[發(fā)明專利]一種基于視覺輔助的無人機自主著艦方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111502480.8
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114200948A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王祥科;劉志宏;楊凌杰;俞先國;相曉嘉;王冠政;胡新雨;顏佳潤;習(xí)業(yè)勛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

1.一種基于視覺輔助的無人機自主著艦方法，其特征在于，包括：

步驟S1：設(shè)計降落標(biāo)志；選擇兩種不同種類的二維碼，通過嵌套放置構(gòu)成降落標(biāo)志；

步驟S2：取像；無人機先通過固定的下視相機捕獲降落標(biāo)志的圖像；

步驟S3：獲取標(biāo)志中心坐標(biāo)；利用檢測算法得到降落標(biāo)志中心在圖像上的坐標(biāo)；

步驟S4：姿態(tài)補償；通過姿態(tài)補償來消除無人機平移過程中的姿態(tài)變化；

步驟S5：目標(biāo)預(yù)測；考慮到降落標(biāo)志的位姿實時變化，引入卡爾曼濾波對目標(biāo)在圖像上的下一時刻位置進行預(yù)測；

步驟S6：控制降落；將預(yù)測的坐標(biāo)直接作為控制器的輸入，實現(xiàn)無人機的降落。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺輔助的無人機自主著艦方法，其特征在于，所述步驟S2中，進行模型構(gòu)建；所述模型構(gòu)建的流程包括：

將相機垂直向下固定在無人機正下方，定義無人機機體坐標(biāo)系為相機坐標(biāo)系為其中，的原點o_b位于機體質(zhì)心，x_b軸沿機頭方向，y_b軸指向機頭左側(cè)，z_b軸垂直機體向上；的原點o_c位于相機中心，x_c軸與y_b軸方向相反，y_c軸與x_b軸方向相反。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視覺輔助的無人機自主著艦方法，其特征在于，通過圖像雅可比矩陣，根據(jù)特征點的變化速率確定相機坐標(biāo)系下無人機的線速度V^c和角速度Ω^c；通過分析機體坐標(biāo)系與相機坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，確定出無人機的速度控制量；所述圖像雅可比矩陣J(u,v)為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于視覺輔助的無人機自主著艦方法，其特征在于，所述姿態(tài)補償?shù)牧鞒贪ǎ?/p>

當(dāng)前無人機姿態(tài)下對應(yīng)的圖像平面為S₁，在當(dāng)前位置無人機垂直于地面時的圖像平面為S₂；讓目標(biāo)特征點位于圖像中心，令無人機位于目標(biāo)正上方；

定義當(dāng)前圖像平面S₁上的特征點s(u,v)在S₂平面上對應(yīng)的點為s^*(u^*,v^*)，且當(dāng)前無人機的偏航角、俯仰角和滾轉(zhuǎn)角為ψ，θ和φ，通過降落標(biāo)志解算出來；則無人機先通過旋轉(zhuǎn)矩陣R_φ將滾轉(zhuǎn)角變?yōu)?，再通過旋轉(zhuǎn)矩陣R_θ將俯仰角變?yōu)?。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于視覺輔助的無人機自主著艦方法，其特征在于，所述步驟S5中，目標(biāo)預(yù)測的流程包括：

當(dāng)目標(biāo)特征點位于S₂平面的圖像中心時，無人機恰好位于降落標(biāo)志的正上方；期望的特征點速度表示為：

其中λ_u和λ_v為正的常數(shù)；通過卡爾曼濾波對特征點在圖像上的位置進行預(yù)測。