本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)船載著陸系統(tǒng)，屬于無(wú)人機(jī)著陸技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，艦載無(wú)人機(jī)主要裝備在航空母艦、戰(zhàn)列艦、驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦和兩棲艦等軍艦上，然而，大排水量的軍艦體隱蔽性較差，且無(wú)法到達(dá)一些特殊區(qū)域。因此研究無(wú)人機(jī)在小排水量的船舶上的應(yīng)用是一個(gè)十分有現(xiàn)實(shí)意義課題。當(dāng)無(wú)人機(jī)在小噸位的船舶上進(jìn)行著陸時(shí)，船舶將面臨著特殊的操作和技術(shù)問(wèn)題，其中，解決無(wú)人機(jī)著陸設(shè)備在船舶上的合理布局問(wèn)題具有重要意義。例如，可以在船舶上鋪設(shè)跑道，無(wú)人機(jī)可以直接在跑道上完成著陸、滑行和制動(dòng)任務(wù)，然而，為了尋找鋪設(shè)跑道所需要的空間，在多數(shù)情況下會(huì)引起船舶外部結(jié)構(gòu)的巨大變化，如，船舶上層建筑，導(dǎo)航設(shè)備以及負(fù)載等位置的變化，一般情況下這將很難被船舶設(shè)計(jì)人員所接受。

基于翼傘的著陸方法是無(wú)人機(jī)在船舶上進(jìn)行著陸的已有方案之一。例如，翼傘由一個(gè)4.5米長(zhǎng)的橫梁支撐，該橫梁固定在4.5米高的垂直桿上。為了保證飛行器的速度下降至18-35km/h，在飛行器飛向船舶的最終段將面積為18m²的降落傘展開。當(dāng)翼傘打開失敗時(shí)無(wú)人機(jī)無(wú)法進(jìn)行二次著陸是基于翼傘的無(wú)人機(jī)著陸系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)，其結(jié)果是，無(wú)人機(jī)的機(jī)械部件和電子器件因海水腐蝕作用而損壞，這將需要很大資金支出。

基于安裝在船舷上的梁式吊車的“吊索”著陸方法也是無(wú)人機(jī)在船舶上進(jìn)行著陸的已有方案之一。相對(duì)于甲板垂直安裝的運(yùn)動(dòng)鎖固定在橫梁的終端。當(dāng)無(wú)人機(jī)飛近著陸設(shè)備時(shí)從其內(nèi)部自動(dòng)彈出一條繩索，在彈簧鉤的幫助下該繩索完成與運(yùn)動(dòng)鎖的連接任務(wù)，連接任務(wù)完成后，無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。

環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)的著陸設(shè)備包括固定在基座上的旋轉(zhuǎn)橫梁，該基座安裝在船舷上。捕獲裝置是一個(gè)帶有彈簧鉤的封閉框架，固定在旋轉(zhuǎn)橫梁的末端。無(wú)人機(jī)上安裝一條長(zhǎng)度約為1.5米的升降索，在升降索的末端固定著一個(gè)帶有金屬網(wǎng)面的球。無(wú)人機(jī)著陸方式如下：借助于機(jī)載的自主制導(dǎo)系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)飛向捕獲設(shè)備的導(dǎo)標(biāo)方向；無(wú)人機(jī)飛過(guò)導(dǎo)標(biāo)上空時(shí)，無(wú)人機(jī)的繩索進(jìn)入捕獲裝置的捕獲區(qū)域，進(jìn)而完成球和鎖的連接任務(wù)；然后，關(guān)閉無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，并將無(wú)人機(jī)懸掛在船舷外側(cè)；最后，將水平橫梁旋轉(zhuǎn)90-180°，從連接鎖上取下無(wú)人機(jī)。

上述兩種著陸裝置的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)人機(jī)沿著船舶外側(cè)通道飛向捕獲備。因此，在無(wú)人機(jī)著陸失敗的情況下，如果無(wú)人機(jī)上有足夠的燃料，那么順利進(jìn)行二次機(jī)動(dòng)著陸。繩索的長(zhǎng)度以及捕獲裝置的部分區(qū)域的角度由無(wú)人機(jī)自主制導(dǎo)系統(tǒng)的精度確定。著陸設(shè)備的安裝位置的選擇必須考慮船體機(jī)構(gòu)特性。為了確定無(wú)人機(jī)相對(duì)于著陸設(shè)備的位置坐標(biāo)，船載著陸系統(tǒng)至少包括兩個(gè)信號(hào)指示標(biāo)志，其中的一個(gè)安裝在船尾，作為下滑信號(hào)指示標(biāo)志；而另外一個(gè)安裝在著陸裝置的梁式吊車上靠近船體中間的位置，作為航向信號(hào)指示標(biāo)志。

