СПОСОБ ПОСАДКИ БПЛА НА МОБИЛЬНУЮ ПЛАТФОРМУ Российский патент 2024 года по МПК B64U70/90 G05D1/00 G05B13/04 G01C23/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам, в частности к способу посадки беспилотного летательного аппарата на мобильную платформу.

Уровень техники

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА, UAV) постепенно становятся частью повседневной жизни – они выполняют доставку грузов, различные исследования, анализ окружающего пространства, контроль объектов, фото- и видеосъемку, используются в спасательных операциях и находят множество других применений. Как и в случае с другими видами транспорта, по всему миру ведутся разработки, направленные на полную автоматизацию работы БПЛА.

Одной из задач автоматизации БПЛА является его автономная посадка. Из уровня техники известно множество различных способов, которые обеспечивают посадку на посадочную платформу, однако большинство из них относится к случаям, когда платформа является стационарной, тогда как способы посадки на движущуюся платформу значительно менее проработаны.

Широкое применение для автономной посадки БПЛА получили такие способы, в которых на платформе размещается маркер, с использованием установленной на БПЛА камеры захватывается изображение, выполняется распознавание маркера, и тем самым определяется точное место посадки и/или положение камеры относительно маркера, что позволяет выполнять достаточно точную посадку. Тем не менее, такие способы имеют ряд недостатков: требуется высокое разрешение и быстродействие камеры, широкий угол обзора, маркер должен полностью захватываться камерой, его не видно издалека и его не видно в сложных условиях окружающей среды (ночь, туман, осадки), и поскольку посадочная платформа движется, изображение смазывается.

Сущность изобретения

С целью устранения по меньшей мере некоторых из вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники настоящее изобретение направлено на создание способа автономной посадки беспилотного летательного аппарата (БПЛА) на мобильную платформу.

Согласно настоящему изобретению, предложен способ посадки БПЛА на мобильную платформу, содержащий этапы, на которых:

с помощью блока приема данных получают данные о местоположении мобильной платформы в глобальной системе координат и данные о местоположении БПЛА в локальной системе координат БПЛА;

с помощью блока управления определяют местоположение мобильной платформы в системе координат БПЛА на основе полученных данных;

с помощью блока управления формируют траекторию полета БПЛА по направлению к мобильной платформе посредством задания начальной, конечной и по меньшей мере двух промежуточных контрольных точек между БПЛА и мобильной платформой, интерполяции траектории между контрольными точками и определения скорости, с которой в каждый момент времени БПЛА должен двигаться по этой траектории, с использованием однородного B-сплайна 3-го порядка;

с помощью блока управления задают на сформированной траектории опорные точки, через которые должен пройти БПЛА;

с помощью пропорционально-дифференцирующего регулятора итеративно для каждой опорной точки формируют управляющие сигналы путем сравнения данных опорной точки и текущих данных о состоянии БПЛА;

выполняют, посредством БПЛА, перемещение к конечной точке траектории на основании сформированных управляющих сигналов; и

выполняют, посредством БПЛА, посадку на мобильную платформу из конечной точки.

В одном из вариантов осуществления данные о местоположении мобильной платформы содержат двумерные координаты мобильной платформы, а данные о местоположении БПЛА содержат трехмерные координаты БПЛА, угол рыскания, скорость движения и скорость рыскания БПЛА.

В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором в процессе перемещения БПЛА к конечной точке или после достижения БПЛА конечной точки проверяют с помощью блока управления, произошло ли изменение местоположения мобильной платформы в системе координат БПЛА, и если изменение превысило порог, то формируют новую траекторию полета и выполняют перемещение согласно новой траектории.

В одном из вариантов осуществления управляющие сигналы содержат сигнал скорости, определяемый на основе местоположения текущей опорной точки, текущего местоположения БПЛА и текущей скорости БПЛА, и сигнал скорости рыскания, определяемый на основе текущей скорости рыскания БПЛА, текущего угла рыскания БПЛА и опорных скоростей для текущей опорной точки.

