[发明专利]一种无人机无动力应急返场在线航迹规划方法

权利要求书

1.一种无人机无动力应急返场在线航迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、给定位姿点，设定进入航向调整圆与航向对准圆滚转角，滚转半径，无人机利用几何规划法快速生成扩展2D Dubins航迹；

S2、根据无人机返场高度差与标准横程、下滑角约束，将3D Dubins航迹分为四种下滑类型，依次为：浅下滑类型、标准下滑类型、S-turn机动转弯类型和螺旋机动增程类型；

S3、在选择到着陆场后，航路在线规划管理单元初始化无人机初始与终端的位姿状态，并应用3D Dubins路径规划方法规划出一条三维航迹。

2.根据权利要求1所述的一种无人机无动力应急返场在线航迹规划方法，其特征在于，步骤S1所述给定位姿点，无人机航迹顺时针或逆时针开始，一共有四条路径。

3.根据权利要求2所述的一种无人机无动力应急返场在线航迹规划方法，其特征在于，所述四条路径中最短的路径为Dubins曲线。

4.根据权利要求1所述的一种无人机无动力应急返场在线航迹规划方法，其特征在于，步骤S2所述四种下滑类型满足的条件如下：

1)浅下滑类型：当无人机以最浅下滑角下滑，使得进场高度过低，满足

|h_e-h_s|≤L_setan|γ_max|+D_se

其中：h_e为航向对准圆切出点高度，h_s为返场初始点高度，L_se为直线段航程，D_se为航向调整圆与航向对准圆高度损失和，γ_max为最浅下滑角；

2)标准下滑类型：当无人机以标准的高度拓演法满足下滑性能要求，满足

L_setan|γ_max|+D_se＜|h_e-h_s|≤L_setan|γ_min|+D_se

其中：γ_min为最陡下滑角；

3)S-turn机动转弯类型：当返场高度差较大，无人机无法通过Dubins平面横程以最陡下滑角下滑到进场高度，但此时多余高度差又无法按最小盘旋半径与最陡下滑角进行整圆高度耗散，满足

L_setan|γ_min|+D_se＜|h_e-h_s|＜L_setan|γ_min|+2πR_etan|γ_e|+D_se

4)螺旋机动增程类型：当无人机飞行高度太大，满足

|h_e-h_s|≥L_setan|γ_min|+2πR_etan|γ_e|+D_se

其中：R_e为转弯半径，γ_e为航向对准圆的下滑角。

5.根据权利要求1所述的一种无人机无动力应急返场在线航迹规划方法，其特征在于，步骤S3的具体过程如下：

首先，设定进入航向调整圆与航向对准圆滚转姿态，得到转弯半径，并进行2D Dubins存在性判别；若横向平面无法构造Dubins几何航迹，则按单段航迹直接迫降；反之，按照标准下滑类型进行高度拓演，若返场直线段下滑角γ_l满足下滑角约束，则成功生成三维Dubins航迹；若返场直线段下滑角γ_l超出约束范围，则进入下一层级判别；若返场高度不满足，则生成螺旋机动增程航迹；若返场高度满足，则生成S-Turn机动转弯航迹。