[发明专利]一种飞行器自主着陆方法和基于双目视觉飞行器自主着陆装置

权利要求书

1.一种飞行器自主着陆方法，其特征在于，采用基于双目视觉飞行器自主着陆装置，该自主着陆装置包括多个信标灯(1)、两个图像采集装置(2)和激光高度计(3)，两个所述图像采集装置(2)通过控制器相连接；多个信标灯(1)用于布设于着陆场的跑道两侧；两个所述图像采集装置(2)和激光高度计(3)均用于放置在飞行器上；

两个所述图像采集装置(2)同步实时采集多个信标灯(1)在各自视场中的图片，得出信标灯(1)在两个光学视场中的实时位置，以激光高度计(3)测出的高度信息作为飞行器的高度，确定出飞行器相对于着陆场坐标系的位置、姿态和飞行速度，并传输给飞控系统，由飞控系统调整飞行器的姿态和位置，使其按照既定的下滑航线飞行；

当飞行器飞行高度在可降落范围内时，切断图像采集装置，使用激光高度计(3)测出的飞行器的高度信息，传输至飞控系统，当其高度和姿态满足着陆要求时，飞控系统控制飞行器着陆；如果不满足着陆要求，则飞控系统控制飞行器复飞；

得到飞行器在着陆场坐标系中的位置和姿态的过程如下：设定信标灯(1)的个数为4个，在着陆场坐标系中的位置分别为(X₁,Y₁,Z₁)、(X₂,Y₂,Z₂)、(X₃,Y₃,Z₃)和(X₄,Y₄,Z₄)，得出飞行器与各个信标灯之间的距离，构建方程组，并解算，计算出飞行器在着陆场坐标系中的位置(X,Y,Z)：

其中：d₁、d₂、d₃和d₄为飞行器到对应的信标灯(1)的距离；

构建飞行器姿态解算方程，将图像采集装置焦点与第一个信标灯连线，该连线在着陆场坐标系中空间指向分别绕X、Y、Z轴进行三次转动变化，得到姿态解算方程，求解飞行器的俯仰角、航向角和滚动角：

S＝GA (2)；

通过最小二乘法解得：

A＝(G^TG)^-1(G^TS) (6)；

根据单位时间内飞行器位置的变化，得到飞行器的速度V和速度矢量

其中：S代表信标灯在摄像机焦平面坐标系位置矩阵；

G代表信标灯在着陆场坐标系位置矩阵；

A代表摄像机焦平面坐标系和着陆场坐标系的姿态变换矩阵；

T代表对应矩阵的转置；

X_s1、Y_s1、Z_s1代表第一个信标灯在摄像机焦平面坐标系中的位置；

X_s2、Y_s2、Z_s2代表第二个信标灯在摄像机焦平面坐标系中的位置；

X_s3、Y_s3、Z_s3代表第三个信标灯在摄像机焦平面坐标系中的位置；

X_s4、Y_s4、Z_s4代表第四个信标灯在摄像机焦平面坐标系中的位置；

T21代表姿态转移矩阵A中第二行第一列的元素；

T31代表姿态转移矩阵A中第三行第一列的元素；

T11代表姿态转移矩阵A中第一行第一列的元素；

Ψ代表飞行器在着陆场坐标系中的俯仰角；

Φ代表飞行器在着陆场坐标系中的航向角；

γ代表飞行器在着陆场坐标系中的滚动角。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器自主着陆方法，其特征在于，多个信标灯(1)不在同一直线上。