控制無人駕駛飛機在平臺尤其是船上平臺的圓形甲板網格上自動著陸/從其自動起飛的...的製作方法

2023-05-27 21:04:51 4

專利名稱：控制無人駕駛飛機在平臺尤其是船上平臺的圓形甲板網格上自動著陸/從其自動起飛的 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於控制無人駕駛飛機在平臺尤其是船上平臺的圓形甲板網格上自動著陸/或從其自動起飛的方法及系統。
背景技術：
已知的是，控制無人駕駛飛機在平臺尤其是船上平臺上著陸/起飛的問題已成為多年以來的議題。
具體地，這樣的控制必須在例如處于波濤洶湧的大海中的尺寸小的比如巡洋艦類型的船上平臺上提供，且無論無人駕駛飛機的大小如何必須提供這樣的控制，無人駕駛飛機也可以是小尺寸的而且在高頻率下移動。
此類型的執行於例如雷射器、GPS、光學或其它裝置上的自動控制方法已在現有技術中提出。
這些各種裝置可能根據著陸策略使無人駕駛飛機開始著陸，所述著陸策略還根據現有技術中的各種計劃變化。
因此，例如，已經提出的一種著陸策略在於持久地伺服控制無人駕駛飛機相對於平臺甲板的位置。
其它著陸策略在於預測甲板的具體位置以開始著陸，所述甲板具體位置諸如為波峰。
其它策略還在於在甲板的最小移位速度下開始著陸。
然而，迄今為止提出的解決辦法都無法令人十分滿意，尤其是應用在波濤洶湧的大海中。
因此，本發明的目的是解決這些問題。

發明內容
為此，本發明的主題是一種控制無人駕駛飛機在船上平臺的圓形甲板網格上自動著陸或者從所述圓形甲板網格自動起飛的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 -獲得所述網格的移動的步驟， -計算所述網格的平均位置的步驟， -計算所述網格的位置預測的步驟， -計算所述網格的最小移位速度的步驟，及 -獲得所述無人駕駛飛機的位置的步驟，以便 .如果所述無人駕駛飛機不能夠跟隨所述網格移動，且如果所述網格的移動幅度小，換言之小於所述網格的半徑範圍，則採用通過跟隨所述網格的所述平均位置的著陸策略，而如果所述網格的所述移動幅度大，換言之大於所述網格的所述半徑，則採用通過以所述網格的最小速度定位的著陸策略；及 .如果所述無人駕駛飛機可跟隨所述網格的所述移動，且如果所述網格的所述移動幅度小，換言之小於所述網格的所述半徑範圍，則採用根據所述網格的所述平均位置而定的著陸策略，且如果所述網格的所述移動幅度大，換言之大於所述網格的所述半徑範圍， 則採用通過跟隨在著陸時預測的網格位置的著陸策略。
根據本發明的其它方面，用於控制無人駕駛飛機自動著陸/起飛的方法及系統包含以下特性之一 -該方法包括控制所述平臺與所述無人駕駛飛機的動態速度及姿勢狀態的步驟、 檢查所述無人駕駛飛機確實垂直於所述網格的步驟及檢查當所述網格完成其下降時預測到的網格位置確實位於所述無人駕駛飛機下方的步驟，以將著陸命令傳遞給所述無人駕駛飛機， -該方法包括，在實際著陸階段之前，所述無人駕駛飛機與所述平臺在所述平臺後面的一預定地理位置處的相遇階段，接著是進場階段，在此進場階段期間，所述進場軌跡根據所述平臺的平均移位航向全局地定向以從所述平臺的後部執行進場， -該方法包括在將起飛命令發給所述無人駕駛飛機之前檢查所述平臺的姿勢狀態的步驟，及 -控制所述姿勢狀態的步驟在於計算所述平臺的橫搖及縱搖預測及在起飛所需的時間期間檢查平臺的這些橫搖及縱搖預測在預定的閾限內。
根據另一方面，本發明的另一目的是實施此方法的系統。


根據僅作為示例給出的以下描述且參考附圖，將會更好地理解本發明，其中 圖1及圖2示出了船上平臺與無人駕駛飛機的進場軌跡的側視圖及俯視圖， 圖3示出了這樣的無人駕駛飛機的著陸， 圖4是根據本發明的自動著陸方法的狀態圖， 圖5及圖6示出了通過實施根據本發明的控制方法獲得的著陸衝擊仿真，及 圖7是根據本發明的自動起飛方法的狀態圖。
