[發明專利]基于超聲波傳感器陣列的無人機自主降落方法

有效

• 申請號: 201811408613.3
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109240338B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 梁勇奇;徐閩鋆;雷坤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種基于超聲波傳感器陣列的無人機自主降落方法。包括：S100、在無人機上安裝矩陣排布的超聲波傳感器陣列，并進行飛行試驗；S200、根據采集得到的數據進行計算，得到自適應地形匹配的導航算法；S300、根據采集得到的數據進行計算，建立飛行地形對應的3D地圖；S400、根據上述的導航算法和3D地圖，采用在線或者離線的方式尋找滿足要求的降落地址；S500、根據降落地址，通過導航算法和3D地圖導引無人機自主降落。本發明主要由基于超聲傳感器陣列對地形的探測、基于3D?SLAM的導航與構圖、降落地點尋址與基于方案制導的自主降落所構成，通過上述模塊的配合，實現了垂直起降無人機在未知環境中的自主降落功能。

技術領域

本發明屬于無人機自主制導、導航與控制技術領域，涉及一種基于超聲波傳感器陣列的無人機自主降落方法。

背景技術

自主降落是各種無人機自主飛行過程之中最難于解決的問題之一，其難點是對未知環境的降落目的地狀況的感知、對合適降落場地的智能選取、和自主制導降落過程的實現，并確保系統功能有效以及精度和實時性要求。

目前垂直起降無人機自主降落方法未見到完善的解決方案，例如采用視頻處理技術實現自主降落，而且降落點需要使用二維碼作為圖標引導無人機降落，這并不滿足針對未知環境的自主智能降落的需求，而且因為圖像處理的計算量要求，導致了降落過程的實時性與精度都不夠好。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于超聲波傳感器陣列的無人機自主降落方法，相對于現有技術存在的實時性不夠好以及精度不夠高的問題。這種新體制的無人機自主降落方法實時性好、精度高、成本低。

為實現上述目的，本發明采用的的技術方案為：

一種基于超聲波傳感器陣列的無人機自主降落方法，包括以下步驟：

S100、在無人機上安裝矩陣排布的超聲波傳感器陣列，并進行飛行試驗；

S200、根據采集得到的數據進行計算，得到自適應地形匹配的導航算法；

S300、根據采集得到的數據進行計算，建立飛行地形對應的3D地圖；

S400、根據上述的導航算法和3D地圖，采用在線或者離線的方式尋找滿足要求的降落地址；

S500、根據降落地址，通過導航算法和3D地圖導引無人機自主降落。

作為本發明的進一步改進，步驟S100中，所述的超聲波傳感器陣列包括M排，每排間距排布N個傳感器，M≥2，N≥2，每排傳感器安裝在運動平臺的體坐標系上，傳感器的數據采集端口均垂直地面設置。

作為本發明的進一步改進，S200的具體步驟為：

根據Lindeberg-Fellercentral中心極限定理，地面的起伏高度應滿足h～N(0，σ_g²)，傳感器誤差應該滿足v～N(0，σ_r²)，其中的σ_g²和σ_r²分別代表地面起伏情況的方差以及傳感器誤差的方差；D_i，j表示在第i次探測時第j個傳感器得到的數據，則觀測模型為：

D_i，j＝H-h_i，j+v_i，j

其中，H為飛行設定的高度，h_i，j為地面的起伏高度，v_i，j為傳感器誤差；