本發(fā)明涉及無人機(jī)，具體是高空作業(yè)系留無人機(jī)的自適應(yīng)返航定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、無人機(jī)在電力巡檢、通信基站維護(hù)和建筑檢測等高空作業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但返航定位存在挑戰(zhàn)。高空環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)向、氣流不穩(wěn)定和信號干擾等因素影響無人機(jī)安全返航。

2、傳統(tǒng)返航定位系統(tǒng)有局限性，多采用單一控制策略。僅依據(jù)大致方向?qū)Ш?，缺乏對高度、速度和飛行姿態(tài)等多因素綜合考量。復(fù)雜高空環(huán)境下，這種單一策略易使無人機(jī)偏離航線、降落不穩(wěn)或碰撞，無法適應(yīng)不同高度層特殊環(huán)境要求。在較高高度，風(fēng)速大時需更精確方向和姿態(tài)調(diào)整；接近著陸平臺的低空區(qū)域，則需精細(xì)的速度和高度控制。實(shí)際高空作業(yè)中，不同高度層環(huán)境因素對無人機(jī)返航影響差異大。因此，需要自適應(yīng)返航定位系統(tǒng)，能根據(jù)無人機(jī)高度和飛行參數(shù)調(diào)整返航策略。不同高度層采用不同控制指令，確保復(fù)雜環(huán)境下安全穩(wěn)定返回著陸平臺。高層階段要快速準(zhǔn)確調(diào)整飛行方向和姿態(tài)應(yīng)對復(fù)雜氣流；底層階段注重精確的高度和速度控制實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)著陸。同時，系統(tǒng)需實(shí)時獲取無人機(jī)位置、速度和著陸平臺位置等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確分析計(jì)算生成合適控制指令，保障返航安全準(zhǔn)確。綜上，研發(fā)此系統(tǒng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一；為此，本發(fā)明提出了高空作業(yè)系留無人機(jī)的自適應(yīng)返航定位系統(tǒng)。

2、高空作業(yè)系留無人機(jī)的自適應(yīng)返航定位系統(tǒng)，包括：

3、數(shù)據(jù)采集單元，獲取無人機(jī)的位置坐標(biāo)和速度信息，以及著陸平臺的位置坐標(biāo)；

4、控制分析單元，用于依據(jù)數(shù)據(jù)采集單元的得出結(jié)果，進(jìn)行分層控制分析，并得出無人機(jī)的多個相應(yīng)的控制指令；

5、返航執(zhí)行單元，用于根據(jù)分層規(guī)劃單元計(jì)算出的相應(yīng)控制指令，控制無人機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動作。

6、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：分層控制分析方式如下：

7、step1、坐標(biāo)獲取

8、實(shí)時獲取無人機(jī)的位置坐標(biāo)，并將其標(biāo)記為（xw，yw，zw）；

9、同時，獲取著陸平臺的位置坐標(biāo)，并將其標(biāo)記為（xt，yt，zt）；

10、step2、策略獲取

11、獲取預(yù)先設(shè)定的分層著陸策略；

12、其中，分層著陸策略包含按照高度分層閾值劃分的高層階段和底層階段，以及高層階段和底層階段對應(yīng)的階段著陸策略；

13、將高度分層閾值標(biāo)記為hfy；

14、step3、高層著陸操作

15、在無人機(jī)的位置坐標(biāo)中的zw超過高層階段的高度分層閾值時，則獲取高層階段對應(yīng)的階段著陸策略；

16、然后執(zhí)行高層階段對應(yīng)的階段著陸策略，并得到無人機(jī)的高層飛行控制指令；

17、step4、低層著陸操作

18、高層飛行控制指令執(zhí)行后；

19、在無人機(jī)的位置坐標(biāo)中的zw未超過高層階段的高度分層閾值時，則獲取低層階段對應(yīng)的階段著陸策略；

20、然后執(zhí)行低層階段對應(yīng)的階段著陸策略，并得到無人機(jī)的低飛行控制指令；

21、step5、實(shí)時更新控制

22、低飛行控制指令執(zhí)行后，依據(jù)無人機(jī)的位置坐標(biāo)和速度信息，并結(jié)合低層階段對應(yīng)的階段著陸策略，然后進(jìn)行更新控制，并得到相應(yīng)的實(shí)時更新控制指令。