具體實施例方式圖1、圖2及圖3示出了控制無人駕駛飛機在船上平臺的圓形甲板網格上自動著陸的方法。
此平臺在這些附圖中例如由通用標記1表示，且因此所述平臺包含由通用標記2 表示的著陸區，所述著陸區設有適於接收例如魚叉的網格，當無人駕駛飛機以傳統方式著陸時，所述網格用來將其保持在恰當位置。
當著陸時，根據本發明的控制方法在於藉助所述平臺的地理位置信息使無人駕駛飛機進入靠近所述平臺的場地，接著藉助例如為光學著陸傳感器類型的高頻運動傳感器來自動領航無人駕駛飛機相對於此平臺的速度，以使其在所述平臺的甲板網格上十分安全地著陸。
為此，處理所述平臺的位置及速度測量以產生所述無人駕駛飛機的進場軌跡，接著處理與所述平臺的慣性測量混雜的平臺/無人駕駛飛機方位角誤差測量以產生所述無人駕駛飛機的最終著陸軌跡。
為了在平臺的上層結構周圍建立穩定的空氣流通速度且保證飛行穩定，計算出的軌跡類似於直升機著陸的軌跡，而且因此對於航空專員而言，視覺安全控制與直升機的視覺安全控制相同。
因此目的不僅是不斷伺服控制無人駕駛飛機相對於平臺甲板的位置，而且實際上是將無人駕駛飛機置於甲板的大體移動區域上方的特定位置處，接著等待位置、速度及姿勢條件被滿足。
目的也不僅僅是預測著陸的波峰。
實際上，短期預測甲板位置及姿勢僅使得可能檢查到觸地時仍會滿足所述條件， 使無人駕駛飛機的起落架牢固使得承受相應速度成為可能。
而且，在關鍵的著陸階段期間，兩個航行器的相對距離，也就是說所述平臺與所述無人駕駛飛機的相對距離通過非GPS技術例如光學技術檢測，且因此可持續性地獲得且可罪。
實際上，所述無人駕駛飛機的收回大致分為這些圖1、圖2及圖3中示出的三個階段。
這些階段為相遇、進場及著陸。
所述無人駕駛飛機與平臺的相遇是將無人駕駛飛機置於地理方位NED (北東地) 的一固定位置上方的階段，例如所述固定位置為一 GPS位置。
在所估計的相遇時間，此位置位於朝向所述平臺後部的安全高度處。此位置在圖 1及圖2中表示為El及E2。
所述進場是使所述無人駕駛飛機以相對風向進入甲板的連續事件。
通過從位置El來看使所述兩個航行器對齊，平臺的平均地理位置信息用來定義所述無人駕駛飛機的設定位置進場軌跡。
根據所述平臺的平均前進方向對所述進場軌跡進行全局地定向，以從這個平臺的後部(例如，朝向平臺的直升機吊掛)進行進場。
接著，無人駕駛飛機的軌跡精確地朝著與平臺反向的極大風力取向，如果所述極大風力在無人駕駛飛機/平臺對所允許的風力限制內的話。如果其不在所述風力限制內， 則平臺的航空指揮臺不履行風力合約，且輪船的路線必須改變以遵守這些風力限制。
此進場軌跡經過這些圖1及圖2中示出的位置E2，所述無人駕駛飛機以合適的距離及高度與所述平臺聚合。
隨著無人駕駛飛機繼續靠近所述平臺，其進入位於所述平臺上的光角誤差測量裝置的視場中，此視場在這些圖1及圖2中由通用標記3表示。
接著開始精確領航無人駕駛飛機的階段以實現其著陸。
接著，在形成所述角度誤差測量傳感器的裝置的控制下，所述無人駕駛飛機確定位置設定位置W、Tl及T2的順序並且在這些位置中的每一位置處設計有等待階段，以檢查是否滿足著陸的動態條件，且尤其是所述甲板與所述無人駕駛飛船之間的相對速度及姿勢角度。
接著，所實施的著陸策略將取決於所述平臺的移動及所述無人駕駛飛機的動態。
因此，如果所述無人駕駛飛機無法跟隨所述網格的移動，且如果所述網格的移動幅度小，也就是說小於所述網格的半徑範圍，則將採用基於跟隨所述網格的平均位置的著陸策略，而如果所述網格的移動幅度大，也就是說大於所述網格的半徑範圍，則將採用基於以所述網格的最小速度定位的著陸策略。
如果所述無人駕駛飛機可以跟隨所述網格的移動，且如果所述網格的移動幅度小，也就是說小於所述網格的半徑範圍，則將採用根據所述網格的平均位置的著陸策略，且如果所述網格的移動幅度大，也就是說大於所述網格的半徑範圍，則將採用基於跟隨著陸甲板時預測的網格位置的著陸策略。
