[发明专利]一种全自动化微小型四旋翼自主降落与充电的方法及系统

权利要求书

1.一种自动化微小型四旋翼自主降落与充电的方法，其特征在于，所述自动化微小型四旋翼自主降落与充电的方法包括：

微小型四旋翼电量预警，通过GPS定位微小型四旋翼飞行到地面中继站的正上方；

地面中继站开合装置打开，摄像机拍摄微小型四旋翼，进行背景差分，定位捕捉、追踪微小型四旋翼；

结合微小型四旋翼和地面回传的差分GPS信息，读取微小型四旋翼高度，进行3D定位，引导微小型四旋翼自主降落；

微小型四旋翼降落到地面中继站开合装置的亚克力板，电机控制升降机自动降落；监测电压判断是否需要进行无线充电；

微小型四旋翼执行任务，开合装置打开，电机驱动升降机上升，待稳定后，微小型四旋翼从亚克力板上起飞执行任务；

所述自动化微小型四旋翼自主降落与充电的方法采用差分GPS定位和单目视觉定位融合定位；

自动化微小型四旋翼的室外GPS与单目视觉融合精准定位的方法包括：

步骤一，提取背景，对差值图像像素点亮度进行判断，当亮度大于阈值时，该点保持不变；当亮度小于阈值时，则对该点进行更新；

步骤二，当提取到背景时，对微小型四旋翼是否存在于当前视野中进行判断；不间断的对新采集的图像与背景图片做差分处理，若视野中存在微小型四旋翼，则差分后的图像将显示出微小型四旋翼的区域；

步骤三，提取出前景运动图像，对微小型四旋翼位置进行持续的追踪调整，对微小型四旋翼的中心位置M(x,y)进行记录并对其下一次出现的位置进行预测；

步骤四，差分GPS获取准确高度信息，由地面中继站解算出GPS误差并发送至微小型四旋翼，消除误差，使得降落更加精准；地面中继站可测出与GPS卫星之间的伪距，且通过计算可得出地面中继站与卫星的真实距离，伪距与真实距离两者相减算出定位误差；

步骤五，定位到微小型四旋翼在视野中的位置后，对微小型四旋翼的位置进行调整，精准降落在期望区域；在对微小型四旋翼位置进行调整控制时，采用PID调整精准控制使得微小型四旋翼始终保持在视野正中间。

2.如权利要求1所述的自动化微小型四旋翼自主降落与充电的方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

(1)将第一帧图片I₀作为背景图B₀；

(2)选取差分阈值T，迭代次数m′＝1，最大迭代次数m＝MAX-STEP；

(3)求当前帧的差分图像：

(4)由二值图像D_i(x,y)更新背景图像B_i：

式中B_i(x,y)背景图像的亮度值，D_i(x,y)为前景图像在(x,y)处的亮度值，I_i为输入的第i帧图像，α为更新速度；

(5)迭代次数m′＝m′+1，返回(3)当最大迭代次数m＝MAX-STEP时结束迭代，此时B_i(x,y)可视为背景图片；

所述步骤二具体包括：

其中，Dif_i为差分后的图像，I_i为输入的第i帧图像，B_i为提取的背景图，T为差分阈值；

所述步骤四中消除公共误差具体包括：

(1)地面中继站观测卫星得出三维坐标X₀，Y₀，Z₀，已知地面中继站真实坐标X₁，Y₁，Z₁，两者相减取绝对值即为所求误差：

(2)地面中继站将修正值传输给微小型四旋翼，微小型四旋翼上的GPS观测卫星得到自身坐标X_i，Y_i，Z_i，通过消除误差，解算精准坐标，进而实现精准降落：

系统中只取用高度信息进行相关计算矫正即可。

3.如权利要求1所述的自动化微小型四旋翼自主降落与充电的方法，其特征在于，所述步骤五中PID公式如下：

式中u_P(n)＝K_Pe(n)称为比例项，称为积分项，称为微分项。