23、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：在step4中，低飛行控制指令包括底層飛行控制指令一和底層飛行控制指令二。

24、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：在step3中，高層階段的階段著陸策略如下：

25、step3.1、通過，計(jì)算出無人機(jī)飛行方向的方向調(diào)整角度θa1；

26、step3.4、通過，計(jì)算出無人機(jī)飛行方向的方向調(diào)整角度θa1；

27、step3.4、通過，計(jì)算出無人機(jī)飛行姿態(tài)的俯仰調(diào)整角度θb1；

28、step3.5、依據(jù)無人機(jī)在水平距離d1上飛行的飛行時間t1、無人機(jī)飛行方向的方向調(diào)整角度θa1、無人機(jī)飛行姿態(tài)的俯仰調(diào)整角度θb1生成高層飛行控制指令，并將其標(biāo)記為k1＝[t1,θa1,θb1]；

29、其中，在高層階段的階段著陸策略中，（xw，yw，zw）為無人機(jī)在高層階段的位置坐標(biāo)。

30、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：在step4中，低層階段的階段著陸策略如下：

31、step4.1、按照step3.1的方式，計(jì)算出無人機(jī)當(dāng)前位置與著陸平臺的水平距離，并將標(biāo)記為d2；

32、其中，在低層階段的階段著陸策略中，計(jì)算水平距離d2所用的（xw，yw，zw）為在執(zhí)行控制指令k1后，無人機(jī)在底層階段的位置坐標(biāo)；

33、step4.2、隨之將d2與預(yù)設(shè)的距離閾值d2y進(jìn)行比較：

34、當(dāng)d2＞d2y時，則按照step3.2到step3.3的方式，計(jì)算出無人機(jī)在水平距離d2上飛行的飛行時間，并將其標(biāo)記為t2，以及計(jì)算出無人機(jī)飛行方向的方向調(diào)整角度，并將其標(biāo)記為θa2；

35、step4.2、隨之依據(jù)無人機(jī)在水平距離d2上飛行的飛行時間t2、無人機(jī)飛行方向的方向調(diào)整角度θa2生成底層飛行控制指令一，并將其標(biāo)記為k2＝[t2,θa2]；

36、直至d2＜d2y；

37、step4.3、獲取無人機(jī)執(zhí)行底層飛行控制指令一后的位置坐標(biāo)，并將其中的xw減去著陸平臺位置坐標(biāo)中xt，并得到當(dāng)前高度差hc，隨之將當(dāng)前高度差與預(yù)設(shè)的高度閾值hy進(jìn)行比較：

38、當(dāng)hc≥hy時，則無人機(jī)在底層階段按照當(dāng)前飛行速度v下降；

39、當(dāng)hc＜hy時，則通過，計(jì)算出無人機(jī)在底層階段的調(diào)整速度v1，且無人機(jī)在底層階段按照調(diào)整速度v1下降，并依據(jù)無人機(jī)在底層階段的調(diào)整速度v1生成底層飛行控制指令二，并將其標(biāo)記為k20＝[v1]。

40、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：更新控制方式如下：

41、step5.1、按照step3.1到step3.2的方式，計(jì)算出無人機(jī)在對應(yīng)水平距離上飛行的飛行時間，并將其標(biāo)記為t3；

42、其中，在低層階段的階段著陸策略中，計(jì)算無人機(jī)在對應(yīng)水平距離上飛行的飛行時間t3為在執(zhí)行控制指令k1后，無人機(jī)在底層階段相應(yīng)位置的位置坐標(biāo)；

