本發(fā)明涉及一種無人機(jī)著陸方法，具體涉及基于UWB指引的無人直升機(jī)自動(dòng)著陸方法。

背景技術(shù)：

定位技術(shù)，是指對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行位置信息測(cè)定的技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，需要被精確定位的目標(biāo)越來越多，尤其是對(duì)動(dòng)態(tài)移動(dòng)目標(biāo)的精確定位，逐漸成為了各行業(yè)關(guān)注的關(guān)鍵問題。UWB定位技術(shù)具有高帶寬、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、多徑分辨率高等特點(diǎn)，可對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，且可保證定位精度，為實(shí)現(xiàn)物料廠貨物裝載的自動(dòng)化管理提供了可靠的技術(shù)支持。但至今未見有基于UWB定位技術(shù)在物料廠鏟車作業(yè)監(jiān)控管理設(shè)備上應(yīng)用的公開報(bào)導(dǎo)。

無人直升機(jī)的定點(diǎn)著陸方法通常有兩種。其一是在GPS全球定位系統(tǒng)的指示下，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)著陸。利用GPS引導(dǎo)直升機(jī)著陸，是目前最普遍的方法。然而，由于GPS信號(hào)穿透力差，極易受地面建筑物和樹叢的影響而失效。此外，GPS受美國(guó)軍方控制，在特殊情況下亦會(huì)失效。因此，利用GPS引導(dǎo)直升機(jī)著陸存在弊端和隱患。其二是利用視覺導(dǎo)航裝置，根據(jù)事先鋪設(shè)在地面上信號(hào)布的指示，引導(dǎo)直升機(jī)著陸。由于視覺導(dǎo)航必須利用光學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)識(shí)別，而信號(hào)布的光學(xué)信號(hào)受周圍環(huán)境影響甚大。因此，在光照不足的情況下，視覺導(dǎo)航裝置的識(shí)別率會(huì)嚴(yán)重降低，甚至無法識(shí)別信號(hào)布。尤其在夜間，視覺導(dǎo)航裝置必須借助外界光源的照射才能正常工作。此外，由于信號(hào)布通常在直升機(jī)著陸前鋪設(shè)，而在直升機(jī)的著陸過程中無法移動(dòng)。因而無法根據(jù)實(shí)際飛行情況，實(shí)時(shí)更改無人直升機(jī)的著陸位置。因此，以上兩種方法均存在一定程度的不足。

由于GPS引導(dǎo)受美國(guó)軍方控制，且GPS引導(dǎo)無法準(zhǔn)確地對(duì)移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行定位，而海上環(huán)境較為惡劣，視覺引導(dǎo)也難以使用，因此現(xiàn)有的無人機(jī)在海上的移動(dòng)平臺(tái)降落是大多依靠手動(dòng)控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過UWB引導(dǎo)無人機(jī)自動(dòng)著陸，目的在于提供基于UWB指引的無人直升機(jī)自動(dòng)著陸方法，解決由于GPS引導(dǎo)受美國(guó)軍方控制，且GPS引導(dǎo)無法準(zhǔn)確地對(duì)移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行定位，而海上環(huán)境較為惡劣，視覺引導(dǎo)也難以使用，因此現(xiàn)有的無人機(jī)在海上的移動(dòng)平臺(tái)降落是大多依靠手動(dòng)控制。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于UWB指引的無人直升機(jī)自動(dòng)著陸方法，包括依次進(jìn)行的以下步驟：

A、起飛前，在無人機(jī)上安裝機(jī)載UWB捕獲裝置，將機(jī)載UWB捕獲裝置與飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行匹配；

B、在無人機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)行著陸時(shí)，地勤人員使用UWB發(fā)射器對(duì)無人機(jī)進(jìn)行著陸指示；

C、無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置捕獲UWB發(fā)射器發(fā)射的著陸指示；

D、無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置根據(jù)捕獲的著陸指示輸出信號(hào)到飛行控制系統(tǒng)；

E、無人機(jī)上的飛行控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)載UWB捕獲裝置輸入的信號(hào)控制無人機(jī)完成著陸。地勤人員通過UWB發(fā)射器發(fā)射著陸指示，無人直升機(jī)通過機(jī)載UWB捕獲裝置，捕獲UWB發(fā)射器發(fā)射的著陸指示。飛行控制系統(tǒng)根據(jù)UWB捕獲裝置的輸出信號(hào)操縱直升機(jī)跟蹤UWB發(fā)射器發(fā)射的著陸指示。從而，在飛行控制系統(tǒng)的控制下，直升機(jī)按照UWB發(fā)射器的指示和引導(dǎo)，逐漸向地面靠近，直至無人直升機(jī)最終完成自動(dòng)著陸。

所述步驟B中地勤人員使用UWB發(fā)射器對(duì)無人機(jī)進(jìn)行著陸指示的方法為地勤人員通過UWB發(fā)射器向期望的著陸點(diǎn)照射UWB。UWB發(fā)射器向期望著陸點(diǎn)照射UWB后，無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置根據(jù)TOA、TDOA、RSS以及AOA方法確定照射點(diǎn)與無人機(jī)的位置關(guān)系。

在無人機(jī)著陸的過程中，地勤人員更改UWB發(fā)射器的照射點(diǎn)后，無人機(jī)的期望著陸點(diǎn)也立即更改為新的照射點(diǎn)。在直升機(jī)的著陸過程中，可以利用UWB發(fā)射器方便地更改著陸目標(biāo)位置，更改UWB發(fā)射器的照射點(diǎn)后，無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置捕獲新的照射點(diǎn)，根據(jù)新的照射點(diǎn)輸出信號(hào)到飛行控制系統(tǒng)。