當所述無人駕駛飛機在T2處且同時滿足以下狀況時，給出豎直下降命令 1)滿足動態速度及姿勢條件，這些主要取決於起落架的強度及所述無人駕駛飛機的重心的高度。
2)所述無人駕駛飛機由形成光角誤差測量傳感器的裝置測量到其垂直於所網格。
3)當所述無人駕駛飛機將完成其垂直下降時，也就是說，例如在不到5秒中，預測到所述網格的位置在無人駕駛飛機的下方。
為了觀察所述網格的移動且確定著陸策略，利用了在所述平臺的平均偽慣性定位內提取出所述網格的移動的原理，且所述網格位置的短期預測通過利用估計剛剛穩定的振蕩濾波器的係數的技術利用傳統的信號處理技術來統計性地確定一物理系統的行為，從而預測以平臺速度行進的偽慣性定位中所述網格的位置。
所述濾波器係數的數字調節是決定因素，且考慮到所述平臺移動的隨機因素，這些技術允許在幾秒中進行穩定預測，這足以確定將準確無誤地進行著陸。
所有這些方法已經可以從現有技術得知，且因此下文將不作更詳細地描述。
如圖3中所示，這使得可能將此附圖中通用標記4表示的無人駕駛飛機帶到所述平臺1的甲板上方且尤其是在所述平臺1的甲板網格5上方。
一旦著陸，可以啟動用來將所述無人駕駛飛機固定到所述甲板上的裝置，諸如，舉例而言為所述甲板網格中的一魚叉。
例如，這在圖4中示出，從圖4中可看到發送給無人駕駛飛機且更具體地發送給其自動領航裝置的不同命令，命令其在步驟10中將自身置於位置E 1處，在步驟11中將自身置於位置E2處，在步驟12中將自身置於位置W處，在步驟13中其位置控制從GPS系統轉換到光角誤差測量傳感器。
所述無人駕駛飛機接著移動到Tl，如步驟14中所示，接著在步驟15中經過等待階段之後，在步驟16中下降到T2，且在步驟17中經過等待階段之後，在步驟18中著陸在甲板上，之後在步驟19中啟動所述固定裝置，例如魚叉。
圖5及圖6示出了在165°湧浪(15°向前)的5級風力海況中進行50次著陸的以蒙特海洛型仿真掃描形式的著陸軌跡及衝擊仿真。
這些附圖示出了 在50次仿真著陸中，有39次在第一次嘗試時就獲得成功。
在第一次著陸時有11個甲板沿著所述網格的邊，且在此情況下所述無人駕駛飛機需要再次起飛且再次嘗試著陸甲板。
已啟動全面測試且已證實此控制方法的可靠性。
類似地，根據本發明的所述方法還包含在將起飛命令發給所述無人駕駛飛機之前檢查所述平臺的姿勢狀態的步驟。
此控制步驟在於計算平臺的橫搖及縱搖預測且在於在起飛所需的時間期間檢查這些橫搖及縱搖預測在預定閾限內，如圖7中所示，或者在步驟20中示出的啟動步驟之後， 在步驟21中所述無人駕駛飛機處於待命狀態，之後在步驟22中發動其自動起飛，自動起飛之後，在步驟23中，認為所述無人駕駛飛機在執行任務中。
因此，所述自動起飛由起飛時刻所述平臺的姿勢狀態決定，以避免使無人駕駛飛機以過大角度起飛且具有不期望的水平速度。
則起飛原理包括在起飛命令後與位置El會合，要注意在起飛所需的時間期間連續預測所述平臺的橫搖及縱搖姿勢在許可的閾值內之後，才發出所述起飛命令。
用來實施此方法的系統包含諸如用來獲取數據(舉例而言為網格移動)及諸如計算例如此網格的平均位置或者預測網格位置及網格的最小移位速度的一定數目的裝置。
其還包含用來獲取所述無人駕駛飛機位置的裝置及用來將指揮命令發送給無人駕駛飛機且更具體地發送給無人駕駛飛機的自動領航裝置的裝置，以使其十分安全地著陸和/或起飛。
由於基於數據採集慣性單元、GPS系統、光學裝置等的這些裝置具有傳統結構，下文中將不對它們作更詳細描述。
當利用這些裝置時，這些裝置可具有含電腦程式的任意恰當結構以實施以上描述的各個步驟。
權利要求