Технический результат

Настоящее изобретение позволяет повысить эффективность устройств, систем и способов для автономной посадки беспилотного летательного аппарата. При этом обеспечивается:

- отсутствие необходимости использования камеры;

- повышение точности при сложных условиях окружающей среды;

- возможность посадки с повышенной точностью и эффективностью как на мобильную платформу, которая передвигалась в процессе движения к ней БПЛА и остановилась в момент посадки, так и даже на мобильную платформу, которая находится в движении в момент посадки.

Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут понятны при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему способа автономной посадки.

Подробное описание

Далее со ссылкой на Фиг. 1 будет описан пример способа автономной посадки БПЛА на мобильную платформу согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что данный пример не является ограничивающим и предназначен лишь для того, чтобы предоставить общее понимание предложенных принципов посадки и позиционирования БПЛА. Ниже в данном описании будут также приведены и другие примеры, отличающиеся от представленного здесь, но также входящие в объем изобретения.

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) осуществляет посадку на мобильную платформу (МП) с использованием содержащегося в нем устройства для обеспечения посадки. Устройство для обеспечения посадки содержит блок приема данных, блок управления и пропорционально-дифференцирующий (ПД) регулятор.

На этапе 1 выполняется получение данных о местоположении от мобильной платформы и от блока навигации БПЛА с помощью блока приема данных.

Данные о местоположении мобильной платформы содержат двумерные координаты мобильной платформы (x_мп, y_мп). От мобильной платформы получают местоположение мобильной платформы в глобальной системе координат (). В одном варианте осуществления данные от мобильной платформы могут передаваться на БПЛА постоянно с заданной периодичностью, по расписанию. В другом варианте осуществления данные от мобильной платформы могут передаваться на БПЛА только тогда, когда мобильная платформа совершила перемещение, и ее текущее местоположение на момент передачи сигнала отличается от того местоположения, которое она передавала на БПЛА в прошлый раз. Такой вариант осуществления позволяет снизить количество передаваемых данных, однако не позволяет контролировать ситуацию, если произошел сбой в процессе передачи данных или в блоке навигации мобильной платформы. Во избежание подобных ситуаций мобильная платформа, если она не совершала перемещений и ее местоположение не изменилось с момента последней отправки полных данных о своем местоположении, может передавать сигнал, указывающий, что перемещения не было. Соответственно, количество передаваемых данных по сравнению с постоянной отправкой полных данных тоже снижается, но обеспечивается защита от сбоев.

Данные о местоположении БПЛА содержат трехмерные координаты БПЛА (x_бпла, y_бпла, z_бпла), а также угол рыскания (θ). От блока навигации БПЛА получают местоположение БПЛА в локальной системе координат ().

Далее на этапе 2 с помощью блока управления выполняют преобразования полученных данных о местоположении. В частности, определяют местоположение БПЛА в глобальной системе координат () с использованием исходного статического преобразования из локальной системы координат БПЛА в глобальную ():

Для повышения точности преобразования может использоваться расширенный фильтр Калмана.

Кроме того, определяют местоположение мобильной платформы в системе координат БПЛА () с использованием того же исходного статического преобразования из локальной системы координат БПЛА в глобальную ():

В дополнение к этому определяют данные отслеживания мобильной платформы путем вычитания местоположения БПЛА в глобальной системе координат из местоположения мобильной платформы в глобальной системе координат:

Данные отслеживания мобильной платформы фактически представляют собой расстояние между БПЛА и мобильной платформой в глобальной системе координат.

Далее способ переходит к этапу 3, на котором с помощью блока управления выполняется формирование траектории полета БПЛА по направлению к мобильной платформе. Управление беспилотным летательным аппаратом производится, как правило, в его локальных координатах, поэтому в настоящем изобретении предлагается проводить расчеты для формирования траектории сразу в локальных координатах БПЛА.

В основе предложенного способа лежит применение B-сплайнов, и для такого подхода требуется наличие минимум 4 контрольных точек, между которыми и будет строиться траектория. В качестве начальной контрольной точки задается, разумеется, местоположение БПЛА – как указывалось выше, в локальной системе координат ().

