[發明專利]一種無人機自主著陸跑道區域障礙物判斷與跟蹤方法

在審

• 申請號: 201910771630.1
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110426046A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 袁寶璽;郭建新;趙建華
• 申請（專利權）人: 西京學院
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01S17/93
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張鵬

本發明屬于飛行器著陸引導技術領域，公開了一種無人機自主著陸跑道區域障礙物判斷與跟蹤方法，判斷著陸區域是否存在障礙物；判斷著陸路線上是否存在直接威脅；若存在直接威脅，則繼續盤旋并探測著陸合作目標；探測到著陸合作目標后，進入著陸過程，對疑似障礙物實時跟蹤；對疑似障礙物進行測距，確保著陸路線上不存在安全隱患；判斷著陸線路存在直接威脅，則拉起復飛；每隔十秒進行基于UNet的跑道區域障礙物判斷方法，對障礙物位置修正；判斷著陸線路不存在直接威脅，則判斷是否已安全著陸；若著陸到地面后，著陸過程結束；若未著陸到地面，則繼續對疑似障礙物實時跟蹤。本發明保證了著陸安全，判斷跑道區域是否存在障礙物；若存在障礙物則進行跟蹤。

技術領域

本發明屬于飛行器著陸引導技術領域，尤其涉及一種無人機自主著陸跑道區域障礙物判斷與跟蹤方法。

背景技術

目前，最接近的現有技術：無人機(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是一種按輸入程序自主控制飛行的非載人飛行器。無人機技術已廣泛應用于戰場偵察、電子對抗、目標指示、戰果評估、通信中繼以及大地測繪、資源探測、空氣采樣、環保監視、交通管理等多個領域。在軍用方面，由于其非載人的特點，可以被用于執行危險任務而不需擔心人員安全。隨著科技的發展，無人機在偵察監視、無線中繼及執行空戰任務等方面的重要作用逐漸凸顯，成為目前重點發展的航空裝備之一。在民用方面，由于無人機能夠進入人員不易進入的地區、執行長航時任務，則可將其用于地理勘測、森林火災防治及農藥噴灑等作業任務，且其執行任務的成本低于有人機及衛星。由此可見，無人機技術在軍用及民用方面都具有重要的研究意義。為了進一步推動無人機技術朝著自動化和智能化的方向發展，自主控制成為當前無人機技術研究的熱點。如若能實現在無人機飛行的各階段都通過自主技術加以完成，無人機技術的智能化將最終取得成功。

無人機按照機體結構的特點主要分為兩種類型：無人固定翼飛機和無人旋翼飛機。對于采用輪式起落架滑跑方式起降的無人固定翼飛機，對著陸過程中的導航精度、可靠性、安全性的要求很高。自主飛行著陸是無人固定翼飛機整個自動飛行過程中最危險也是要求最高的過程。據有關統計表明，雖然回收(著陸)階段的時間只占整個飛行任務的2％～3％，但在這個過程中所發生的故障數約占整個飛行任務中故障總數的80％以上。造成這種現象的原因是：在著陸階段，其飛行狀態(速度、高度、航向)、自身構型(襟翼、起落架、擾流板等)都有很大的變化，當無人機出現失控時，地面控制人員人工干預飛機存在一定的延時，以及著陸過程中可能會出現地面障礙物影響安全，因此，要提高無人機進場著陸過程的安全性，必須提高無人機的自主控制能力，而自主控制能力的提高，與其機載導航設備的信息獲取及應用能力密切相關。

無人機自主著陸是指無人機依賴機載的導航設備和飛行控制系統來進行定位導航并最終控制無人機降落在著陸場的過程。目前已存在的著陸方法有：直接空中回收、借助降落傘降落、人為控制滑翔的方式、阻攔回收以及自主著陸回收等五種方式，其中前四種方法很大程度依賴于操作人員的操作，并且受環境條件影響比較大，而自主著陸導航則是研究的熱點。要想實現自主著陸，無人機必須具備自主導航能力，因此高精度的自主著陸導航技術是無人機自主著陸的關鍵技術。

隨著對無人機著陸的自主性和安全性要求的不斷提高，傳統的導航技術已經不能完全滿足需求了，因此，急需尋求一種安全性更高、自主性更好的導航技術。視覺導航技術是一種多學科交叉發展而興起的前沿導航方式，通過攝像機等成像裝置獲取圖像，對得到的圖像進行處理分析，從而獲取運動目標位置和姿態信息。視覺導航方法無需依靠地面和空中導航設備，能夠通過攝像機實時獲取的圖像中提取豐富的信息，使無人機具有較好的人機交互能力。視覺導航在無人機上的應用前景十分廣闊，也是未來導航領域研究的重要方向，因此開展對視覺導航系統關鍵技術的研究十分必要。