專利名稱：無人機(jī)在靠近平臺(tái)尤其海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無人機(jī)的在靠近平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)。更特別的是，本發(fā)明涉及這種無人機(jī)在靠近平臺(tái)例如尤其海上平臺(tái)以降落的階段的導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知該引導(dǎo)問題是自多年來現(xiàn)在得到發(fā)展的關(guān)鍵問題。實(shí)際上，已經(jīng)提出過基于GPS (全球定位系統(tǒng))或雷達(dá)技術(shù)的針對(duì)此類應(yīng)用的引導(dǎo)方法。但是，在海上平臺(tái)的特殊應(yīng)用范圍內(nèi)，這些系統(tǒng)需要控制該平臺(tái)，特別是了解它的運(yùn)動(dòng)和它的設(shè)備。對(duì)這些問題還要加上保證回收無人機(jī)的困難，而無人機(jī)的位置常常是通過GPS測(cè)量的，由于衛(wèi)星星座周跳、多路徑又或干擾等，GPS的可用性不能在每個(gè)時(shí)刻都得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決這些問題。為此，本發(fā)明的目標(biāo)是無人機(jī)在靠近平臺(tái)尤其是海上平臺(tái)以便進(jìn)行降落的階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，平臺(tái)配有下滑坡度指示設(shè)備，該設(shè)備從水平出發(fā)在預(yù)定的角域上發(fā)射引導(dǎo)光束陣列Qventail)，并且無人機(jī)配有光束采集攝影機(jī)，該攝影機(jī)與圖像分析裝置和無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置的控制指令的計(jì)算裝置連接，以便帶引無人機(jī)追隨著引導(dǎo)光束。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，導(dǎo)航系統(tǒng)包括以下特征中的一個(gè)或幾個(gè)-引導(dǎo)光束陣列包括從水平面起上升并置的三個(gè)不同顏色的光束；
-第一光束為紅色，第二光束為綠色，第三光束為黃色；-第一光束的上升開角為4°，第二光束的上升開角為2°，第三光束的上升開角為8。；-光束具有為30°的方位開角；-光束在方位角上分為27°的第一左舷角域和在第一左舷角域的右側(cè)的為3°的第二右舷角域；-在第一左舷角域中，紅色光束以1秒的周期閃爍，綠色光束不閃爍，黃色光束以2 秒的周期閃爍，而在第二右舷角域中，所有光束以0.5秒的周期閃爍；-圖像分析裝置適于向計(jì)算裝置傳送攝影機(jī)所感知的光束顏色信息和由光束閃爍周期確定的角域信息，并且無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置的控制指令的計(jì)算裝置適于根據(jù)以下關(guān)系確定無人機(jī)的縱向速度Vx、側(cè)向速度Vy和爬升速度Vz -如果感知光束的顏色為紅色，則Vx= VcruiseXO. 22并且Vz = Vzmax，其中 Vcruise是無人機(jī)的巡航速度，Vzmax是無人機(jī)的最大爬升速度，這些速度預(yù)定單位為米/ 秒；
-如果感知光束的顏色為綠色，則Vx= Vcruise X 3/5并且Vz = Vzmax ；-如果感知光束的顏色為黃色，則Vx= Vcruise X 3/5并且Vz = -Vzmax ；并且-如果沒有感知到任何光束，則Vx= 0并且Vz = -Vzmax ；和-如果感知角域?yàn)樗龅谝蛔笙辖怯?，則Vy= -2 ；-如果感知角域?yàn)樗龅诙蚁辖怯颍瑒tVy= 7 ；和-如果沒有感知到任何角域，則Vy= 0 ；-計(jì)算裝置調(diào)適于考慮平臺(tái)的移動(dòng)速度；和-所述平臺(tái)是水面船舶；并且，所述下滑坡度指示設(shè)備在該水面船舶上橫搖和俯仰穩(wěn)定。