В качестве конечной контрольной точки задается точка, соответствующая местоположению мобильной платформы, на предварительно заданной высоте () – например, 5 см, 10 см, 30 см и т.д. Она задается из тех соображений, что достигнув конечной точки, БПЛА сможет приступить к вертикальной посадке, не прибегая к дополнительным горизонтальным перемещениям и пересчетам траектории. При этом имеет значение размер БПЛА, размер мобильной платформы, размеры и взаимное расположение посадочных элементов на БПЛА и на мобильной платформе, размер области на мобильной платформе, на которую допускается посадка, а также скорость движения мобильной платформы. Следует отметить, что выше рассматривался пример, в котором данные о местоположении мобильной платформы содержат двумерные координаты мобильной платформы (x_мп, y_мп) – этот пример применим для случаев, когда мобильная платформа перемещается по относительно ровной поверхности без перепада высот или с перепадом, значительно меньшим, чем предварительно заданная высота (). В другом варианте осуществления, когда мобильная платформа перемещается по менее ровной поверхности, данные о местоположении мобильной платформы могут содержать трехмерные координаты мобильной платформы (x_мп, y_мп, z_мп), и тогда предварительно заданная высота () является не абсолютным значением, а задается относительно текущей высоты мобильной платформы. Расчеты ведутся применительно к местоположению мобильной платформы в системе координат БПЛА ().

Оставшиеся контрольные точки являются промежуточными и задаются в пространстве между начальной и конечной контрольными точками. В примерном варианте осуществления первая промежуточная контрольная точка может задаваться на расстоянии 0,25 от общего расстояния между БПЛА и мобильной платформой, а вторая промежуточная контрольная точка может задаваться на расстоянии 0,75 от общего расстояния между БПЛА и мобильной платформой. В других вариантах осуществления контрольные точки могут задаваться на других расстояниях между БПЛА и мобильной платформой и/или может задаваться более двух контрольных точек. Как указывалось выше, расчеты ведутся в локальных координатах БПЛА. Для определения расстояния может использоваться параметр .

Далее траектория между контрольными точками интерполируется с использованием однородного B-сплайна 3-го порядка, и в результате получается гладкая непрерывная кривая S(t) в трехмерном пространстве, по которой должен двигаться БПЛА, чтобы достичь конечной точки над мобильной платформой. Формула для получения траектории может быть представлена следующим образом:

где t - время,

N_i,j - базисная функция B-сплайна j-го порядка,

P_i - i-я контрольная точка,

n указывает, что существует n+1 контрольных точек (в приведенном примере число контрольных точек составляет четыре, поэтому n=3).

Базисная функция B-сплайна вычисляется на основе формул Кокса - де Бура следующим образом:

- для j=0

- для j>0

Затем на основе произведенных расчетов определяют скорость, которую должен поддерживать БПЛА в момент времени t при движении по вычисленной траектории. Скорость определяется с помощью производной сплайна:

,

при этом производная базисной функции определяется следующим образом:

Соответственно, имеется траектория полета БПЛА и скорость, с которой в каждый момент времени БПЛА должен двигаться по этой траектории.

После этого траектория разделяется на участки по времени. Интервал дискретизации по времени является предварительно заданным и может составлять в одном примере 0,08 с, то есть траектория разделяется на участки длительностью по 0,08 с, при этом длина одного участка может отличаться от длины другого участка, поскольку БПЛА может проходить их с различной скоростью. В общем случае для типовых применений бывает достаточно интервала дискретизации от 0,04 с до 0,08 с, однако при необходимости могут быть заданы и иные значения.

Таким образом, результатом выполнения этапа 3 являются координаты опорных точек p_опор (то есть тех точек на траектории, по которым производится дискретизация, или иными словами, граничных точек участков, полученных при разделении траектории), а также значения опорных скоростей v_опор (то есть скоростей, которые должен иметь БПЛА при прохождении соответствующих опорных точек) для всей траектории.

