[發明專利]一種旋翼無人機動平臺自主跟蹤起降系統及控制方法

有效

• 申請號: 201911292906.4
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN110989673B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 陳柯柯
• 申請（專利權）人: 西安因諾航空科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李曉曉

1.一種旋翼無人機動平臺自主跟蹤起降系統，其特征在于，包括自主旋翼無人機、移動站GPS/北斗模塊、動平臺定位模塊、動基站GPS/北斗模塊、動平臺無線通信模塊和差分包無線通信模塊；自主旋翼無人機與移動站GPS/北斗模塊連接；動平臺定位模塊與動基站GPS/北斗模塊連接；自主旋翼無人機與動平臺定位模塊之間通過動平臺無線通信模塊進行數據交互；移動站GPS/北斗與動基站GPS/北斗模塊通過差分包無線通信模塊進行數據交互；

自主旋翼無人機包括飛行控制單元和無人機導航單元；飛行控制單元用于實現使飛機達到預期的位置，速度和姿態，并會實時監測無人機的狀態指標；

無人機導航單元用于給飛行控制單元提供無人機的三維空間位置，速度和姿態；

移動站GPS/北斗模塊用于接收GPS/北斗信號，并處理來自動基站GPS/北斗模塊提供的差分包數據，得到移動站GPS/北斗模塊與動基站GPS/北斗模塊之間的三維精準相對位置信息，提供給無人機導航單元；

動平臺定位模塊用于給無人機導航單元提供移動平臺的三維空間位置，速度和姿態信息；

動基站GPS/北斗模塊用于接收GPS/北斗信號，并提供差分數據包給移動站GPS/北斗模塊；

無人機導航單元利用擴展卡爾曼濾波算法解算出飛機的三維空間位置，速度和姿態，并解算出無人機與動平臺之間的三維相對位置與速度信息；動平臺定位模塊利用擴展卡爾曼濾波算法解算出移動平臺的三維空間位置，速度和姿態，提供給無人機導航單元使用；

移動站GPS/北斗模塊提供的GPS/北斗定位信息和電子羅盤數據通過擴展卡爾曼濾波算法進行融合，解算出飛機的三維空間位置，速度和姿態；動基站GPS/北斗模塊提供的GPS/北斗定位信息和電子羅盤數據通過擴展卡爾曼濾波算法進行融合，解算出移動平臺的三維空間位置、速度和姿態；

無人機導航單元將飛機的三維空間位置和速度與移動平臺的三維空間位置和速度做差得到無人機與移動平臺之間的低精度相對位置和速度信息；移動站GPS/北斗模塊處理動基站GPS/北斗模塊的差分包數據得到高精度相對位置信息。

2.根據權利要求1所述的一種旋翼無人機動平臺自主跟蹤起降系統，其特征在于，飛行控制單元實時監測的狀態指標包括電池電壓、飛機間通訊狀態和電機飽和狀態。

3.一種旋翼無人機動平臺自主跟蹤起降系統的控制方法，其特征在于，基于權利要求1至2任意一項所述的一種旋翼無人機動平臺自主跟蹤起降系統，包括以下步驟：

步驟1，無人機導航單元對低精度相對位置和速度信息與高精度相對位置信息通過擴展卡爾曼濾波算法進行融合，解算出無人機與移動平臺之間高精度的三維空間地理坐標系下的相對位置；

步驟2，調整移動平臺的車頭方向使移動平臺坐標系OX軸與地理坐標系OX軸重合；

步驟3，將旋翼無人機放置在移動平臺的起降區，調整無人機位置使無人機處于起降平臺中心位置；飛行控制單元記錄當前的高精度的三維空間相對位置作為無人機與移動平臺之間期望的跟隨和降落位置；

步驟4，飛行控制單元利用無人機導航單元提供的實時高精度的三維空間相對位置和速度，通過經典PID控制算法在飛行中時刻保持與移動平臺相同的水平位置，在降落過程中能準確降落在起降區。