[發明專利]一種視覺引導的小型固定翼無人機撞網回收縱向制導方法

在審

• 申請號: 202010092169.X
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111273679A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 陳欣;張航
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明公開了一種視覺引導的小型固定翼無人機撞網回收縱向制導方法，采用基于openmv4機器視覺模塊的Apriltags識別算法，在已知相機分辨率、焦距以及Apriltags標記尺寸的情況下，當無人機與Apriltags標記之間的距離和角度滿足識別距離時，無人機的制導系統自動由GPS制導系統切換到視覺制導系統，openmv4機器視覺模塊自動識別Apriltags標記，解算出無人機與相機之間的相對位置信息和姿態信息，并將解算出位姿信息傳送給無人機飛行控制系統，無人機飛行控制系統根據接收到的位姿信息，通過縱向制導方法控制無人機撞網回收。

技術領域

本發明屬于無人機控制領域，特別涉及了一種固定翼無人機撞網回收縱向制導方法。

背景技術

在撞網回收時，無人機會面臨系統誤差、環境干擾等問題，需要考慮將理想回收點設計在一定的范圍之內，并且保證合理的撞擊角。并且在各種動力學條件與操作的限制下，著艦時無人機的動能和勢能發生突變，此時的無人機最脆弱也最容易發生事故。

目前末端著艦導引系統主要有雷達導航系統、電視跟蹤系統、激光導引系統、視覺導航系統、捷聯導引頭系統、GPS(Global Positioning System)全球定位系統等。雷達導航系統主要設備安裝于地面，價格昂貴，導航精度受限于雷達的定向精度；電視跟蹤系統、激光導引系統、捷聯導引頭系統受天氣、環境限制比較大，作用距離短，需要快速響應目標的變換，并且對目標視線角有一定的要求；GPS系統不受環境和作用距離限制，但精度較差，差分GPS在移動艦船上無法高精度作業。

這些常見的制導設備包括特殊設備和無線電通信，由于操作環節復雜性、成本或其他限制，這些技術很難應用到小型固定翼無人機上。現代戰場越來越著重小型無人機的輕量級和廉價性，發展的方向要求其著艦時不依賴跑道和除相機與視覺處理器之外的任何特殊設備，此時不會消耗或者散發出任何可能被敵人檢測到的能量。

在這種背景之下，提出一種新的小型無人機回收方法具有重大研究意義。

發明內容

為了解決上述背景技術提到的技術問題，本發明提出了一種視覺引導的小型固定翼無人機撞網回收縱向制導方法。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種視覺引導的小型固定翼無人機撞網回收縱向制導方法，采用基于openmv4機器視覺模塊的Apriltags識別算法，在已知相機分辨率、焦距以及Apriltags標記尺寸的情況下，當無人機與Apriltags標記之間的距離和角度滿足識別距離時，無人機的制導系統自動由GPS制導系統切換到視覺制導系統，openmv4機器視覺模塊自動識別Apriltags標記，解算出無人機與相機之間的相對位置信息和姿態信息，并將解算出位姿信息傳送給無人機飛行控制系統，無人機飛行控制系統根據接收到的位姿信息，通過縱向制導方法控制無人機撞網回收。

進一步地，所述縱向制導方法為基于虛擬著陸點的偽跟蹤制導方法；在偽跟蹤制導中，設定虛擬回收點P_i，各虛擬回收點P_i位于回收網中心的水平直線上并與無人機相距特定距離r_i，則偽跟蹤制導律如下：

上式中，λ_longi為虛擬回收點P_i對應的虛擬縱向視線角度，h_A為無人機相對于回收網底部的高度，h_T為回收網中心到回收網底部的高度，下標i表示第i個虛擬回收點，將回收網中心當作最后一個虛擬著陸點。

采用上述技術方案帶來的有益效果：

(1)本發明不依賴于全球定位系統，可以在GPS信號差或者沒有信號的情況下完成自主著艦；

(2)本發明采用Apriltags識別算法，抗干擾能力強；