[發明專利]一種基于像素目標反饋的固定翼飛機下滑控制方法

在審

• 申請號: 202211727905.X
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116048105A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 周川翔;陶呈綱;王偉;馬波;王瑞;倪靜
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所
• 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

本發明屬于無人機飛行控制領域，具體涉及一種基于像素目標反饋的固定翼飛機下滑控制方法。該方法通過從圖像中提取跑道的像素坐標，并通過修正算法結合無人機姿態對進行修正，修正后的像素坐標可近似描述給定下滑道與飛機的相對位置，以天向速度指令和航跡角指令作為控制輸出，從而解決了視覺引導在距離機場跑道較遠時無法獲得明顯圖像特征情況下的飛機下滑道保持問題，有效拓展了視覺引導使用距離。

技術領域

本發明屬于無人機飛行控制領域，具體涉及一種基于像素目標反饋的固定翼飛機下滑控制方法。

背景技術

目前的無人機著陸段視覺引導技術受限于視覺傳感器所捕獲圖像特征的成像質量，著陸末端通過視覺識別跑道并獲取精確定位信息的有效距跑道距離約為1km，這對于大型無人機的全流程視覺著陸是遠遠不夠的。

發明內容

發明目的：提供一種基于像素目標反饋的固定翼飛機下滑控制方法，以實現無人機在有限視覺引導信息下的自主下滑并完成著陸。

技術方案：

一種基于像素目標反饋的固定翼飛機下滑控制方法，包括：

步驟1：當無人機距離指定著陸點距離在預設范圍內時，從無人機的前視攝像頭的視頻信息中獲取包含機場跑道的圖像；

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

步驟3：利用無人機姿態角信息和無人機的前視攝像頭的參數對步驟2中提取得到的跑道靠近著陸方向一側的端點坐標A₀(u，v)進行修正，得到修正后的端點坐標A(u₁，v₁)；

步驟4：計算修正后的跑道端點A的像素橫坐標u₁與攝像頭光心橫坐標u₀的差值加上橫向遙調量u_b，得到u₁+u_b-u₀，并乘以綜合轉化增益k₁，結合著陸機場跑道航向，經過限幅環節后得到無人機航跡角指令ψ_cmd；

步驟5：根據給定的理想下滑角γ_e，計算無人機當前位置以理想下滑角下滑的著陸點N在相機像素平面內縱坐標v₂，計算其與跑道端點A縱坐標差值加上縱向遙調量v_b，v₁+v_b-v₂，并乘以綜合轉化增益k₂，根據理想下滑角γ_e和無人機總速V計算得到理想天向速度，綜合得到無人機天向速度指令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，控制引導無人機完成下滑著陸全過程。

進一步地，步驟1中，預設范圍為4-8公里。

進一步地，步驟1中，機場跑道圖像為單幀圖像，圖像格式為RGB。

進一步地，步驟3，具體包括：

步驟3-1：采集無人機當前俯仰角、滾轉角、偏航角；

步驟3-2：獲得無人機前視攝像頭內參矩陣K；