Затем способ переходит к этапу 4, на котором выполняется управляемое перемещение БПЛА согласно вычисленной траектории.

В общем случае многороторным БПЛА можно управлять через управление положением, управление скоростью или управление высотой (с ориентацией относительно глобальной системы координат), однако в настоящем изобретении предлагается управлять скоростью, поскольку при этом решается проблема рывков, вызывающих вибрации в системе.

Для этого используется пропорционально-дифференцирующий (ПД) регулятор. ПД регулятор итеративно для каждой опорной точки выдает управляющие сигналы путем сравнения входного сигнала (требуемого сигнала для текущей опорной точки: координат p_опор и скорости v_опор) из данных, полученных на этапе 3, и сигнала обратной связи (текущего состояния БПЛА: координат p_тек, скорости v_тек и угла рыскания α_тек) из данных, полученных на этапе 1. Расчеты ведутся в системе координат БПЛА. В частности, ПД регулятор работает следующим образом.

Вычисляется сигнал рассогласования местоположения p_ош :

p_ош = p_опор – p_тек

где p_опор – это местоположение (координаты) текущей опорной точки,

p_тек – это текущее местоположение (координаты) БПЛА.

Далее вычисляется сигнал скорости v :

v = p_ош · k_p − v_тек · k_d

где v_тек – это текущая скорость БПЛА,

а k_p и k_d – это коэффициенты усиления пропорциональной и дифференцирующей составляющих регулятора, соответственно.

Кроме того, вычисляется сигнал скорости рыскания ω следующим образом.

ω = α_ош · p_a − ω_тек · d_a

ω_тек – это текущая скорость рыскания БПЛА,

p_a и d_a – это угловые константы пропорциональной и дифференцирующей составляющих регулятора, соответственно,

α_ош – это сигнал рассогласования угла рыскания.

Здесь α_ош вычисляется следующим образом.

α_ош = α_опор – α_тек

где α_опор – это опорный угол рыскания, который должен поддерживать БПЛА в данной опорной точке,

α_тек – это текущий угол рыскания БПЛА.

Здесь α_опор вычисляется следующим образом.

α_опор = atan2(v_y.опор, v_x.опор)

где v_y.опор, v_x.опор – это опорные скорости, которые должен поддерживать БПЛА в данной опорной точке в направлениях x и y.

Таким образом, формируется управляющий сигнал, учитывающий рассогласования с опорным сигналом, вызванные внешними условиями (ветер, дождь и т.д.), неидеальностью физических исполнительных механизмов (двигатели, пропеллеры) и задержками обработки сигналов.

Соответственно, управляющие сигналы (сигналы скорости в каждом из направлений x, y, z, а также сигнал скорости рыскания) от ПД регулятора передаются на контроллер полета, который на их основе управляет двигателями, и тем самым БПЛА совершает требуемые перемещения вдоль вычисленной траектории.

Вместе с тем, в процессе выполнения этапа 4 и движения БПЛА к конечной точке выполняется регулярная проверка с помощью блока управления на этапе 5, не произошло ли существенное изменение местоположения мобильной платформы в системе координат БПЛА (). Если изменение местоположения мобильной платформы превысило порог, то способ возвращается к этапу 3, чтобы пересчитать траекторию полета и выполнять движение согласно новой траектории. В другом варианте осуществления этап 5 может выполняться уже после того, как БПЛА преодолел всю траекторию и находится в конечной точке. Это может снизить количество проверок и повторных вычислений, если заранее известно, что мобильная платформа перемещается редко или на малые расстояния.

В конечном счете, когда БПЛА достигает местоположения мобильной платформы, способ переходит к этапу 6, на котором выполняется вертикальное движение БПЛА вплоть до посадки на платформу. В настоящем изобретении подразумевается, что за время этапа 6 мобильная платформа не должна перемещаться или же ее перемещение должно быть относительно малым, чтобы БПЛА сел в пределах установленной области посадки на платформе. Соответственно, в одном из вариантов осуществления по меньшей мере часть этапа 6 или весь этап 6 заключается в том, что по команде от блока управления двигатели БПЛА выключаются, и БПЛА фактически свободно падает на платформу. Чтобы обеспечить безаварийную посадку при таком подходе, ранее упоминавшаяся предварительно заданная высота () должна задаваться из тех соображений, что когда БПЛА достигнет конечной точки траектории над мобильной платформой на этой высоте, ему будет достаточно просто выключить двигатели и упасть, чтобы оказаться тем самым на платформе.