所述步驟D中無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置根據(jù)捕獲的著陸指示輸出信號(hào)到飛行控制系統(tǒng)的方法為UWB捕獲裝置根據(jù)捕獲的UWB引導(dǎo)無人機(jī)向期望著陸點(diǎn)靠近。通過步驟B確定的無人機(jī)與照射點(diǎn)的位置關(guān)系來引導(dǎo)無人機(jī)著陸，著陸原理與GPS引導(dǎo)無人機(jī)著陸原理相同。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明基于UWB指引的無人直升機(jī)自動(dòng)著陸方法，采用UWB信號(hào)進(jìn)行引導(dǎo)，可靠性高；

2、本發(fā)明基于UWB指引的無人直升機(jī)自動(dòng)著陸方法，可在著陸過程中隨時(shí)更改著陸目標(biāo)位置。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例

本發(fā)明基于UWB指引的無人直升機(jī)自動(dòng)著陸方法，包括依次進(jìn)行的以下步驟：

A、起飛前，在無人機(jī)上安裝機(jī)載UWB捕獲裝置，將機(jī)載UWB捕獲裝置與飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行匹配；

B、在無人機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)行著陸時(shí)，地勤人員使用UWB發(fā)射器對(duì)無人機(jī)進(jìn)行著陸指示；

C、無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置捕獲UWB發(fā)射器發(fā)射的著陸指示；

D、無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置根據(jù)捕獲的著陸指示輸出信號(hào)到飛行控制系統(tǒng)；

E、無人機(jī)上的飛行控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)載UWB捕獲裝置輸入的信號(hào)控制無人機(jī)完成著陸。

所述步驟B中地勤人員使用UWB發(fā)射器對(duì)無人機(jī)進(jìn)行著陸指示的方法為地勤人員通過UWB發(fā)射器向期望的著陸點(diǎn)照射UWB。UWB發(fā)射器向期望著陸點(diǎn)照射UWB后，無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置根據(jù)到達(dá)時(shí)間定位、到達(dá)時(shí)間差定位、信號(hào)強(qiáng)度分析法以及到達(dá)角度定位方法確定照射點(diǎn)與無人機(jī)的位置關(guān)系。在無人機(jī)著陸的過程中，地勤人員更改UWB發(fā)射器的照射點(diǎn)后，無人機(jī)的期望著陸點(diǎn)也立即更改為新的照射點(diǎn)。在直升機(jī)的著陸過程中，可以利用UWB發(fā)射器方便地更改著陸目標(biāo)位置，更改UWB發(fā)射器的照射點(diǎn)后，無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置捕獲新的照射點(diǎn)，根據(jù)新的照射點(diǎn)輸出信號(hào)到飛行控制系統(tǒng)。

所述步驟D中無人機(jī)上的機(jī)載UWB捕獲裝置根據(jù)捕獲的著陸指示輸出信號(hào)到飛行控制系統(tǒng)的方法為UWB捕獲裝置根據(jù)捕獲的UWB引導(dǎo)無人機(jī)向期望著陸點(diǎn)靠近。通過步驟B確定的無人機(jī)與照射點(diǎn)的位置關(guān)系來引導(dǎo)無人機(jī)著陸，著陸原理與GPS引導(dǎo)無人機(jī)著陸原理相同。

根據(jù)上述方法使無人機(jī)降落在遼寧號(hào)航母上，首先在沈飛研究所研制的天弩無人機(jī)上加裝機(jī)載UWB捕獲裝置NOVELDA 6100系列雷達(dá)，在無人機(jī)通過遙控或預(yù)設(shè)的飛行程序到達(dá)地勤人員通過UWB發(fā)射器FREESCALE XS110向期望的遼寧艦甲板上的著陸點(diǎn)照射UWB形成UWB安裝點(diǎn)。無人直升機(jī)通過機(jī)載UWB捕獲裝置，捕獲UWB發(fā)射器照射在地面上的UWB安裝點(diǎn)。飛行控制系統(tǒng)根據(jù)UWB捕獲裝置的輸出信號(hào)操縱直升機(jī)跟蹤UWB安裝點(diǎn)，機(jī)載UWB捕獲裝置根據(jù)到達(dá)時(shí)間定位、到達(dá)時(shí)間差定位、信號(hào)強(qiáng)度分析法以及到達(dá)角度定位方法確定照射點(diǎn)與無人機(jī)的位置關(guān)系，定位精度為分米級(jí)，在艦長(zhǎng)304.5米的遼寧艦上進(jìn)行精準(zhǔn)著陸綽綽有余，當(dāng)遼寧艦處于行駛狀態(tài)時(shí)，UWB安裝點(diǎn)的位置在不停的變化，安裝點(diǎn)的變化原理與地勤人員重設(shè)UWB安裝點(diǎn)的原理相同，由于遼寧艦航速為29節(jié)，天弩無人機(jī)飛行速度遠(yuǎn)大于遼寧艦的航速，因此，在遼寧艦全速航行時(shí)，無人機(jī)仍能機(jī)跟蹤UWB安裝點(diǎn)，在飛行控制系統(tǒng)的控制下，直升機(jī)按照UWB發(fā)射器的指示和引導(dǎo)，逐漸向地面上的UWB安裝點(diǎn)靠近，并同時(shí)下降高度，直至無人直升機(jī)最終完成自動(dòng)著陸。而采用GPS引導(dǎo)著陸想達(dá)到在移動(dòng)的遼寧艦上進(jìn)行分米級(jí)的精準(zhǔn)著陸則需要在遼寧艦上建立多個(gè)差分基準(zhǔn)站，在不建立差分基準(zhǔn)站時(shí)，定位精度最多達(dá)到10m級(jí)，在甲板上精準(zhǔn)著陸可行性幾乎為0，且戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期采用GPS定位必然會(huì)暴露遼寧艦的坐標(biāo)。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。