借助下面僅作為例子給出并參照以下附圖進(jìn)行的描述，可以更好地了解本發(fā)明-圖1表示配有屬于符合本發(fā)明的導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成部分的角域的下滑坡度指示設(shè)備的海上平臺(tái)；-圖2表示這種設(shè)備發(fā)射的光束陣列；-圖3、4和5表示引導(dǎo)無人機(jī)時(shí)無人機(jī)所追隨的理想軌跡；和-圖6表示框圖，其示出包括集成在無人機(jī)中用以保證所述追隨的不同裝置。
具體實(shí)施例方式圖1中實(shí)際上示出無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)的階段的導(dǎo)航系統(tǒng)。該平臺(tái)在該圖中用總參考標(biāo)號(hào)1表示，并且例如在后部具有無人機(jī)降落區(qū)。實(shí)際上，該平臺(tái)配有下滑坡度指示設(shè)備，該設(shè)備自水平面起在預(yù)定的角域上發(fā)射引導(dǎo)光束陣列。在無人機(jī)方面，無人機(jī)配有光束采集攝影機(jī)，該攝影機(jī)與圖像分析裝置和無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置的控制指令的計(jì)算裝置連接，以便使無人機(jī)追隨引導(dǎo)光束。在圖1中，引導(dǎo)光束陣列用總參考標(biāo)號(hào)2表示。實(shí)際上，該引導(dǎo)光束陣列可包括三個(gè)從水平面起上升的顏色不同的并置光束，例如在該圖1中分別用參考標(biāo)號(hào)3、4和5表示的光束。因而第一光束3可以是紅色，第二光束4可為綠色，而第三光束5可為黃色。另外，第一光束可具有為4°的上升開角，第二光束可具有為2°的上升開角，第三光束可具有為8°的上升開角。這些光束還可以具有為30°的方位開角，這些光束在方位開角上分為27°的第一左舷角域和在第一左舷角域右側(cè)的成3°的第二右舷角域。另外，在這樣確定的不同角域中，光束還能以不同的周期閃爍。因此例如，在第一左舷角域中，紅色光束能以1秒的周期閃爍，綠色光束不閃爍， 而黃色光束能以2秒的周期閃爍。在第二右舷角域中，所有光束以0. 5秒的周期閃爍。這在圖2中示意地表示，在該圖2中實(shí)際上看到顏色分別為紅、綠、黃的相應(yīng)第一、 第二和第三光束3、4和5。
圖2中還示出所述光束的為30°的方位開角，其中第一角域?yàn)?7°，第二角域?yàn)?°。因而如在圖3、4和5中所示的，發(fā)現(xiàn)可確定無人機(jī)靠近平臺(tái)的理想軌跡，而使無人機(jī)追隨如圖所示的軌道，在這些圖中該軌道在第二和第三光束的左舷角域和右舷角域之間的結(jié)合處用粗黑線表示。為此，如圖6所示，無人機(jī)配有在該圖中用總參考標(biāo)號(hào)6表示的光束采集攝影機(jī)， 攝影機(jī)的輸出端與用總參考標(biāo)號(hào)7表示的圖像分析裝置連接。這些分析裝置本身與無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置的控制指令的計(jì)算裝置連接，以便帶引無人機(jī)追隨引導(dǎo)光束，指令計(jì)算裝置用總參考標(biāo)號(hào)8表示，無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置用總參考標(biāo)號(hào)9表示。因而可理解，該鏈條允許圖像分析裝置給計(jì)算裝置傳送從光束閃爍周期確定的角域信息和光束顏色信息，例如攝影機(jī)所感知的信息，以便使無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置的控制指令的計(jì)算裝置確定該無人機(jī)的縱向速度Vx、側(cè)向速度Vy和爬升速度Vz。計(jì)算這些不同速度的算法因而可以如下如果感知光束的顏色為紅色，則Vx = VcruiseXO. 22并且Vz = Vzmax, Vcruise 為無人機(jī)的巡航速度，Vzmax為它的最大爬升速度，這些速度例如通過無人機(jī)的制造者預(yù)先確定單位為米/秒。相反，如果感知光束的顏色為綠色，則Vx = Vcruise X 3/5并且Vz = Vzmx。最后，如果感知光束的顏色為黃色，則Vx = Vcruise X 3/5并且Vz = -Vzmax0相反，如果沒有感知任何光束，則Vx = 0并且Vz = -Vzmax0同樣，如果感知角域?yàn)榈谝蛔笙辖怯?，則Vy = -2，并且如果感知角域?yàn)榈诙蚁辖怯?，則Vy = 7。如果沒有感知到任何角域，則Vy確定為0。