Таким образом, обеспечивается способ посадки БПЛА на мобильную платформу, не требующий наличия камеры и работающий в том числе в сложных условиях окружающей среды, таких как сумерки, ночь, осадки.

Пример

Предложенный в настоящем изобретении способ реализован на практике для проверки работоспособности. Для испытаний использовался квадрокоптер производства DJI. Интерфейс управления для БПЛА реализован через Px4 Autopilot. Связь осуществлялась с помощью интерфейса MAVLink для ROS. В качестве мобильной платформы использовался мобильный робот Jackal, работающий на операционной системе ROS на базе Ubuntu. На мобильном роботе установлена плоская площадка размером 2х2 м, на которую может садиться БПЛА. Программирование выполнялось главным образом на языке python. Для выполнения преобразований на этапе 2 применялась библиотека tf для ROS.

Первая промежуточная контрольная точка задана на расстоянии 0,25 от общего расстояния между БПЛА и мобильной платформой, а вторая промежуточная контрольная точка задана на расстоянии 0,75 от общего расстояния между БПЛА и мобильной платформой. Траектория разделяется на участки длительностью по 0,08 с. В качестве предварительно заданной высоты выбрана высота 10 см. В качестве порога изменения местоположения мобильной платформы для проверки на этапе 5 выбрано значение 1 м. Коэффициенты усиления пропорциональной и дифференцирующей составляющих ПД-регулятора заданы равными 0,8 и 0,27. Угловые константы пропорциональной и дифференцирующей составляющих ПД-регулятора заданы равными 2,5 и 0,5.

Результаты экспериментов показали, что способ позволяет осуществлять автономную посадку БПЛА с высокой точностью как на мобильную платформу, которая передвигалась в процессе движения к ней БПЛА и остановилась в момент посадки, так и даже на мобильную платформу, которая находится в движении в момент посадки. БПЛА получает данные о местоположении мобильной платформы и отслеживает ее движение, выбирая оптимальную траекторию перемещения по направлению к платформе, тем самым с повышенной эффективностью и точностью достигая конечной точки над платформой. Скорость движения мобильной платформы в экспериментах составляла до 1 м/с. БПЛА успешно выполнял посадку на платформу, движущуюся со скоростью до 0,1 м/с. При большей скорости БПЛА следовал за платформой, но для успешной посадки необходимо было либо снизить скорость платформы до 0,1 м/с и ниже, либо остановиться. Следует понимать, что данные показатели не являются предельными, зависят от условий эксплуатации, от габаритов БПЛА и платформы, от выбранных параметров и т.д., поэтому могут отличаться для других конкретных реализаций.

Применение

Устройства, системы и способы согласно настоящему изобретению можно использовать для автономной посадки БПЛА, выполняющих, в частности, доставку грузов, различные исследования, анализ окружающего пространства, контроль объектов, фото- и видеосъемку, спасательные операции, автономный мониторинг для задач охраны сельхозугодий, картографии, дистанционного химико-физического анализа, контроля всхожести и спелости урожая, химической обработки и т.д.

Дополнительные особенности реализации

Различные иллюстративные блоки и модули, описанные в связи с раскрытием сущности в данном документе, могут реализовываться или выполняться с помощью процессора общего назначения, процессора цифровых сигналов (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства (PLD), дискретного логического элемента или транзисторной логики, дискретных аппаратных компонентов либо любой комбинации вышеозначенного, предназначенной для того, чтобы выполнять описанные в данном документе функции. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор, но в альтернативном варианте, процессор может представлять собой любой традиционный процессор, контроллер, микроконтроллер или конечный автомат. Процессор также может реализовываться как комбинация вычислительных устройств (к примеру, комбинация DSP и микропроцессора, несколько микропроцессоров, один или более микропроцессоров вместе с DSP-ядром либо любая другая подобная конфигурация).