43、step5.2、獲取t3對應(yīng)飛行時間的一半，即得到t3/2；

44、然后在step5.1的基礎(chǔ)上，則按照step3.3到step3.4的方式，計(jì)算出無人機(jī)在相應(yīng)水平距離上飛行的飛行時間、無人機(jī)飛行方向的方向調(diào)整角度和無人機(jī)飛行姿態(tài)的俯仰調(diào)整角度；

45、同時將無人機(jī)在當(dāng)前的速度乘以0.75，并得到無人機(jī)的更新速度；

46、隨之按照無人機(jī)在相應(yīng)水平距離上飛行的飛行時間、無人機(jī)飛行方向的方向調(diào)整角度和無人機(jī)飛行姿態(tài)的俯仰調(diào)整角度無人機(jī)的更新速度生成實(shí)時更新控制指令；

47、step5.3、在無人實(shí)時更新控制指令后，按照step5.1到step5.2的方式，生成對應(yīng)的實(shí)時更新控制指令，直至無人機(jī)抵達(dá)著陸平臺為止。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

49、精準(zhǔn)返航保障：通過分層控制分析，在不同高度階段制定相應(yīng)的著陸策略。這種精確的分層控制，能夠確保無人機(jī)在返航過程中，按照合理的軌跡逐步接近著陸平臺。例如，在高層階段就開始計(jì)算與著陸平臺的距離、調(diào)整飛行方向和姿態(tài)，避免了盲目飛行，提高了返航過程中的安全性。

50、穩(wěn)定著陸控制：在低層階段，通過詳細(xì)的水平距離判斷以及高度差的處理，生成不同的底層飛行控制指令。這有助于無人機(jī)在接近著陸平臺時更加穩(wěn)定地調(diào)整飛行狀態(tài)，避免因速度過快或姿態(tài)調(diào)整不當(dāng)而造成的墜落風(fēng)險，確保無人機(jī)安全、平穩(wěn)地降落在著陸平臺上。

51、不同高度的靈活應(yīng)對：分層著陸策略能夠適應(yīng)無人機(jī)在不同高度下的飛行特性。在高層階段，由于距離著陸平臺較遠(yuǎn)，主要關(guān)注飛行方向和姿態(tài)的初步調(diào)整，如計(jì)算方向調(diào)整角度和俯仰調(diào)整角度，以確保無人機(jī)朝著著陸平臺正確的方向飛行。而在低層階段，根據(jù)與著陸平臺的距離和高度差，靈活調(diào)整飛行速度和方向，這種根據(jù)高度分層的控制方式，使得系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種不同的初始返航高度情況，提高了系統(tǒng)對不同作業(yè)高度無人機(jī)的適應(yīng)性。

52、環(huán)境變化的適應(yīng)能力：在整個返航過程中，通過實(shí)時更新控制指令，系統(tǒng)能夠根據(jù)無人機(jī)的實(shí)時位置坐標(biāo)和速度信息不斷調(diào)整飛行狀態(tài)。例如，當(dāng)遇到突發(fā)的氣流干擾或其他環(huán)境變化時，系統(tǒng)可以根據(jù)新的情況生成合適的控制指令，保證無人機(jī)仍然能夠按照預(yù)定的軌跡返航，顯示出良好的環(huán)境適應(yīng)性。

53、高效的分層規(guī)劃：分層控制分析方式提高了返航定位的效率。相比于單一的整體控制策略，將著陸過程分為高層階段和低層階段，并分別制定策略，可以更有針對性地進(jìn)行控制。在高層階段快速調(diào)整到大致正確的飛行方向和姿態(tài)，在低層階段逐步精確控制，減少了不必要的調(diào)整和迂回飛行，從而縮短了無人機(jī)的返航時間，提高了作業(yè)效率。

54、簡化操作流程：根據(jù)預(yù)設(shè)的分層著陸策略進(jìn)行控制分析并生成控制指令，操作人員無需在返航過程中進(jìn)行復(fù)雜的手動操作。這不僅減少了操作人員的工作負(fù)擔(dān)，而且降低了因人為操作失誤而導(dǎo)致的風(fēng)險，使得無人機(jī)的返航操作更加簡便、高效。