無(wú)人機(jī)的著陸設(shè)備沿著船舷安放，航向指示標(biāo)和下滑指示標(biāo)的連線必須平行于著陸下滑航跡線。航向指示標(biāo)和下滑指示標(biāo)的連線與著陸下滑航跡線之間的距離可以修正，且在飛行之前輸入到飛行任務(wù)中。信號(hào)標(biāo)志間的距離由著陸設(shè)備的安放和著陸系統(tǒng)可靠性的保障條件確定。必須精確地測(cè)量信號(hào)標(biāo)志間的距離，且在飛行前必須輸入到無(wú)人機(jī)的機(jī)載計(jì)算裝置中。為了在著陸階段進(jìn)行視覺(jué)監(jiān)控，夜晚在航向指示標(biāo)和下滑指示標(biāo)的連線上必須安裝補(bǔ)充的照明設(shè)備。

在無(wú)人機(jī)飛向船舶的階段，著陸過(guò)程的控制在視覺(jué)監(jiān)測(cè)下自動(dòng)進(jìn)行。沿著通信線路進(jìn)行校正信號(hào)的發(fā)送和來(lái)自于無(wú)人機(jī)的視頻信息的獲取。按照從無(wú)人機(jī)傳來(lái)的信號(hào)標(biāo)志的電視圖像和對(duì)無(wú)人機(jī)的視覺(jué)觀測(cè)，操作員測(cè)定無(wú)人機(jī)相對(duì)于船舶的位置，并將校正信息傳送給無(wú)人機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

在船舶處于搖晃狀態(tài)時(shí)，利用安裝在船甲板上的電視攝像機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行著陸控制，無(wú)法保證無(wú)人機(jī)飛向捕獲設(shè)備的導(dǎo)引精度，這是該無(wú)人機(jī)著陸控制方法的主要缺點(diǎn)。

基于攔截網(wǎng)的著陸方法是無(wú)人機(jī)在船舶上進(jìn)行著陸的已有方案之一。該無(wú)人機(jī)著陸裝置包括安裝船舷上的攔截網(wǎng)和安裝在攔截網(wǎng)后面的攝像機(jī)。攝像機(jī)的光軸對(duì)準(zhǔn)捕獲裝置的瞄準(zhǔn)點(diǎn)?；惭b在距離船的縱向?qū)ΨQ面相同距離的船舷上，捕獲機(jī)構(gòu)和攝像機(jī)安裝在該基座上。電視攝像機(jī)與安裝在無(wú)人機(jī)控制臺(tái)上的視頻監(jiān)視器相連接。將著陸軌跡偏離瞄準(zhǔn)點(diǎn)的誤差信號(hào)輸入到控制指令生成裝置，進(jìn)而生成軌跡補(bǔ)償信號(hào)，例如“向左-向右”、“向上-向下”，借助無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器將軌跡補(bǔ)償信號(hào)發(fā)送給無(wú)人機(jī)。無(wú)線電信號(hào)接收器安裝在無(wú)人機(jī)的機(jī)體上，且與無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相連接。無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)生成控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)被傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，舵機(jī)和副翼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的校正。著陸時(shí)為了減輕對(duì)無(wú)人機(jī)頭部的撞擊，需要安裝專業(yè)的減震設(shè)備。

該著陸方法的主要缺點(diǎn)是，在船舶搖晃時(shí)無(wú)人機(jī)飛向瞄準(zhǔn)點(diǎn)的制導(dǎo)精度不高，且由于無(wú)人機(jī)不具備二次機(jī)動(dòng)著陸的能力，所以當(dāng)著陸失敗時(shí)，無(wú)人機(jī)可能會(huì)與船體發(fā)生碰撞或者落入水中。