Некоторые блоки или модули по отдельности или вместе могут представлять собой, например, компьютер, и включать в себя процессор, который сконфигурирован для вызова и выполнения компьютерных программ из памяти для выполнения этапов способа или функций блоков или модулей в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Согласно вариантам осуществления, устройство может дополнительно включать в себя память. Процессор может вызывать и выполнять компьютерные программы из памяти для выполнения способа. Память может быть отдельным устройством, независимым от процессора, или может быть интегрирована в процессор. Память может хранить код, инструкции, команды и/или данные для исполнения на наборе из одного или более процессоров описанного устройства. Коды, инструкции, команды могут предписывать процессору выполнять этапы способа или функции устройства.

Функции, описанные в данном документе, могут реализовываться в аппаратном обеспечении, программном обеспечении, выполняемом посредством одного или более процессоров, микропрограммном обеспечении или в любой комбинации вышеозначенного, если это применимо. Аппаратные и программные средства, реализующие функции, также могут физически находиться в различных позициях, в том числе согласно такому распределению, что части функций реализуются в различных физических местоположениях, то есть может выполняться распределенная обработка или распределенные вычисления.

В случае если объем данных велик, может производиться многопоточная обработка данных, которая в простом представлении может выражаться в том, что все множество подлежащих обработке данных разделяется на набор подмножеств, и каждое ядро процессора выполняет обработку в отношении назначенного для него подмножества данных.

Вышеупомянутая память может быть энергозависимой или энергонезависимой памятью или может включать в себя как энергозависимую, так и энергонезависимую память. Специалисту в области техники должно быть также понятно, что, когда речь идет о памяти и о хранении данных, программ, кодов, инструкций, команд и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого (или компьютерно-читаемого, процессорно-читаемого) запоминающего носителя. Машиночитаемый запоминающий носитель может представлять собой любой доступный носитель, который может использоваться для того, чтобы переносить или сохранять требуемое средство программного кода в форме инструкций или структур данных, и к которому можно осуществлять доступ посредством компьютера, процессора или иного устройства обработки общего назначения или специального назначения.

В качестве примера, а не ограничения, машиночитаемые носители могут содержать постоянное запоминающее устройство (ROM), программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), флэш-память, оперативную память (RAM), статическую память с произвольным доступом (SRAM), динамическую память с произвольным доступом (DRAM), синхронную динамическую память с произвольным доступом (SDRAM), синхронную динамическую память с произвольной выборкой с двойной скоростью передачи данных (DDR SDRAM), синхронную динамическую память с произвольной выборкой с повышенной скоростью (ESDRAM), DRAM с синхронной линией связи (SLDRAM) и оперативную память с шиной прямого доступа (DR RAM) и т.п.

Информация и сигналы, описанные в данном документе, могут представляться с помощью любой из множества различных технологий. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и элементарные сигналы, которые могут приводиться в качестве примера в вышеприведенном описании, могут представляться посредством напряжений, токов, электромагнитных волн, магнитных полей или частиц, оптических полей или частиц либо любой комбинации вышеозначенного.

Процессор может включать в себя один или более процессоров. В то же время, один или более процессоров могут быть процессором общего назначения, например центральным процессором (CPU), прикладным процессором (AP) и т.п., блоком обработки графики, таким как графический процессор (GPU), визуальный процессор (VPU) и т.д.

Следует понимать, что хотя в настоящем документе для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций могут использоваться такие термины, как "первый", "второй", "третий" и т.п., эти элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, область, слой или секцию от другого элемента, компонента, области, слоя или секции. Так, первый элемент, компонент, область, слой или секция может быть назван вторым элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без выхода за рамки объема настоящего изобретения. В настоящем описании термин "и/или" включает любые и все комбинации из одной или более из соответствующих перечисленных позиций. Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Функциональность элемента, указанного в описании или формуле изобретения как единый элемент, может быть реализована на практике посредством нескольких компонентов устройства, и наоборот, функциональность элементов, указанных в описании или формуле изобретения как несколько отдельных элементов, может быть реализована на практике посредством единого компонента.

