[发明专利]一种无人机飞行阶段转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于无人机的飞行阶段转换方法，属于无人机飞行控制领域。

背景技术

为了进行更为准确可靠的控制，人们常常将飞机的飞行过程人为地划分成不同的飞行阶段，对应每一个飞行阶段的控制策略和目标是不一样的。具有自主控制功能的无人机，通常以飞行阶段为标志将飞机飞行全过程进行分阶段控制，各个飞行阶段之间能够按照预先设计的转换条件进行自动转换，无人机会自动地根据每个飞行阶段进行相应的控制，最终实现全过程的自动控制。

飞行阶段的划分，是设计者根据所设计的不同控制策略来确定的。以往，对于飞行阶段关注的重点在于如何设计每个飞行阶段的控制规律，以达到精确控制的目的，而往往忽略了这样的设计带来的隐患：不同飞行阶段对应的控制策略是不同的，那么不同飞行阶段飞机的状态也是不同的，因此飞行阶段之间的转换应该非常谨慎，如果在不该发生飞行阶段转换的时候进行了转换，那么会给无人机发出错误的控制信息，不仅不能达到预期的控制目标，严重时还会造成事故。

比如，将无人机的飞行过程按顺序依次划分为如下的飞行阶段：准备段、起飞段、爬升段、定高段、进场段、下滑段、拉平段、飘落段和滑行段。

1、准备段。此阶段飞机处于停机状态，进行起飞前的检测工作，为起飞做好准备。

2、起飞段。此时发动机处于最大转速状态，襟翼处于“起飞”位置，刹车松开，飞机开始滑跑，速度不断增加，当达到离地速度时，飞机自动离地，当飞机爬升到10m～15m时，起落架收起，进入爬升段。

3、爬升段。此阶段主要控制空速，确保飞机以一定的速度继续爬升，当到达安全高度后收起襟翼。

4、定高段。飞机保持在预先设定的高度上沿着预先规划的航线巡航飞行。

5、进场段。无人机执行完任务后自动下降高度，当下降到预定高度(250～500m)时保持在此高度，并自动按预先设计的程序放下起落架和襟翼，与此同时无人机获得着陆引导系统提供的引导信息，修正对跑道的方位。此阶段主要控制飞机的空速，自动减小飞行速度，但不应使下滑速度低于无人机失速速度的1.3～1.5倍。

6、下滑段。当无人机获得最终进场指令并截获下滑窗口后，即自动开始以一定的下滑轨迹角(2.5°～6°)下滑。与此同时，自动修正无人机的侧滑角和由于侧风干扰所引起的轨迹偏差，使无人机对准跑道中心线。

7、拉平段。当无人机飞行高度到达拉平决策高度后，自动增大俯仰角使飞机抬头，同时升降速度开始逐步增加，飞机下降变慢。

8、飘落段。拉平阶段结束后，无人机理想的距离地面高度为0.5～0.8米。经过自动调整速度和迎角达到着陆接地速度后，无人机起落架主轮接触地面、继而前轮着地完成飘落段。

9、滑行段。此阶段主要控制飞机的侧偏距，使飞机在跑道中心线上滑行。当机轮接触地面后，根据无人机气动结构配置可采用阻力板、机轮刹车等方法减少滑行距离。

该无人机的飞行全过程中，它的飞行阶段应该根据每两个阶段之间的转换条件，按照上述的顺序依次自动转换的。如果起飞段没有转入爬升段，而是转到了拉平段，那么由于控制目标完全不一样，很可能造成严重的飞行事故。

因此，如何确保飞行阶段之间的安全转换，这对于自主型无人机的安全来说是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提出一种无人机飞行阶段转换方法，利用该方法，能够提高无人机在飞行阶段转换时的安全性和可靠性，避免由于飞行阶段的转换造成危害，从而提高飞行安全。

为达到这样的目的，本发明的构思是：

第一，利用飞行阶段按飞行过程划分的这一特点，对各飞行阶段之间的转换进行限定，使得飞行阶段按顺序依次转换，避免随意性转换，即某一个飞行阶段的进入或退出都是以前一飞行阶段为前提的；

第二，根据每一飞行阶段的特征，对每个飞行阶段转换的所有条件都进行判断，这种复合条件判断能够避免单一条件转换的危险；

第三，在一个飞行控制系统中，从数据的获得直到最终控制量的解算，这一过程包含数据采集、转换、存储等多个环节，运用计算机的数字化控制系统所需的大量数据最终都是以二进制方式进行工作的，这样就不可避免地存在随机跳变的可能；因此，针对这种随机跳变的现象，可以进行连续多次判断是否满足条件，从而降低这种小概率事件的发生。