現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)著陸技術(shù)的主要缺點(diǎn)是：第一要求具有足夠大的著陸空間，這對(duì)于小排水量的船舶來(lái)說(shuō)是很難滿足的；第二在著陸失敗的情況下，無(wú)法進(jìn)行二次機(jī)動(dòng)著陸，這將導(dǎo)致無(wú)人機(jī)與船體發(fā)生碰撞或者掉落水中；第三在船舶處于搖晃狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)著陸技術(shù)無(wú)法保證無(wú)人機(jī)飛向著陸設(shè)備的導(dǎo)引精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決無(wú)人機(jī)在船舶上著陸時(shí)，由于船舶搖晃造成著陸設(shè)備的導(dǎo)引精度低的問(wèn)題，提供了一種無(wú)人機(jī)船載著陸系統(tǒng)。

本發(fā)明所述無(wú)人機(jī)船載著陸系統(tǒng)，它包括捕獲裝置和電視攝像機(jī)，它還包括船體傾斜傳感器和船體搖晃修正計(jì)算單元，

捕獲裝置用于與無(wú)人機(jī)的可伸縮彈簧鉤連接，完成無(wú)人機(jī)的制動(dòng)任務(wù)；捕獲裝置和電視攝像機(jī)分別借助于延伸橫梁安裝在船舷外側(cè)，電視攝像機(jī)的光軸對(duì)準(zhǔn)捕獲裝置的瞄準(zhǔn)點(diǎn)；船體傾斜傳感器用于采集船舶的船體傾斜信號(hào)，船體搖晃修正計(jì)算單元接收船體傾斜傳感器采集的船體傾斜信號(hào)，并計(jì)算獲得相應(yīng)伺服裝置的控制信號(hào)、電視攝像機(jī)繞自身光軸的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)、捕獲裝置和電視攝像機(jī)分別所在的延伸橫梁在垂直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)及捕獲裝置和電視攝像機(jī)在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提出的無(wú)人機(jī)船載著陸系統(tǒng)，將無(wú)人機(jī)著陸裝置安放在船體外側(cè)，大大降低了著陸設(shè)備占據(jù)的甲板空間，且在著陸失敗的情況下可以進(jìn)行二次機(jī)動(dòng)著陸，避免了無(wú)人機(jī)與船體發(fā)生碰撞或跌落水中。本發(fā)明的船體搖晃修正計(jì)算單元根據(jù)船體當(dāng)前的傾斜情況進(jìn)行計(jì)算，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)相應(yīng)伺服裝置的控制，減弱了船體搖晃作用對(duì)著陸設(shè)備的影響，具有在船體大幅度搖晃時(shí)完成無(wú)人機(jī)著陸任務(wù)的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述無(wú)人機(jī)船載著陸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中11是固定電視攝像機(jī)的鉸鏈機(jī)構(gòu)；

圖2是無(wú)人機(jī)與捕獲裝置進(jìn)行連接的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是無(wú)人機(jī)的彈性制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是電視攝像機(jī)在攝像延伸橫梁上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是電視攝像機(jī)安裝的鉸鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖4的A-A視圖；

圖7是在視頻監(jiān)測(cè)器的屏幕上的觀測(cè)區(qū)域圖像示意圖；

圖8是電視攝像機(jī)光軸和捕獲裝置瞄準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)示意圖；

圖9是L＝5m,γ₀＝15°,R₁＝3m,R₂＝1.5m，φ₀＝0°時(shí)，角φ₁，φ₂和φ₃對(duì)船體橫傾斜角γ的依賴關(guān)系曲線圖；

圖10是L＝5m,γ₀＝15°,R₁＝3m,R₂＝1.5m，φ₀＝10°時(shí)，角φ₁，φ₂和φ₃對(duì)船體橫傾斜角γ的依賴關(guān)系曲線圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1至圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述無(wú)人機(jī)船載著陸系統(tǒng)，它包括捕獲裝置1和電視攝像機(jī)2，它還包括船體傾斜傳感器3和船體搖晃修正計(jì)算單元4，

捕獲裝置1用于與無(wú)人機(jī)的可伸縮彈簧鉤連接，完成無(wú)人機(jī)的制動(dòng)任務(wù)；捕獲裝置1和電視攝像機(jī)2分別借助于延伸橫梁安裝在船舷外側(cè)，電視攝像機(jī)2的光軸對(duì)準(zhǔn)捕獲裝置1的瞄準(zhǔn)點(diǎn)；船體傾斜傳感器3用于采集船舶的船體傾斜信號(hào)，船體搖晃修正計(jì)算單元4接收船體傾斜傳感器3采集的船體傾斜信號(hào)，并計(jì)算獲得相應(yīng)伺服裝置的控制信號(hào)、電視攝像機(jī)2繞自身光軸的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)、捕獲裝置1和電視攝像機(jī)2分別所在的延伸橫梁在垂直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)及捕獲裝置1和電視攝像機(jī)2在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。

