[發明專利]基于二維碼和慣導輔助的無人機自主降落方法及系統

在審

• 申請號: 201810355953.8
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108549397A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 吳宜斌;牛小驥;葛雯斐;張提升
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種基于二維碼和慣導輔助的無人機自主降落方法，設置無人機、機載相機、機載計算機、GNSS定位裝置、慣性測量元件和帶有授權信息的二維碼，無人機通過GNSS/INS組合導航移動到降落點附近，利用相機采集到的圖像識別二維碼，當從圖像識別的二維碼和二維碼信息數據庫匹配成功時，讀取授權信息；無人機根據視覺和慣導組合導航方式確定二維碼中心點在無人機機體坐標系下的位置以及無人機在二維碼局部坐標系下的姿態，調整無人機位姿，控制降落點和降落姿態的偏差進行自動降落。本發明與現有技術相比，更易于操作、部署成本低、不易受環境干擾、穩定性好、安全性好，適用于物流貨運、搶險救災等諸多領域，易于推廣。

技術領域

本發明屬于無人機定位定姿技術領域，特別涉及一種利用包含授權信息的二維碼和慣導輔助的無人機自主降落技術方案。

背景技術

二維碼，又稱二維條碼。是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面(二維方向上)分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的；在代碼編制上巧妙地利用構成計算機內部邏輯基礎的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息，通過圖象輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理：它具有條碼技術的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每個字符占有一定的寬度；具有一定的校驗功能等。二維碼具有信息含量高、可靠性高、安全性好等優點，被廣泛應用于日常生產生活。

衛星導航(Satellite navigation)是指采用導航衛星對地面、海洋、空中和空間用戶進行導航定位的技術。GNSS定位的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，綜合至少四顆衛星的數據交會出接收機的具體位置。

慣性導航是是隨著慣性傳感器技術的發展而發展起來的一門導航技術，由于其完全自主、不受任何干擾、隱蔽性強等優點，使其在許多領域中都得到了廣泛應用。其主要缺點是定位誤差隨時間累積，無法長時間獨立工作，因而，以慣性導航為基本導航設備，綜合利用其他導航手段進行組合導航的方法被廣泛使用。視覺定位是利用相機拍攝得到的影像確定相機位置和姿態的一種定位方法，其中利用地面已知坐標控制點的單目視覺定位技術是依靠單個視覺傳感器拍攝已知的控制點，進而確定視覺傳感器的絕對位姿的定位技術。

隨著無人機行業的發展以及小型無人機的普及，利用無人機進行貨物運輸和搶險救災等應用變得越來越“觸手可及”，而對于此類應用，無人機的精準降落是一個關鍵問題。高精度GNSS定位(如RTK需要布設和維護基站)運營成本較高，而在城市峽谷和森林等區域由于衛星信號弱可能導致無法定位。而視覺定位成本低廉，定位精度高，因此成為無人機自動降落系統的常用解決方案。

北京理工大學佘浩平等人提出一種運動平臺上無人機自主精確著陸系統及著陸方法(CN 106527487 A)，該方法利用一種多層嵌套的二維碼針對汽車等運動平臺提出了一種無人機位姿估計并自動降落的技術。

深圳市科衛泰實業發展有限公司的李振宇提出一種無人機輔助降落方法(CN107450590 A)，該方法利用二維碼和標志碼結合的方式作為輔助無人機自主降落的手段。

以上兩種方案存在以下不足：1)二維碼多層嵌套，設計較為復雜，而且二維碼不包含其他任何信息，不能發揮更有效的作用；2)降落過程僅僅依賴視覺，魯棒性不強，容易在有外界干擾(如大風)的情況下出現二維碼失鎖從而無法降落的情況；3)未涉及確定降落目標點前對二維碼目標的搜索。

發明內容

基于上述內容，本發明提供一種含有授權信息的二維碼和慣導輔助的無人機自主降落系統和方法。無人機獲得目標點坐標后自動起飛依靠GNSS/INS組合導航不斷更新位置并確定與目標點的偏差，確定到達目標點附近后在當前區域內對二維碼進行搜索，識別并提取二維碼授權信息，與預先建立的二維碼數據庫進行比對，確定可以降落后開始啟用視覺加慣導定位模式輔助無人機進行精準降落。