1.一種控制無人駕駛飛機自動著陸/起飛的方法，所述著陸是在船上平臺(1)的圓形甲板網格( 上著陸，所述起飛是從所述圓形甲板網格起飛，其特徵在於，該方法包括以下步驟-獲得所述網格(5)的移動的步驟，-計算所述網格(5)的平均位置的步驟，-計算所述網格(5)的位置預測的步驟，-計算所述網格(5)的最小移位速度的步驟，及-獲得所述無人駕駛飛機(4)的位置的步驟，以便.如果所述無人駕駛飛機⑷不能夠跟隨所述網格(5)的移動，且如果所述網格(5)的移動幅度小，換言之小於所述網格的半徑範圍，則採用通過跟隨所述網格的所述平均位置的著陸策略，而如果所述網格的移動幅度大，換言之大於所述網格的所述半徑範圍，則採用通過以所述網格的最小速度定位的著陸策略；及.如果所述無人駕駛飛機(4)能跟隨所述網格的所述移動，且如果所述網格(5)的所述移動幅度小，換言之小於所述網格的所述半徑範圍，則採用根據所述網格的所述平均位置而定的著陸策略，且如果所述網格的所述移動幅度大，換言之大於所述網格的所述半徑範圍，則採用通過在跟隨著陸甲板時預測的網格位置的著陸策略。
2.如權利要求1所述的控制無人駕駛飛機自動著陸/起飛的方法，其特徵在於，該方法包括控制所述平臺(1)與所述無人駕駛飛機的動態速度及姿勢狀態的步驟、檢查所述無人駕駛飛機(4)確實垂直於所述網格( 的步驟及檢查在所述網格完成其下降時所預測的所述網格(5)的位置確實位於所述無人駕駛飛機下面的步驟，以將著陸命令傳遞給所述無人駕駛飛機。
3.如權利要求1或2所述的控制無人駕駛飛機自動著陸/起飛的方法，其特徵在於，該方法包括，在實際著陸階段前，所述無人駕駛飛機(4)與所述平臺(1)在所述平臺後面的一預定地理位置處的相遇階段，接著是進場階段，在此進場階段期間，所述進場軌跡根據所述平臺的平均移位航向全局地定向以從所述平臺的後部執行進場。
4.如上述權利要求中的任一項所述的控制無人駕駛飛機自動著陸/起飛的方法，其特徵在於，該方法包括在將起飛命令發給所述無人駕駛飛機(4)之前檢查所述平臺(1)的姿勢狀態的步驟。
5.如權利要求4所述的控制無人駕駛飛機自動著陸/起飛的方法，其特徵在於，控制所述姿勢狀態的所述步驟在於計算所述平臺(1)的橫搖及縱搖預測，以及，在所述無人駕駛飛機(4)起飛所需時間期間檢查所述平臺的這些橫搖及縱搖在預定的閾限內。
6.一種控制無人駕駛飛機(4)在船上平臺(1)的圓形甲板網格( 上自動著陸或從所述圓形甲板網格自動起飛的系統，其特徵在於，該系統包括獲得所述網格(5)的移動的裝置、計算所述網格(5)的平均位置的裝置、計算所述網格(5)的位置預測的裝置、計算所述網格(5)的最小移位速度的裝置、獲得所述無人駕駛飛機的位置的裝置及檢查所述平臺的姿勢狀態的裝置，以執行上述權利要求中任一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種方法，其特徵在於，所述方法包括獲得移動、計算平均位置、計算位置預測及計算最小網格(5)移動速度的步驟及獲得無人駕駛飛機(4)的位置的步驟，以使得如果所述無人駕駛飛機不能跟隨所述網格移動且所述網格的移動幅度小、即小於所述網格的半徑範圍，則可能採用通過監控所述網格的平均位置的著陸策略，且如果所述網格的移動幅度大，即大於所述網格的半徑範圍，則可能採用通過以所述網格的最小速度定位的著陸策略，且如果無人駕駛飛機(4)可以跟隨網格(5)移動且所述網格的移動幅度小、即小於所述網格的半徑範圍，則可能採用根據所述網格的平均位置而定的著陸策略，且如果所述網格的移動幅度大、即大於所述網格的半徑範圍，則可能採用通過跟隨著陸時所預測到的網格位置的著陸策略。
文檔編號G05D1/06GK102187290SQ200980140763
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月13日 優先權日2008年10月13日
發明者朱利安·皮埃爾·貴洛姆·莫雷斯夫 申請人:Dcns公司