[发明专利]一种基于视觉引导的无人机自动着陆方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉引导的无人机自动着陆方法，其实现方案是：1.GPS导航引导无人机进入降落平台上空；2.根据机载相机的拍摄图像检测粗定位标志，计算降落平台相对于无人机的位置坐标；3.使用无人机双层PID控制器控制无人机开始降落；4.更新降落平台相对于无人机的位置坐标，从而更新双层PID控制器的输入量；5.当无人机降落达到能够识别精确定位标志的条件时，使用Apriltags技术实时检测，得出新的降落平台的中心坐标，更新双层PID控制器输入量，完成无人机的精确着陆。本发明解决了GPS引导无人机着陆精度低的问题，可用于无人机的精确自主着陆。

技术领域

本发明属于无人机和机器视觉领域，具体说是一种基于视觉引导的无人机自动着陆方法，可用于无人机自主降落于固定地点。

背景技术

无人机(Unmanned Aerial Vehicle)是一种无人驾驶飞行器，具有使用便利、机动灵活、智能化等优点，其在军事(空中侦查、电子干扰、目标定位与跟踪、边境巡逻等)及民事(航空摄影、灾情检测、农药喷洒等)应用中具有广阔的应用前景。而且旋翼无人机还具有能够垂直起降、空中悬停、任一方向灵活飞行等优点，近年来受到了越来越多的关注。

为了降低成本，对无人机系统的一个基本要求是其应该具有安全可回收性，即无人机要能够在执行完任务后实现安全、可靠的回收，以便于重复利用。目前已经应用的无人机回收方式可以分为四类：第一，伞降回收，在无人机上配置降落伞装置，它可以按照预定的程序在到达特定区域后开伞，以使无人机安全降落在指定区域，但这种回收方法很容易受到外部干扰的影响，很难实现定点降落；第二，阻拦回收，无人机在地面指令的控制下，降低高度，减小速度，撞向由弹性材料编制成的阻拦网，无人机撞入网中后，速度很快衰减为零，实现降落，但这种回收方式需要专门的阻拦装置；第三，人工操控回收，通过将无人的操控模式调节为遥控模式，由地面飞手操纵无人机的降落，显然这种回收方式对飞手的依赖很大，要求熟练的操控技术；第四，自主着陆回收，利用无人机系统本身所携带的传感器，在没有人为干预的情况下，通过无人机自主控制器本身实现自主降落，现代化的复杂任务对无人机性能的要求越来越高，除了必要的自主悬停，任一方向飞行功能之外，对无人机能够实现自主着陆的需求也日益增加，无人机的自主降落能够很大程度的提高无人机的回收率和利用率，并能够提高无人机的续航能力，对无人机的应用与推广起着举足轻重的作用。然而目前无人机的自主降落多采用GPS导航定位，精确定位的GPS系统价格昂贵且体积较大，不适合装载与无人机上；民用GPS定位精度只能达到10米之内，在降落过程中，这个精度无法达到无人机精确降落的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有的技术问题，提出一种基于视觉引导的无人机自动着陆方法，利用无人机中的单目视觉系统，通过检测降落平台的定位标志引导无人机抵达着陆点，提高了无人机自主着陆的精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

包括如下步骤：

步骤1)根据降落平台的GPS信息，通过GPS导航引导无人机进入降落平台上空，然后降低无人机高度，使无人机在离地面10～15m距离悬停；

步骤2)使用机载相机拍摄的图像检测粗定位标志区域，由粗定位标志区域计算降落平台的中心坐标(x₀,y₀)；

步骤3)根据公式(1)计算降落平台相对于无人机的位置坐标(X,Y,h)，

式中，h为无人机距离地面的高度，(u₀,v₀)为机载相机拍摄的图像中心点坐标，f为机载相机的焦距；

步骤4)使用无人机双层PID控制器控制无人机的降落；