[發(fā)明專利]一種無人飛行器自主安全飛行控制方法

有效

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• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105425818B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發(fā)明（設計）人: 王鵬;侯中喜;高俊;陳清陽;魯亞飛;冒云慧;李茹;郭天豪;柳兆偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡偉華;張小雪

本發(fā)明公開了一種無人飛行器自主安全飛行控制方法，包括兩部分，一是在飛行過程中，針對無人飛行器飛行狀態(tài)改變，采用對誤差數(shù)據(jù)進行滑動窗口濾波，有效剔除與當前狀態(tài)無關的歷史數(shù)據(jù)、擾動過大的數(shù)據(jù)，加快收斂過程，減小超調，增加無人飛行器狀態(tài)改變過程的穩(wěn)定性。二是針對無人飛行器航路點切換，通過以下邏輯進行航路點的切換，首先判斷無人飛行器與當前目標航路點之間的距離，同時，為了飛行安全考慮，當不滿足上述切換條件而判斷出無人飛行器與目標航點平行于航跡的距離小于一定值時，系統(tǒng)也會自動將目標航點切換至下一航點。本發(fā)明公開的方法可以有效提高無人飛行器狀態(tài)改變的穩(wěn)定性和航路點切換的可靠性，能夠切實提高飛行安全性。

技術領域：

本發(fā)明屬于無人飛行器技術領域，特指一種無人飛行器自主安全飛行控制方法。

背景技術：

當前，無人飛行器技術迅猛發(fā)展，無人飛行器能夠搭載很多先進設備，通過自駕儀預設航跡和人在回路遠程遙控的方式，執(zhí)行各種各樣的任務，可以有效規(guī)避飛行員駕駛飛機所承擔的風險，這體現(xiàn)出了無人飛行器巨大的安全優(yōu)勢。

同時，隨著無人飛行器民用化的步伐，無人飛行器在航拍攝影、城市道路測繪、交通監(jiān)控等領域的應用也越來越廣泛。執(zhí)行這樣的任務，無人飛行器的自主飛行能力和安全性能不容忽視，因為城市人口密集，無人飛行器一旦從高空墜落，往往會帶來嚴重的后果。無人飛行器執(zhí)行任務的可靠性、任務能力，尤其是安全性也越來越受到人們的關注和重視，也有很多問題需要進一步完善。

問題一，無人飛行器在空中執(zhí)行飛行任務，根據(jù)任務需求，任務高度，任務速度都有可能在較大范圍內變化，這就涉及到無人飛行器飛行狀態(tài)改變過程中，自身控制舵面中立位置的調整問題。在經典控制方法中，一般都是依靠對誤差的積分求出新的平衡位置，誤差的積分中包含了所有的歷史信息，其中包括擾動過大的錯誤信息等。離當前時間較遠的歷史信息和錯誤信息對當前狀態(tài)改變是沒有益處的，一方面歷史狀態(tài)與當前狀態(tài)的控制舵面的中立位置不同，歷史信息阻礙當前狀態(tài)的改變，需要超調較長時間才能消除歷史信息的影響，影響收斂速度；另一方面，錯誤的歷史信息需要較大的超調來消除，影響狀態(tài)改變的穩(wěn)定性。

問題二，無人飛行器在空中執(zhí)行飛行任務，其飛行航跡是由一系列帶有順序編號的航路點組成的，航路點主要包含了經緯度、高度、飛行速度等信息，主要作用為引導無人飛行器沿固定軌跡飛行，航路點可簡稱為航點。航路點通常是飛行前設計好，上傳到無人飛行器自駕儀里，也可以實時在線更改，飛行前設計好的航路點稱為預設航路點或預設航點，兩個相鄰編號的預設航路點之間連線的軌跡稱為預設航跡，在實時飛行過程中，無人機被控制系統(tǒng)指引希望到達而暫未到達的航路點稱為當前的目標航路點或目標航點。無人機到達目標航路點附近以后，控制系統(tǒng)將按照一定的控制邏輯對目標航路點進行操作，將目標航路點切換為下一編號或指定編號的航路點。航路點切換過程中切換邏輯十分重要，切換邏輯需要對無人飛行器飛行精度和飛行安全進行綜合考量。如果過分要求無人飛行器飛行精度，將航路點切換的提前轉彎半徑設置的很小，無人飛行器由于受本身轉彎半徑的限制和風的擾動的影響，可能始終無法飛進切換區(qū)域，導致無人飛行器在目標航路點附近以大坡度滾轉角轉圈，極易誘使無人飛行器墜毀；同樣，如果僅考慮安全性，只要無人飛行器與目標航路點平行于航跡的距離小于一定的值就切換到下一航路點，那么，此時無人飛行器可能與目標航路點垂直于航跡的距離還較遠，無人飛行器還沒有能執(zhí)行該航路點預設的偵查或打擊任務，就已經切換到下一航路點，這樣無疑會影響無人飛行器執(zhí)行任務的能力。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有無人飛行器控制方法的不足，提出了一種無人飛行器自主安全飛行控制方法，能夠有效解決無人飛行器自主飛行控制過程中的安全性問題。

本發(fā)明的技術方案是：