录用日期: 2025-11-14
摘要:
由于无人机在纵向着陆过程中受到侧风扰动的持续影响,使得其位姿点分布出现不对称,导航轨迹发生侧向偏移,导致传统单一导航方式难以通过映射无人机运动坐标系来实现高精度位姿状态估计,从而降低了着陆监测的整体有效性。提出基于视觉-惯性组合导航的无人机抗侧风纵向着陆监测方法。基于视觉导航原理估计无人机相对位姿可以确定导航轨迹的侧向偏移量,从而适度抵消侧风引起的位姿点分布不对称问题。将视觉估计的位姿映射到惯性坐标系中描述无人机运动,构建无人机运动学坐标系。整合视觉导航所提供的相对位姿估计,利用视觉与惯性传感器的观测数据,对惯性单元输出的无人机运动坐标系映射至视觉定义的导航区域中,完成视觉-惯性组合导航模型的构建。在此基础上,结合着陆轨迹与速度分析,计算侧风偏流角并动态调整下滑点,建立了抗侧风控制系统,以机翼所提供升力的纵向分量抵消侧风影响。分别从进入段、直线下滑段、拉平段、平飘段、地面滑跑段五个方面研究无人机抗侧风纵向着陆的运动特性,再基于轨迹下滑、轨迹拉平两个主要纵向着陆阶段实施监测,完成视觉-惯性组合导航下无人机抗侧风纵向着陆监测方法的设计。实验结果表明,侧风干扰下应用所提方法所得到的速度曲线在14 min左右呈现出明显的下降趋势,其整体均值水平与波动形态与真实速度曲线基本一致,获得的着陆点坐标与真实坐标的平均偏差仅为0.8 m,纵向滚转角与实际着陆位姿之间的偏差不超过6°,在速度监测、着陆点监测、滚转角监测方面不受侧风影响,纵向着陆监测效果较好。
