[發(fā)明專利]一種基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法

在審

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• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116048105A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周川翔;陶呈綱;王偉;馬波;王瑞;倪靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計研究所
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 溫慧娟

1.一種基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法，其特征在于，包括：

步驟1：當(dāng)無人機(jī)距離指定著陸點(diǎn)距離在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，從無人機(jī)的前視攝像頭的視頻信息中獲取包含機(jī)場跑道的圖像；

步驟2：從步驟1的圖像中提取出機(jī)場跑道的大致特征，并使用單條直線段對所提取跑道進(jìn)行擬合，確定靠近著陸方向一側(cè)的端點(diǎn)在像素平面內(nèi)坐標(biāo)的A₀(u，v)；

步驟3：利用無人機(jī)姿態(tài)角信息和無人機(jī)的前視攝像頭的參數(shù)對步驟2中提取得到的跑道靠近著陸方向一側(cè)的端點(diǎn)坐標(biāo)A₀(u，v)進(jìn)行修正，得到修正后的端點(diǎn)坐標(biāo)A(u₁，v₁)；

步驟4：計算修正后的跑道端點(diǎn)A的像素橫坐標(biāo)u₁與攝像頭光心橫坐標(biāo)u₀的差值加上橫向遙調(diào)量u_b，得到u₁+u_b-u₀，并乘以綜合轉(zhuǎn)化增益k₁，結(jié)合著陸機(jī)場跑道航向，經(jīng)過限幅環(huán)節(jié)后得到無人機(jī)航跡角指令ψ_cmd；

步驟5：根據(jù)給定的理想下滑角γ_e，計算無人機(jī)當(dāng)前位置以理想下滑角下滑的著陸點(diǎn)N在相機(jī)像素平面內(nèi)縱坐標(biāo)v₂，計算其與跑道端點(diǎn)A縱坐標(biāo)差值加上縱向遙調(diào)量v_b，v₁+v_b-v₂，并乘以綜合轉(zhuǎn)化增益k₂，根據(jù)理想下滑角γ_e和無人機(jī)總速V計算得到理想天向速度，綜合得到無人機(jī)天向速度指令Vz_cmd；

步驟6：將天向速度指令Vz_cmd和航跡角指令ψ_cmd作為控制輸出量，控制引導(dǎo)無人機(jī)完成下滑著陸全過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法，其特征在于，步驟1中，預(yù)設(shè)范圍為4-8公里。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法，其特征在于，步驟1中，機(jī)場跑道圖像為單幀圖像，圖像格式為RGB。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法，其特征在于，步驟3，具體包括：

步驟3-1：采集無人機(jī)當(dāng)前俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角；

步驟3-2：獲得無人機(jī)前視攝像頭內(nèi)參矩陣K；

步驟3-3：采用虛擬云臺的方法對跑道端點(diǎn)M在像素平面內(nèi)坐標(biāo)A₀進(jìn)行修正，根據(jù)在同一時刻跑道端點(diǎn)M和無人機(jī)在世界坐標(biāo)系坐標(biāo)是唯一且不變的，可建立等式：W′＝KR′R^TK^-1W，其中，W為A₀(u，v)擴(kuò)維向量，有K為機(jī)載前視攝像頭內(nèi)參矩陣；R為無人機(jī)當(dāng)前姿態(tài)所對應(yīng)的姿態(tài)矩陣；R′為無人機(jī)虛擬姿態(tài)所對應(yīng)的姿態(tài)矩陣；W′為虛擬姿態(tài)下跑道端點(diǎn)M在像素平面內(nèi)坐標(biāo)，有即對應(yīng)修正后的坐標(biāo)點(diǎn)A(u₁，v₁)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法，其特征在于，步驟4中：k₁＝k_1Y·k_1V，其中，轉(zhuǎn)化增益k_1Y是將平面內(nèi)的像素偏差轉(zhuǎn)化為空間上的側(cè)向位置偏差；

轉(zhuǎn)化增益k_1V是將空間上的側(cè)向位置偏差根據(jù)無人機(jī)性能轉(zhuǎn)化為天向速度偏差。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法，其特征在于，步驟4中，k_1Y大小與無人機(jī)距離著陸點(diǎn)距離成反比，無人機(jī)距離著陸點(diǎn)距離通過跑道成像線段定性描述或通過其他傳感器采集。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法，其特征在于，步驟4中，k_1V由無人機(jī)性能確定，且無人機(jī)速度越大時，該增益值越小。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于像素目標(biāo)反饋的固定翼飛機(jī)下滑控制方法，其特征在于，步驟5中，根據(jù)給定的理想下滑角γ_e，計算無人機(jī)當(dāng)前位置以理想下滑角下滑的著陸點(diǎn)N在相機(jī)像素平面內(nèi)縱坐標(biāo)v₂，具體包括：

獲得無人機(jī)理想下滑角γ_e、攝像頭縱向分辨率v_pix和攝像頭豎直方向的視場角τ；

將所述無人機(jī)理想下滑角γ_e、攝像頭縱向分辨率v_pix和攝像頭豎直方向的視場角τ，帶入公式計算出無人機(jī)當(dāng)前位置保持理想下滑角γ_e下滑的著陸點(diǎn)N在相機(jī)像素平面內(nèi)縱坐標(biāo)v₂。