[發(fā)明專利]一種基于視覺導(dǎo)航的攔截?zé)o人機(jī)的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910341458.6
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110132060A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)開忠;尚海鵬;馬國梁;方詩堯;孫藝寧
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: F41H11/02
• 分類號: F41H11/02;G01C11/04;G01C21/00;G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 張祥

1.一種基于視覺導(dǎo)航的攔截?zé)o人機(jī)的方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：訓(xùn)練無人機(jī)檢測識別模型；

步驟二：求解目標(biāo)無人機(jī)的位置P_t；在攔截?zé)o人機(jī)的圖像設(shè)備采集到目標(biāo)無人機(jī)的圖像時，攔截?zé)o人機(jī)向目標(biāo)無人機(jī)緩慢靠近，同時控制伺服云臺的轉(zhuǎn)動，保持目標(biāo)無人機(jī)在圖像正中間，具體包括：

由圖像中目標(biāo)無人機(jī)的坐標(biāo)位置和伺服云臺的轉(zhuǎn)動情況解算目標(biāo)無人機(jī)位置姿態(tài)的過程中涉及的坐標(biāo)系包括：慣性坐標(biāo)系，機(jī)體坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系，根據(jù)目標(biāo)無人機(jī)、攔截?zé)o人機(jī)和攝像機(jī)的相對位置關(guān)系，目標(biāo)無人機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的位置P_t表示為：

P_t＝P₁+P₂+P₃ (1)

其中，P₁表示攔截?zé)o人機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的位置；P₂表示攔截?zé)o人機(jī)質(zhì)心到攝像機(jī)光心在慣性坐標(biāo)系下的距離向量，它由以下公式計算得到：

其中P_γ表示攝像機(jī)在機(jī)體坐標(biāo)系下的位置，矩陣表示機(jī)體坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，由攔截?zé)o人機(jī)的姿態(tài)角確定：

其中表示攔截?zé)o人機(jī)的滾轉(zhuǎn)角，θ表示攔截?zé)o人機(jī)的俯仰角，ψ表示攔截?zé)o人機(jī)的偏航角；

P₃表示攝像機(jī)到目標(biāo)無人機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的距離向量，滿足如下關(guān)系：

其中為目標(biāo)無人機(jī)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的位置，其坐標(biāo)表示為表示攝像機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，它由云臺攝像機(jī)的水平旋轉(zhuǎn)角α和俯仰角β確定，具體表達(dá)式如下：

整理得目標(biāo)無人機(jī)的位置：

設(shè)目標(biāo)無人機(jī)的中心點在圖像平面中的成像位置為(uⁱ，vⁱ)，利用針孔模型表示為：

其中M是攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣，表示為：

其中[μ₀，v₀]^T為相平面的中心，dx，dy表示每一個像素在x軸y軸方向上的物理尺寸，由相機(jī)的標(biāo)定求得，成像位置(uⁱ，vⁱ)為圖像中目標(biāo)無人機(jī)的位置坐標(biāo)，由單目成像原理可得：

其中，OP1是目標(biāo)無人機(jī)中心和圖像中心的距離，f為攝像機(jī)的焦距，O₀P是鏡頭中心到目標(biāo)無人機(jī)的距離，γ表示目標(biāo)無人機(jī)與鏡頭中心的連線與光軸間的夾角，

根據(jù)式(9)、(10)可求出再由公式(7)即可求得從而求解出目標(biāo)無人機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的位置P_t；

步驟三：攔截?zé)o人機(jī)利用機(jī)器視覺導(dǎo)航至最佳攔截位置；

在攔截?zé)o人機(jī)檢測識別出目標(biāo)無人機(jī)后，攔截?zé)o人機(jī)根據(jù)圖像中目標(biāo)無人機(jī)的坐標(biāo)位置和伺服云臺的轉(zhuǎn)動情況解算出目標(biāo)無人機(jī)位置坐標(biāo)形成回環(huán)控制指令實時調(diào)整攔截?zé)o人機(jī)飛行姿態(tài)，緩慢向目標(biāo)無人機(jī)靠近，在攔截?zé)o人機(jī)靠近目標(biāo)無人機(jī)時，攔截?zé)o人機(jī)所攜帶的激光測距雷達(dá)掃描到目標(biāo)無人機(jī)并測量出與其的距離，當(dāng)攔截?zé)o人機(jī)在目標(biāo)無人機(jī)的下方位置時，在保持安全距離的情況下，攔截?zé)o人機(jī)根據(jù)圖像中目標(biāo)的移動情況，緩慢爬升到目標(biāo)無人機(jī)的上方2-3m位置，然后和目標(biāo)無人機(jī)保持同一運動狀態(tài)；

步驟四：釋放攔截捕捉網(wǎng)；攔截?zé)o人機(jī)調(diào)整好位置之后，拋出捕捉網(wǎng)，捕捉網(wǎng)的一端纏繞在目標(biāo)無人機(jī)上，促使目標(biāo)無人機(jī)停止飛行，當(dāng)捕捉網(wǎng)受到的拉力大于一定值時，捕捉網(wǎng)和攔截?zé)o人機(jī)分離，捕捉網(wǎng)和目標(biāo)無人機(jī)一同下落，同時，攔截?zé)o人機(jī)彈出捕捉網(wǎng)減速降落裝置，和目標(biāo)無人機(jī)一起緩慢著地。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺導(dǎo)航的攔截?zé)o人機(jī)的方法，其特征在于，還包括步驟五：攔截?zé)o人機(jī)在完成攔截動作后，按自身默認(rèn)模式自動返航。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于視覺導(dǎo)航的攔截?zé)o人機(jī)的方法，其特征在于，所述相機(jī)是帶有紅外成像功能的CCD相機(jī)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于視覺導(dǎo)航的攔截?zé)o人機(jī)的方法，其特征在于，所述捕捉網(wǎng)為尼龍網(wǎng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于視覺導(dǎo)航的攔截?zé)o人機(jī)的方法，其特征在于，所述減速降落裝置為降落傘。