[發明專利]一種基于視覺引導的無人機自動著陸方法

有效

• 申請號: 201610473714.3
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN107544550B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 孫偉;郭寶龍;趙春宇;張琦;劉潤之;郭振嘉;王鵬飛;陳許蒙
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 劉振

本發明公開了一種基于視覺引導的無人機自動著陸方法，其實現方案是：1.GPS導航引導無人機進入降落平臺上空；2.根據機載相機的拍攝圖像檢測粗定位標志，計算降落平臺相對于無人機的位置坐標；3.使用無人機雙層PID控制器控制無人機開始降落；4.更新降落平臺相對于無人機的位置坐標，從而更新雙層PID控制器的輸入量；5.當無人機降落達到能夠識別精確定位標志的條件時，使用Apriltags技術實時檢測，得出新的降落平臺的中心坐標，更新雙層PID控制器輸入量，完成無人機的精確著陸。本發明解決了GPS引導無人機著陸精度低的問題，可用于無人機的精確自主著陸。

技術領域

本發明屬于無人機和機器視覺領域，具體說是一種基于視覺引導的無人機自動著陸方法，可用于無人機自主降落于固定地點。

背景技術

無人機(Unmanned Aerial Vehicle)是一種無人駕駛飛行器，具有使用便利、機動靈活、智能化等優點，其在軍事(空中偵查、電子干擾、目標定位與跟蹤、邊境巡邏等)及民事(航空攝影、災情檢測、農藥噴灑等)應用中具有廣闊的應用前景。而且旋翼無人機還具有能夠垂直起降、空中懸停、任一方向靈活飛行等優點，近年來受到了越來越多的關注。

為了降低成本，對無人機系統的一個基本要求是其應該具有安全可回收性，即無人機要能夠在執行完任務后實現安全、可靠的回收，以便于重復利用。目前已經應用的無人機回收方式可以分為四類：第一，傘降回收，在無人機上配置降落傘裝置，它可以按照預定的程序在到達特定區域后開傘，以使無人機安全降落在指定區域，但這種回收方法很容易受到外部干擾的影響，很難實現定點降落；第二，阻攔回收，無人機在地面指令的控制下，降低高度，減小速度，撞向由彈性材料編制成的阻攔網，無人機撞入網中后，速度很快衰減為零，實現降落，但這種回收方式需要專門的阻攔裝置；第三，人工操控回收，通過將無人的操控模式調節為遙控模式，由地面飛手操縱無人機的降落，顯然這種回收方式對飛手的依賴很大，要求熟練的操控技術；第四，自主著陸回收，利用無人機系統本身所攜帶的傳感器，在沒有人為干預的情況下，通過無人機自主控制器本身實現自主降落，現代化的復雜任務對無人機性能的要求越來越高，除了必要的自主懸停，任一方向飛行功能之外，對無人機能夠實現自主著陸的需求也日益增加，無人機的自主降落能夠很大程度的提高無人機的回收率和利用率，并能夠提高無人機的續航能力，對無人機的應用與推廣起著舉足輕重的作用。然而目前無人機的自主降落多采用GPS導航定位，精確定位的GPS系統價格昂貴且體積較大，不適合裝載與無人機上；民用GPS定位精度只能達到10米之內，在降落過程中，這個精度無法達到無人機精確降落的要求。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有的技術問題，提出一種基于視覺引導的無人機自動著陸方法，利用無人機中的單目視覺系統，通過檢測降落平臺的定位標志引導無人機抵達著陸點，提高了無人機自主著陸的精度。

為了實現上述目的，本發明的技術方案包括如下：

包括如下步驟：

步驟1)根據降落平臺的GPS信息，通過GPS導航引導無人機進入降落平臺上空，然后降低無人機高度，使無人機在離地面10～15m距離懸停；

步驟2)使用機載相機拍攝的圖像檢測粗定位標志區域，由粗定位標志區域計算降落平臺的中心坐標(x₀,y₀)；

步驟3)根據公式(1)計算降落平臺相對于無人機的位置坐標(X,Y,h)，

式中，h為無人機距離地面的高度，(u₀,v₀)為機載相機拍攝的圖像中心點坐標，f為機載相機的焦距；

步驟4)使用無人機雙層PID控制器控制無人機的降落；