則發(fā)現(xiàn)，這些駕駛指令允許無人機(jī)以或大或小的精度追隨如前面確定的理想軌跡。還要指出的是，在平臺(tái)是船舶、例如水面船舶的情況下，下滑坡度指示設(shè)備因而以傳統(tǒng)方式橫搖和俯仰穩(wěn)定。同樣，計(jì)算裝置可調(diào)適于考慮平臺(tái)的移動(dòng)速度，以便進(jìn)一步提高軌跡追蹤的精度。因而發(fā)現(xiàn)，在這種系統(tǒng)中，所述裝置允許通過無人機(jī)的攝影機(jī)觀察下滑坡度指示器的閃爍，然后向無人機(jī)給出縱向速度和側(cè)向速度的指令，以便該無人機(jī)沿循著作為需保持的下降軌道的該下滑坡度指示器的頻率過渡區(qū)。形成的軌跡因而可以接近直升飛機(jī)在進(jìn)場(chǎng)時(shí)的軌跡，以使目視安全控制對(duì)于例如在平臺(tái)上的裝載飛行官員相同。這種系統(tǒng)因而完全是光學(xué)的，并且允許在GPS信號(hào)可能被刻意干擾或以一種方式或另一種方式使該信號(hào)不可用的區(qū)域回收無人機(jī)，而這是在這種下滑坡度指示器的光學(xué)范圍內(nèi)。在平臺(tái)與無人機(jī)之間完全失去連接又或GPS干擾的情況下，并且如果無人機(jī)在光學(xué)范圍外，平臺(tái)因而可以移動(dòng)，以便通過在估計(jì)的無人機(jī)方向上發(fā)射光束陣列來尋找無人機(jī)。
在下滑坡度指示設(shè)備橫搖和俯仰穩(wěn)定的情況下，該無人機(jī)的軌跡同樣與平臺(tái)的橫搖與俯仰無關(guān)，并且因而無人機(jī)通過追隨著下降軌道重新追隨船舶的艏搖運(yùn)動(dòng)?？傊梢哉J(rèn)為，最后，理想下滑坡度可被確定在4°。由于下滑坡度指示裝置可具有1. 5NM的范圍，因而該系統(tǒng)允許從固定高度并在平臺(tái)后較遠(yuǎn)的會(huì)合位點(diǎn)引導(dǎo)無人機(jī)，直到通過短范圍精確降落傳感器負(fù)載無人機(jī)的位點(diǎn)。這種設(shè)備還可引領(lǐng)例如沒有無線電頻率連接的無人機(jī)。還要注意的是，當(dāng)計(jì)算裝置考慮了平臺(tái)移動(dòng)速度時(shí)，可以明顯提高引導(dǎo)精度。實(shí)際上，相對(duì)最佳引導(dǎo)軌道的誤差因而更穩(wěn)定。這可減少降落過程持續(xù)時(shí)間，因?yàn)闊o人機(jī)追隨一條短得多的路徑，并且無人機(jī)圍繞軌道的擺動(dòng)更少。實(shí)際上，還要注意的是，光束陣列的采集和處理的頻率在導(dǎo)航精度中起非常重要的作用。模擬已經(jīng)驗(yàn)證了在大型護(hù)衛(wèi)艦后方直達(dá)20m的距離上并且5級(jí)風(fēng)力海況和45度后浪來對(duì)無人機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)，無人機(jī)以多于每秒5米的速度進(jìn)行降落。因而可看出，該系統(tǒng)相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的已知結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然盡管所描述的實(shí)施例涉及此類設(shè)備在海上平臺(tái)上的安裝，但是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還可應(yīng)用于任何其他降落平臺(tái)，并且下滑斜坡指示設(shè)備還可由可以臨時(shí)和暫時(shí)地安裝在海上平臺(tái)或任何其它平臺(tái)如陸上降落平臺(tái)上的活動(dòng)模塊構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)(1)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺(tái)配有下滑坡度指示設(shè)備，所述下滑坡度指示設(shè)備從水平面在預(yù)定的角域上發(fā)射引導(dǎo)光束陣列O)；并且，所述無人機(jī)配有光束采集攝影機(jī)(6)，所述攝影機(jī)與圖像分析裝置(7)和無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置(9)的控制指令的計(jì)算裝置(8)連接，以便帶引所述無人機(jī)追隨所述引導(dǎo)光束。