它還包括操作控制臺(tái)5，操作控制臺(tái)5包括視頻監(jiān)測(cè)器5-1和控制指令生成單元5-2，

視頻監(jiān)測(cè)器5-1用于監(jiān)測(cè)電視攝像機(jī)2采集的視頻信號(hào)，控制指令生成單元5-2根據(jù)視頻監(jiān)測(cè)器5-1監(jiān)測(cè)的視頻信號(hào)，獲得控制指令信號(hào)傳遞給船載無(wú)線電通信發(fā)射機(jī)。

捕獲裝置1剛性的固定在船舶船體的捕獲延伸橫梁6-1的末端，捕獲延伸橫梁6-1的首端通過(guò)第一上鉸鏈機(jī)構(gòu)7-1與捕獲裝置1的捕獲支柱1-1連接，第一上鉸鏈機(jī)構(gòu)7-1與第一上伺服裝置8-1連接，捕獲延伸橫梁6-1在第一上伺服裝置8-1的帶動(dòng)下，可相對(duì)于船舶甲板在垂直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；

電視攝像機(jī)2安裝在船舶船體的攝像延伸橫梁6-2的末端，攝像延伸橫梁6-2的首端通過(guò)第二上鉸鏈機(jī)構(gòu)7-2與電視攝像機(jī)2的攝像支柱2-1連接，第二上鉸鏈機(jī)構(gòu)7-2與第二上伺服裝置8-2連接；第二上鉸鏈機(jī)構(gòu)7-2與電視攝像機(jī)伺服裝置9連接，在電視攝像機(jī)伺服裝置9的帶動(dòng)下，電視攝像機(jī)2可繞自身光軸轉(zhuǎn)動(dòng)；攝像延伸橫梁6-2在第二上伺服裝置8-2的帶動(dòng)下，可相對(duì)于船舶甲板在垂直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；

捕獲支柱1-1的支撐終端通過(guò)第一下鉸鏈機(jī)構(gòu)7-3安裝在第一基座10-1上，攝像支柱2-1的支撐終端通過(guò)第二下鉸鏈機(jī)構(gòu)7-4安裝在第二基座10-2上；第一基座10-1和第二基座10-2剛性的固定在船舶甲板上；

第一下鉸鏈機(jī)構(gòu)7-3連接第一下伺服裝置8-3，第二下鉸鏈機(jī)構(gòu)7-4連接第二下伺服裝置8-4；在第一下伺服裝置8-3的帶動(dòng)下，捕獲延伸橫梁6-1可相對(duì)于船舶甲板在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；在第二下伺服裝置8-4的帶動(dòng)下，攝像延伸橫梁6-2可相對(duì)于船舶甲板在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

船體搖晃修正計(jì)算單元4的第一輸出端連接第一上伺服裝置8-1與第二上伺服裝置8-2的控制輸入端，該第一輸出端輸出捕獲延伸橫梁6-1和攝像延伸橫梁6-2在垂直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)；

船體搖晃修正計(jì)算單元4的第二輸出端連接第一下伺服裝置8-3和第二下伺服裝置8-4的控制輸入端，該第二輸出端輸出捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)；

船體搖晃修正計(jì)算單元4的第三輸出端連接電視攝像機(jī)伺服裝置9的控制輸入端，該第三輸出端輸出電視攝像機(jī)2繞自身光軸轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。

捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1均垂直于船舶甲板沿著船體長(zhǎng)度的方向安裝，捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1之間的距離為a：a＝5-10m。

本發(fā)明提出了一種無(wú)人機(jī)船載著陸系統(tǒng)，它的捕獲裝置和電視攝像機(jī)分別安裝在相應(yīng)延伸橫梁的末端，相應(yīng)延伸橫梁通過(guò)上鉸鏈分別與捕獲裝置和電視攝像機(jī)的支柱相連，上鉸鏈與相應(yīng)的伺服機(jī)構(gòu)相連。捕獲裝置和電視攝像機(jī)的支柱終端通過(guò)下鉸鏈與固連在甲板上的基座相連，下鉸鏈與相應(yīng)的伺服機(jī)構(gòu)相連。

