感知单元，用于实时感知车身姿态位置信息。

5、所述无人机识别跟踪定位单元，用于获取无人机rtk位置信息，计算智能无人车与无人机的相对位置，在无人机进入智能无人车视觉识别范围内时，通过图像处理算法检测无人机，结合rtk位置信息进行跟踪定位，并判断无人机姿态对接是否正确。

6、所述路径规划单元，用于起飞阶段根据无人机起飞速度、智能无人车自身加速度，计算滑跑的距离，规划出滑跑路线；用于降落阶段根据预定的全局规划范围，计算无人机落点，结合检测到的智能无人车自身位姿状态信息与无人机相对位置及速度信息进行局部路径规划，作出判断，规划出智能无人车短程可行路径。

7、所述车辆控制单元，用于根据路径规划单元规划的智能无人车短程可行路径，结合智能无人车自身在基准坐标系中的位置坐标、纵向速度、横向速度、航向角及无人机在基准坐标系中的位置坐标、纵向速度、横向速度和航向角，计算横向位置误差、纵向位置误差和角度误差，调整自身速度和方向的控制量，发送指令至车辆方向及速度控制系统，使智能无人车按照指定路线行驶。

8、车辆通信单元，用于通过无线链路与无人机和地面站进行通信，获取无人机状态和地面站指令信息，并将自身位置状态信息发送给地面站。

9、所述地面通信单元，用于通过无线链路同时与无人机和智能无人车通信，实时接收无人机坐标、飞行速度、航向、智能无人车坐标、行驶速度和方向信息。

10、所述智能无人车控制单元，用于工作模式切换及紧急情况下的智能无人车制动及方向调整。

11、所述状态显示单元，用于显示无人机与智能无人车的状态，故障告警信息。

12、所述坐标定位单元，用于通过rtk定位自身坐标，作为基准建立坐标系，用于描述无人机与智能无人车之间的相对位置关系。

13、所述无人机通信单元，用于通过无线链路分别向智能无人车及地面站发送自身坐标、速度和飞行姿态信息。

14、所述无人机自身位姿感知单元，用于通过rtk模块获取自身位置坐标和速度信息，通过惯性导航传感器模块获取自身姿态信息。

15、一种基于智能无人车的固定翼无人机降落方法，其特征在于，包括以下步骤：

16、a、无人机通过无线链路同时向地面站和智能无人车发送自身的位置状态信息，智能无人车通过无线链路实时向地面站发送自身的位置状态信息；

17、b、地面站通过无线链路同时接收无人机与智能无人车的位置状态信息，并向智能无人车发出控制指令；

18、c、智能无人车通过无线链路接收来自无人机的位置状态信息以及来自地面站的控制指令；

19、d、智能无人车实时解算与无人机的相对位置信息，通过调整自身行驶速度和方向，完成对无人机的跟踪和降落对接。

20、所述地面站通过无线链路监控智能无人车与无人机的状态信息，并在智能无人车失控下手动发送控制信号控制智能无人车的行驶方向和速度。

21、所述地面站通过自身位置坐标建立基准坐标系，用于描述无人机与智能无人车之间的相对位置关系。

22、所述无人机在飞行过程中将自身状态信息及位置坐标通过无线链路实时传送给智能无人车及地面站，智能无人车根据位置坐标误差计算自身速度及方向控制量，地面工作人员通过地面站实时监控无人机状态及坐标。 本发明所述rtk是指实时动态。

23、本发明的有益效果主要表现在以下方面：

24、1、本发明，较现有技术而言，通过有机结合智能无人车、地面站及无人机，相互之间通过无线链路通信，实现数据交联，执行降落对接任务时，无人机按照预定航线降落，无需在对接时控制飞机对准对接，而是通过智能无人车自主识别无人机位置，并通过控制自身速度和方向保持与无人机航向一致，待无人机降落于地面平台之后判断对接姿态，再按照预定程序减速并驶入相应位置，能够有效保障无人机精准降落，提高安全降落效率。

25、2、本发明，通过智能无人车自主识别跟随对接无人机，并实现高速滑跑、缓冲吸能、方向纠偏和减速刹车，无需起落架，降低了无人机系统的复杂度并减轻飞机重量。

26、3、本发明，具有操作简便、安全和灵活的特点，能够精确的使固定翼无人机高速跟随自主对接降落，具有良好的适用性。