2.如權(quán)利要求1所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述引導(dǎo)光束陣列包括從水平面升高并置并且具有不同顏色的三個(gè)光束(3、4、 5)。
3.如權(quán)利要求2所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，第一光束C3)為紅色，第二光束(4)為綠色而第三光束( 為黃色。
4.如權(quán)利要求2或3所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，第一光束(3)的上升開角為4°，第二光束的上升開角為2°，并且第三光束(5)的上升開角為8°。
5.如權(quán)利要求2、3或4所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述光束的方位開角為30°。
6.如權(quán)利要求5所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述光束在方位角上分為27°的第一左舷角域和在所述第一左舷角域右側(cè)的為 3°的第二右舷角域。
7.如權(quán)利要求6所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一左舷角域中，紅色光束(3)以1秒的周期閃爍，綠色光束(4)不閃爍和黃色光束(5)以2秒的周期閃爍，而在所述第二右舷角域中，所有光束(3、4、5)以0.5秒的周期閃爍。
8.如權(quán)利要求7所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像分析裝置(7)適于給所述計(jì)算裝置(8)傳送由所述攝影機(jī)(6)感知的基于光束閃爍周期確定的角域信息與光束顏色信息；并且，所述無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置的控制指令的計(jì)算裝置(8)適于根據(jù)以下關(guān)系確定所述無人機(jī)的縱向速度Vx、側(cè)向速度Vy和爬升速度Vz -如果感知光束的顏色為紅色，則Vx = Vcruise X 0. 22并且Vz = Vzmax，其中Vcruise 是無人機(jī)的巡航速度，Vzmax是無人機(jī)的最大爬升速度，這些速度預(yù)定單位為米/秒；-如果感知光束的顏色為綠色，則Vx = Vcruise X 3/5并且Vz = Vzmax ；-如果感知光束的顏色為黃色，則Vx = Vcruise X 3/5并且Vz = -Vzmax ；并且-如果沒有感知到任何光束，則Vx = 0并且Vz = -Vzmax ；-如果感知角域?yàn)樗龅谝蛔笙辖怯颍瑒tVy = -2 ；-如果感知角域?yàn)樗龅诙蚁辖怯颍瑒tVy = 7，和-如果沒有感知到任何角域，則Vy = 0。
9.如權(quán)利要求8所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算裝置(8)調(diào)適于考慮所述平臺(tái)的移動(dòng)速度。
10.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以降落階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺(tái)是水面船舶(1)；并且，所述下滑坡度指示設(shè)備在該水面船舶上橫搖和俯仰穩(wěn)定。
全文摘要
無人機(jī)在靠近平臺(tái)特別是海上平臺(tái)以進(jìn)行降落的階段的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，平臺(tái)配有下滑坡度引導(dǎo)設(shè)備，該設(shè)備在預(yù)定的角域上從水平面發(fā)射引導(dǎo)光束陣列，并且無人機(jī)配有光束采集攝影機(jī)(6)，該攝影機(jī)與圖像分析裝置(7)和無人機(jī)自動(dòng)駕駛裝置(9)的控制指令的計(jì)算裝置(8)連接，以便使無人機(jī)追隨引導(dǎo)光束。
文檔編號(hào)G08G5/02GK102224078SQ200980147145
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者J·P·G·莫雷斯弗 申請(qǐng)人:Dcns公司