無(wú)人機(jī)著陸設(shè)備包括無(wú)人機(jī)的機(jī)載設(shè)備和安裝在船舶上的船載著陸控制系統(tǒng)；無(wú)人機(jī)的機(jī)載設(shè)備包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括舵機(jī)傳動(dòng)裝置，該舵機(jī)傳動(dòng)裝置用于保證無(wú)人機(jī)的空間運(yùn)行姿態(tài)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制輸入與接收無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)控制指令的機(jī)載無(wú)線電通信接收設(shè)備的輸出相連。此外，在無(wú)人機(jī)上安裝了可伸縮的彈簧鉤和信號(hào)指示燈。信號(hào)指示燈可以提高著陸過(guò)程中對(duì)無(wú)人機(jī)的視覺(jué)觀測(cè)效果。捕獲裝置1可以保證完成其與無(wú)人機(jī)的可伸縮彈簧鉤的連接任務(wù)，同時(shí)完成相應(yīng)的制動(dòng)任務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通信設(shè)備可以作為無(wú)線電通信發(fā)射與接收的實(shí)現(xiàn)方案，例如，Wi-Fi或遙控設(shè)備。

捕獲延伸橫梁6-1和攝像延伸橫梁6-2與捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1的線性尺寸和位置彼此相近，他們之間的不同之處在于橫截面的尺寸不同。捕獲延伸橫梁6-1和捕獲支柱1-1是承載結(jié)構(gòu)，可以承載無(wú)人機(jī)和捕獲裝置的重量，以及無(wú)人機(jī)制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊力。攝像延伸橫梁6-2和攝像支柱2-1只是為了支撐電視攝像機(jī)以及他的鉸鏈機(jī)構(gòu)和伺服裝置，使其保持在船體外側(cè)，即，作用在結(jié)構(gòu)上的力，相比之下會(huì)低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

瞄準(zhǔn)點(diǎn)是在通過(guò)垂直平面的瞬間無(wú)人機(jī)允許位置區(qū)域的中心，且該垂直平面經(jīng)過(guò)捕獲延伸橫梁軸。電視攝像機(jī)的光軸經(jīng)過(guò)捕獲設(shè)備的瞄準(zhǔn)點(diǎn)。從電視攝像機(jī)出發(fā)經(jīng)過(guò)捕獲設(shè)備的瞄準(zhǔn)點(diǎn)，且平行于船舶縱向中心面的水平直線是著陸過(guò)程中無(wú)人機(jī)和船舶接近的理想軌跡的延長(zhǎng)線。該水平直線距離船舷的距離為b＝(1.5-3)m。為了避免無(wú)人機(jī)與船舷以及捕獲支柱1-1發(fā)生碰撞，b的數(shù)值必須大于無(wú)人機(jī)寬度與連接區(qū)域?qū)挾戎偷囊话?。在所采用的坐?biāo)系中，縱向坐標(biāo)原點(diǎn)選在捕獲設(shè)備的瞄準(zhǔn)點(diǎn)處，且X軸的方向指向無(wú)人機(jī)。

捕獲裝置可行的設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)為：捕獲裝置1有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的圓柱形殼體1-11，在圓柱形殼體1-11上安裝了放置無(wú)人機(jī)14的托架1-12和帶有弓形吊鉤1-13的彈性制動(dòng)裝置1-10。當(dāng)臨近船舶時(shí)從無(wú)人機(jī)內(nèi)被彈射出彈簧鉤12，進(jìn)而彈簧鉤12將與弓形吊鉤1-13進(jìn)行連接。捕獲裝置的瞄準(zhǔn)點(diǎn)與無(wú)人機(jī)信號(hào)指示燈13的位置重合。在制動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，無(wú)人機(jī)14完成在捕獲裝置1上的安置。

