[发明专利]无人机高精度自主降落控制系统

说明书

本发明公开了一种无人机高精度自主降落控制系统，用于实现无人机高精度自主降落及低空飞行控制。本发明将无人机的姿态感知和高度定位转换为简单的光学信标之间的距离测量，从而实现不依赖GPS和MEMS的无人机自身姿态和高度的精确感知。本发明包括无人机机载的信标发射模块、地面的信标采集及处理模块，其中信标发射模块为激光发射器，信标采集及处理模块包括影像采集单元和计算处理单元。本发明中影像采集单元获取信标发射模块在地面上形成的激光信标分布信息并送入计算处理单元；计算处理单元利用空间几何关系计算得到无人机相对于着陆区域的姿态信息以及相对高度，并据此制定飞行调整指令实现无人机的姿态调整和高度控制。

技术领域

本发明涉及无人机控制系统和方法领域，具体是一种无人机高精度自主降落控制系统。

背景技术

无人机又称无人飞行器，其发展已经有了20多年的历史，但它们的起源却可以追溯到第一次世界大战。从采用和使用规模的角度来看，目前无人机的发展还处于起步阶段，但它们已经突破了其他类似技术革新似乎无法突破的传统工业壁垒。在过去的几年里，无人机的应用扩展到全球的各个行业，无人机已成为各企业和政府机构的职能中心，并在设法突破某些行业中停滞不前或落后的领域，从交通高峰时刻的快速递送到扫描无法到达的军事基地。无人机技术在过去几年里的发展速度是比较惊人的，在人类无法到达或无法及时有效执行任务的地方，无人机被证明是非常有价值的。

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，其常用的降落方法是使用GPS(全球定位系统)辅助降落的，即将目标区域的GPS坐标信息发送给无人机，飞控系统控制无人机飞行至目标区域上空后开始进行降落，并根据目标区域的GPS坐标信息不断修正自身的降落位置。但一般来说，无人机在飞行过程中可能会遇到漂移问题，由于GPS只能提供无人机当前的位置信息而无法获取到无人机的高度及姿态信息，这样就无法确保无人机以安全的速度和稳定的姿态进行降落，实现精准降落的目的也会较为困难，有时甚至会引起危险事故的发生。

发明内容

为了弥补在无人机高度及姿态信息获取方面研究的不足，本发明公开了一种无人机高精度自主降落控制系统，旨在不依赖GNSS和MEMS系统通过无人机机载信标发射模块、和部署于地面的信标采集及处理模块协同作业，实现高精度着陆控制。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

无人机高精度自主降落控制系统，其特征在于：包括无人机机载的信标发射模块，以及部署于地面上的信标采集及处理模块，其中：

信标发射模块向地面发射多道激光，以在地面上同时形成多个激光信标，其中至少有一个激光信标作为正射激光信标，正射激光信标对应的激光发射方向为无人机着陆姿态机身平面的法线方向；

信标采集及处理模块包括影像采集单元、计算处理单元，其中影像采集单元获取多个激光信标在地面上的分布信息，并将采集的分布信息送入计算处理单元，所述计算处理单元中根据激光信标在地面上的分布信息、正射激光信标对应的激光发射方向与其余激光信标对应的激光发射方向之间夹角，利用空间几何关系计算得到无人机相对于地面的姿态信息和高度信息，计算处理单元依据计算得到的姿态信息和高度信息制定飞行调整指令，以进行无人机的姿态调整和高度控制，实现精准降落。

所述的无人机高精度自主降落控制系统，其特征在于：所述信标发射模块的位置优选位于无人机重心的正下方。

所述的无人机高精度自主降落控制系统，其特征在于：所述信标发射模块为多个工作于可见光谱段或非可见光谱段的激光发射器，其中至少有一个激光发射器作为正射激光发射器，正射激光发射器在地面上形成正射激光信标。

所述的无人机高精度自主降落控制系统，其特征在于：多个激光发射器中，其余激光发射器环绕正射激光发射器。

所述的无人机高精度自主降落控制系统，其特征在于：正射激光发射器与其余激光发射器之间间距均相等。