В одном варианте осуществления элементы/блоки/модули предложенного устройства находятся в общем корпусе, могут быть размещены на одной раме/конструкции/печатной плате/кристалле и связаны друг с другом конструктивно посредством монтажных (сборочных) операций и функционально посредством линий связи. Упомянутые линии или каналы связи, если не указано иное, являются типовыми, известными специалистам линиями связи, материальная реализация которых не требует творческих усилий. Линией связи может быть провод, набор проводов, шина, дорожка, беспроводная линия связи (индуктивная, радиочастотная, инфракрасная, ультразвуковая и т.д.). Протоколы связи по линиям связи известны специалистам и не раскрываются отдельно.

Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать настоящее изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку специалисту в данной области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники могут быть очевидны различные другие модификации и варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.

Изобретение относится к способу посадки беспилотного летательного аппарата (БПЛА) на мобильную платформу. Для посадки БПЛА получают данные о местоположении мобильной платформы в глобальной системе координат и данные о местоположении БПЛА в локальной системе координат БПЛА, на основании которых определяют местоположение мобильной платформы в системе координат БПЛА, формируют траекторию полета БПЛА по направлению к мобильной платформе определенным образом, на которой задают опорные точки, через которые должен пройти БПЛА, для каждой из которых формируют управляющие сигналы путем сравнения данных опорной точки и текущих данных о состоянии БПЛА, с помощью которых выполняют перемещение и посадку БПЛА. Обеспечивается повышение точности и эффективности посадки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ посадки беспилотного летательного аппарата (БПЛА) на мобильную платформу, содержащий этапы, на которых:

с помощью блока приема данных получают данные о местоположении мобильной платформы в глобальной системе координат и данные о местоположении БПЛА в локальной системе координат БПЛА;

с помощью блока управления определяют местоположение мобильной платформы в системе координат БПЛА на основе полученных данных;

с помощью блока управления формируют траекторию полета БПЛА по направлению к мобильной платформе посредством задания начальной, конечной и по меньшей мере двух промежуточных контрольных точек между БПЛА и мобильной платформой, интерполяции траектории между контрольными точками и определения скорости, с которой в каждый момент времени БПЛА должен двигаться по этой траектории, с использованием однородного B-сплайна 3-го порядка;

с помощью блока управления задают на сформированной траектории опорные точки, через которые должен пройти БПЛА;

с помощью пропорционально-дифференцирующего регулятора итеративно для каждой опорной точки формируют управляющие сигналы путем сравнения данных опорной точки и текущих данных о состоянии БПЛА;

выполняют, посредством БПЛА, перемещение к конечной точке траектории на основании сформированных управляющих сигналов; и

выполняют, посредством БПЛА, посадку на мобильную платформу из конечной точки.

2. Способ по п. 1, в котором данные о местоположении мобильной платформы содержат двумерные координаты мобильной платформы, а данные о местоположении БПЛА содержат трехмерные координаты БПЛА, угол рыскания, скорость движения и скорость рыскания БПЛА.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором в процессе перемещения БПЛА к конечной точке или после достижения БПЛА конечной точки проверяют с помощью блока управления, произошло ли изменение местоположения мобильной платформы в системе координат БПЛА, и если изменение превысило порог, то формируют новую траекторию полета и выполняют перемещение согласно новой траектории.

4. Способ по п. 1, в котором управляющие сигналы содержат сигнал скорости, определяемый на основе местоположения текущей опорной точки, текущего местоположения БПЛА и текущей скорости БПЛА, и сигнал скорости рыскания, определяемый на основе текущей скорости рыскания БПЛА, текущего угла рыскания БПЛА и опорных скоростей для текущей опорной точки.