電視攝像機(jī)2在攝像延伸橫梁6-2上的安裝結(jié)構(gòu)方案如圖4所示，該結(jié)構(gòu)只有一個(gè)自由度，即，繞著攝像機(jī)的光軸轉(zhuǎn)動(dòng)。攝像機(jī)安裝在由彎曲的金屬板做成的起到導(dǎo)引作用的第二基座10-2上。鉸鏈機(jī)構(gòu)包括安裝在攝像機(jī)的兩側(cè)的四個(gè)徑向軸承36和安裝在上部起到擠壓作用的軸承37，如圖5所示。為了防止攝像機(jī)沿著光軸移動(dòng)，在攝像延伸橫梁6-2上剛性安裝了兩個(gè)組合支架38。第二基座10-2的兩個(gè)端面抵接在支架38上，從而確保攝像機(jī)可以帶有一定的軸間間隙旋轉(zhuǎn)。借助于伺服裝置攝像機(jī)2可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)39通過(guò)一個(gè)扇形齒輪40將運(yùn)動(dòng)傳遞給基座。電視攝像機(jī)鏡頭的光軸的位置設(shè)定是為了便于觀測(cè)捕獲設(shè)備和從著陸機(jī)動(dòng)開始到無(wú)人機(jī)鉤住捕獲設(shè)備過(guò)程中無(wú)人機(jī)可能位置。

無(wú)人機(jī)的船載著陸控制系統(tǒng)的功能如下：無(wú)人機(jī)14的機(jī)載運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以保證沿著指定的規(guī)劃軌跡以幾十或幾百米的精度引導(dǎo)無(wú)人機(jī)飛到船舶所處的區(qū)域。所提出的無(wú)人機(jī)著陸系統(tǒng)不提供機(jī)載自主制導(dǎo)系統(tǒng)。在此之后，無(wú)人機(jī)進(jìn)入攝像機(jī)的視野觀測(cè)區(qū)域，即視頻監(jiān)視器屏幕上顯示的區(qū)域。操作人員借助控制指令生成單元5-2對(duì)無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡控制進(jìn)行補(bǔ)償：向左-向右，向上-向下?？刂浦噶钔ㄟ^(guò)鍵盤或其他的遙控機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳輸。

在視頻監(jiān)測(cè)器5-1的屏幕上的觀測(cè)區(qū)域圖像如圖7所示。該觀測(cè)圖像可以說(shuō)明在觀測(cè)的電視信號(hào)的基礎(chǔ)上無(wú)人機(jī)和捕獲設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡偏差測(cè)定過(guò)程。

在視頻監(jiān)測(cè)器5-1的屏幕上可以觀測(cè)到安裝在捕獲延伸橫梁6-1上的捕獲裝置1，帶有第一上鉸鏈機(jī)構(gòu)7-1的捕獲支柱1-1的上部以及部分船舷和水平面。無(wú)人機(jī)14的瞄準(zhǔn)點(diǎn)處在無(wú)人機(jī)和捕獲設(shè)備連接區(qū)域的中心。在電視攝像機(jī)安裝和校準(zhǔn)的過(guò)程中形成了該標(biāo)識(shí)的位置。瞄準(zhǔn)點(diǎn)是在垂直和水平面內(nèi)的零位。

圖7中，符號(hào)Θ_ψ和Θ_θ分別是電視攝像機(jī)接收系統(tǒng)在水平和垂直面內(nèi)的視角；ψ_A和θ_A分別是在水平和垂直面內(nèi)無(wú)人機(jī)14距離瞄準(zhǔn)點(diǎn)的角偏差。

當(dāng)著陸設(shè)備的部件在電視屏幕上對(duì)比度良好的觀測(cè)條件下，不需要補(bǔ)充的照明設(shè)備，操作人員通過(guò)預(yù)先調(diào)節(jié)捕獲設(shè)備的輪廓和特征點(diǎn)就可以觀測(cè)到瞄準(zhǔn)點(diǎn)。在夜晚等較差的觀測(cè)條件下，在視頻監(jiān)測(cè)器5-1屏幕上可以觀測(cè)到安裝在無(wú)人機(jī)上且距離彈簧鉤的距離已知的信號(hào)指示燈13發(fā)出的光。

在船舶搖晃時(shí)瞄準(zhǔn)點(diǎn)和電視攝像機(jī)在水平和垂直平面內(nèi)發(fā)生震動(dòng)位移。通過(guò)捕獲延伸橫梁6-1和攝像延伸橫梁6-2分別借助于第一上伺服裝置8-1和第二上伺服裝置8-2相對(duì)捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1的轉(zhuǎn)動(dòng)，以及借助于第一下伺服裝置8-3和第二下伺服裝置8-4，捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1分別相對(duì)船舶甲板的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)點(diǎn)和電視攝像機(jī)的空間穩(wěn)定。

