[發明專利]一種機載水文探頭無人投放裝置及投放方法

有效

• 申請號: 202010763728.5
• 申請日: 2020-08-01
• 公開（公告）號: CN111846231B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 呂冰冰;肖志偉;江巒;陳路;陳新;楊睿;鄒功鋒
• 申請（專利權）人: 湖南國天電子科技有限公司
• 主分類號: B64D1/02
• 分類號: B64D1/02;B64D9/00;B64D47/08;B64D47/00;G01D21/02
• 代理公司: 長沙大珂知識產權代理事務所(普通合伙) 43236
• 代理人: 伍志祥

1.一種機載水文探頭無人投放裝置，所述無人投放裝置垂直安裝于無人飛行器底部，其特征在于，包括投放裝置安裝架(1)、探頭艙(2)；

所述探頭艙(2)內設置有電子控制艙(2-1)、位于所述電子控制艙(2-1)兩側的第一步進轉軸(2-2)與第二步進轉軸(2-3)、包裹所述第一步進轉軸(2-2)與所述第二步進轉軸的齒輪帶(2-4)、探頭容納空間(2-5)、探頭投放出口(2-6)，所述探頭容納空間(2-5)內平行設置多個探頭(2-7)，所述探頭(2-7)與所述齒輪帶(2-4)轉動連接；

所述無人投放裝置外設置有帶有視覺導航傳感器的智能攝像機、內設置有風速傳感器、高度傳感器、動態傾角傳感器；所述探頭(2-7)的尾蓋與所述探頭艙左側壁(2-8)鉸接，與所述探頭艙右側壁(2-9)通過卡扣(2-10)連接；

所述機載水文探頭無人投放裝置的投放方法，包括以下步驟：

S1：裝填多個探頭于機載水文探頭無人投放裝置探頭艙的探頭容納空間內；

S2：通過外部控制裝置預設輸入任務于探頭艙內的電子控制艙內；

S3：所述無人投放裝置通過智能攝像機獲取預投放目標圖像信息，所述電子控制艙通過傳感器進行所在環境的指標感應，進行智能任務值守；

S4：所述電子控制艙接收到觸發任務信號，觸發任務；

S5：自動釋放所述探頭容納空間內探頭投放出口處的探頭，所述探頭投放出口處探頭釋放脫落；

S6：所述探頭尾蓋釋放丟棄，將探頭投放至指定地點，所述探頭投放任務標記完成；

S7：探頭艙內的第一步進轉軸與第二步進轉軸同時轉動，驅動與其齒輪帶轉動連接的下一個探頭進入探頭投放出口；

S8：下一個探頭就位，所述電子控制艙繼續進行智能任務值守；

所述S5步驟中的探頭釋放脫落后的探頭釋放路線確定方法，包括以下步驟：

1)確定所述探頭的站心坐標系位置，構建所述探頭的站心坐標系定位矩陣[N^obj，E^obj，1]^T，公式如下：

其中，所述G_NE為智能攝像機的參數矩陣，代表攝像機姿態和位置，[u，v，1]^T為攝像機的視覺導航傳感器測量獲得的歸一化的均勻像素坐標，所述K為通過標準相機校準算法估計的攝像機的內在參數，λ是分離所述探頭所在的站心坐標系定位矩陣[N^obj，E^obj，1]^T的標準化齊次坐標所需的比例因子；

2)計算所述智能攝像機的參數矩陣G_NE，所述為智能攝像機的視覺導航傳感器測量的參數，所述p_cam為以站心坐標系表示的探頭所在中心位置，所述r₁為第一列向量，所述r₂為第二列向量；

3)構建所述探頭投放路線模型，計算投放目標地理坐標系的位置(x,y,z)：

慣性系中所述探頭相對于空氣的速度V_r的公式為：

其中所述x為站心坐標系的北方向位置，所述y為站心坐標系的東方向位置，所述z為站心坐標系的下方向位置；所述v_x為無人機的北方向速度，所述v_y為無人機的東方向速度，所述v_z為無人機的下方向速度；

所述w_x為慣性系中北方向的風速，所述w_y為慣性系中東方向的風速，所述w_z是慣性系中的下方向的風速；

常數C_D為阻力系數，常數m為釋放物體的質量，常數A為釋放物體的面積、常數ρ為空氣密度和常數g為重力引起的標準加速度；

4)構建導航路徑矢量公式如下：

其中所述V_g＝||v_x，v_y，v_z||代表地面速度；所述L₁為所述矢量的可調長度，可調長度為無人機與無人機期望路徑相交點的距離；所述η為所述矢量a_scmd的可調長度L₁和無人機地面速度之間的夾角；

5)計算導航路徑期望側傾角度φ_d，公式如下：

其中，所述θ為無人機的俯仰姿態角；

6)計算導航路徑期望的傾斜角θ_d，公式如下：

θ_d＝-c₁(γ-γ_d)+γ_d+α_trim

其中c₁為常數，d為無人機位置至探頭降落點p的距離，γ為飛行軌跡角，γ_d為期望飛行軌跡角，α_trim是修正角；其中，

γ_p是無人機繞y軸的旋轉角度，K_ph和K_ih分別為控制器對傾斜角的比例增益和積分增益，Δ是探頭釋放點至探頭降落點p的前方距離，e_v是垂直跟蹤誤差；

7)計算導航路徑期望動力δ_thr，公式如下：

其中，所述δ_thr為期望動力，所述δ_thr，trim為修正角α_trim所需期望動力，所述和所述分別為控制器對所述的比例增益和積分增益，所述V_a為矢量的速度，所述V_a，desired為矢量的期望速度，所述為所述V_a與所述V_a，desired的差值；所述是使垂直軌道誤差e_v(t)最小的比例增益；

8)無人機的自動駕駛儀使用控制器對側傾、俯仰和油門動力進行控制，并提供估計的風速以及無人機的位置、速度和姿態，無人投放裝置按照探頭投放路線模型計算投放目標地理坐標系的位置(x,y,z)進行投放。