在所提出的系統(tǒng)中，伺服裝置的設(shè)計(jì)是為了著陸設(shè)備的瞄準(zhǔn)點(diǎn)和電視攝像機(jī)的光軸的線性坐標(biāo)X和Y在垂直平面內(nèi)穩(wěn)定。

伺服裝置的原理可以用圖8中的捕獲設(shè)備的瞄準(zhǔn)點(diǎn)和電視攝像機(jī)的光軸穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)方案來(lái)解釋。在圖8中使用以下符號(hào)：

–在船體不搖晃時(shí)，用加粗的線表示橫梁和支柱的位置；

–在船體的橫傾角為γ時(shí)，用中等粗的線表示橫梁和支柱的位置；

–R₁是從瞄準(zhǔn)點(diǎn)到鉸鏈接頭H₂即上鉸鏈機(jī)構(gòu)的距離，鉸鏈接頭H₂是橫梁相對(duì)支柱轉(zhuǎn)動(dòng)的軸；

–R₂是從鉸鏈接頭H₂到鉸鏈接頭H₁即下鉸鏈結(jié)構(gòu)的距離，鉸鏈接頭H₁是支柱相對(duì)船舶甲板轉(zhuǎn)動(dòng)的軸；

–船舶甲板的位置用矩形陰影來(lái)標(biāo)記；

–Y和Z分別是垂直軸和水平軸；

–L是從鉸鏈接頭H₁到船體滾轉(zhuǎn)搖晃軸的距離；

–γ₀是船體縱向中心面和L之間的夾角；

–γ是船體橫傾斜角；

–ΔY和ΔZ是當(dāng)船體的橫傾角為γ時(shí)鉸鏈接頭H₁在垂直和水平方向上的位置偏移；

–α是當(dāng)船體的橫傾角為γ時(shí)，橫梁R₁在垂直平面內(nèi)位置相對(duì)于船體不存在傾角時(shí)橫梁R₁在垂直平面內(nèi)位置的偏移的角；

–β是當(dāng)船體的橫傾角為γ時(shí)，支柱R₂在垂直平面內(nèi)位置相對(duì)于船體不存在傾角時(shí)支柱R₂在垂直平面內(nèi)位置的偏移的角；

–φ₀是船體靜止時(shí)橫梁R₁與船舶甲板之間的夾角；

–φ₁是當(dāng)船體的橫傾角為γ時(shí)橫梁R₁相對(duì)于支柱R₂的轉(zhuǎn)角；

–φ₂是當(dāng)船體的橫傾角為γ時(shí)支柱R₂相對(duì)于船甲板的轉(zhuǎn)角。

如圖8所示，船體的橫角γ將導(dǎo)致橫梁R₁必須相對(duì)支柱R₂轉(zhuǎn)動(dòng)角φ₁＝π/2-β+α，即相對(duì)于初始的水平面轉(zhuǎn)動(dòng)角φ₁＝α+β，同時(shí)導(dǎo)致支柱R₂必須相對(duì)初始的垂直面轉(zhuǎn)動(dòng)角φ₂＝γ+β。

為了保持電視攝像機(jī)相對(duì)其在船體不搖晃時(shí)的位置的空間方位，電視攝像機(jī)必須轉(zhuǎn)動(dòng)角φ₃＝-α。

角α和β的值可以用以下的幾何關(guān)系確定：

設(shè)計(jì)參數(shù)L,γ₀,R₁,R₂是常數(shù)。

在船體不搖晃時(shí)橫梁和支柱的位置取在零位，且認(rèn)為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)的正方向，如圖8所示。在船體的橫傾角為γ時(shí)，為了讓瞄準(zhǔn)點(diǎn)和電視攝像機(jī)的光軸保持在固定的位置，捕獲延伸橫梁6-1和攝像延伸橫梁6-2必須相對(duì)捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1轉(zhuǎn)動(dòng)角度φ₁，捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1必須相對(duì)船體甲板轉(zhuǎn)動(dòng)角度φ₂，以及必須將電視攝像機(jī)相對(duì)于延伸橫梁旋轉(zhuǎn)角度φ₃。此時(shí)

φ₁(γ)＝α(γ)+β(γ)

φ₂(γ)＝γ(γ)+β(γ)

φ₃(γ)＝-α(γ).

角α和β的值定義為方程組的根：

利用船體搖晃修正計(jì)算單元4可以實(shí)現(xiàn)方程的求解，船體搖晃修正計(jì)算單元4將船體傾斜角分別轉(zhuǎn)化為捕獲延伸橫梁6-1和攝像延伸橫梁6-2相對(duì)捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1的轉(zhuǎn)角φ₁，捕獲支柱1-1和攝像支柱2-1相對(duì)于船甲板的轉(zhuǎn)角φ₂以及電視攝像機(jī)相對(duì)其光軸的轉(zhuǎn)角φ₃。

在電視攝像機(jī)伺服裝置9的控制信號(hào)φ₃(γ)作用下，電視攝像機(jī)可以繞其光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在監(jiān)視器屏幕上的掃描圖像維持在其原來(lái)的位置，而不受船體晃動(dòng)影響。這相當(dāng)于，監(jiān)視器屏幕上的Y軸和Z軸保留其在地理坐標(biāo)系內(nèi)的原有位置。在船體搖晃時(shí)，操作人員僅能觀測(cè)到船體的可觀測(cè)部分、捕獲支柱1-1和捕獲延伸橫梁6-1間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)以及他們相對(duì)瞄準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，操作人員觀測(cè)到的無(wú)人機(jī)和瞄準(zhǔn)點(diǎn)之間的角度偏差ψ_A和θ_A與船體傾斜角無(wú)關(guān)。

操作人員根據(jù)對(duì)監(jiān)視器屏幕的觀測(cè)確定無(wú)人機(jī)14在水平面和垂直平面內(nèi)相對(duì)于瞄準(zhǔn)點(diǎn)的角位置偏差信號(hào)ψ_A和θ_A，如圖7所示。

如果監(jiān)視器屏幕沿水平和垂直方向的分辨率為N×M，電視信號(hào)沿水平和垂直方向的視野角分別為Θ_ψ和Θ_θ，則：

ψ_A＝nΘ_ψ/N,

θ_A＝mΘ_θ/M，

其中n和m是監(jiān)視器屏幕上捕獲設(shè)備的瞄準(zhǔn)點(diǎn)和無(wú)人機(jī)彈簧鉤的位置之間的屏幕分辨率。

操作人員可以借助控制指令生成單元對(duì)相應(yīng)工作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制，例如，借助于周期性發(fā)送的繼電器指令信號(hào)“向左”-“向右”和“向上”-“向下”。這些指令的發(fā)送時(shí)長(zhǎng)與ψ_A和θ_A的值成比例，在彈簧鉤12連接上捕獲設(shè)備1的弓形吊鉤之前，可以保證無(wú)人機(jī)14與船舶15的接近軌跡控制比較平滑。連接結(jié)束后，開始對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。在制動(dòng)過(guò)程中，無(wú)人機(jī)沿著捕獲設(shè)備的殼體1-11推進(jìn)，且最終停放在托架1-12上。最后兩個(gè)延伸橫梁均轉(zhuǎn)動(dòng)90°，并且沿著船舷固定在合適的位置上。

經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知，當(dāng)無(wú)風(fēng)且船體不搖晃時(shí)引導(dǎo)無(wú)人機(jī)飛向瞄準(zhǔn)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)誤差不超過(guò)0.1m，當(dāng)存在側(cè)風(fēng)的情況下動(dòng)態(tài)誤差增大至0.15-0.2m，這就決定了彈簧鉤和弓形吊鉤的設(shè)計(jì)尺寸，以及捕獲設(shè)備殼體的橫截面尺寸。船體搖晃時(shí)，要求連接的可行區(qū)域大小增加ΔZ和ΔY，例如在γ＝15°時(shí)，ΔZ和ΔY為1.2m，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是不可實(shí)現(xiàn)的。因此，在船舶搖晃時(shí)無(wú)人機(jī)著陸設(shè)備——梁式吊車的工作能力是受限的，船體搖晃最大的幅值不超過(guò)2.5°。

本發(fā)明系統(tǒng)保證了瞄準(zhǔn)點(diǎn)誤差的穩(wěn)定精度不低于0.05m，伺服裝置角偏差的精度達(dá)到1°，增加了必要的連接區(qū)域，船體的搖晃角度最大可以增加到大約15°。