[发明专利]无人机精确位置的自主降落导引方法

说明书

本发明提供了一种无人机精确位置的自主降落导引方法。该方法包括：通过卫星导航系统引导无人机飞行到地面上的降落标靶的设定距离范围内；通过机载相机获取地面的视频图像，通过图形检测规则识别出视频图像中包含的降落标靶上的语义图标，根据语义图标计算出降落标靶的中心位置信息；根据降落标靶的中心位置信息通过机载相机与无人机的姿态和相对位置关系，计算大地坐标系下降落标靶的位置和动态特性；持续计算出大地坐标系下无人机与降落标靶的相对位置和相对速度，通过三重PID控制算法控制无人机降落在降落标靶的中心位置。本发明的方法通过识别降落标靶中的语义图标，实现对降落标靶的定位和跟踪，实现无人机的在动态标靶上精准自主降落。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种无人机精确位置的自主降落导引方法。

背景技术

旋翼无人机具有使用便利、机动灵活、运营成本低、飞行精度高等优点，在实际应用中存在大量的需求，被广泛应用于侦察、救援、测绘、植保等各个领域。无人机的自主起飞、降落等技术多年来一直是无人机领域的研究热点。

目前无人机的自主降落多采用GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)导航定位配合高度数据进行定点降落。高度数据通常由GNSS、气压计、超声波或对地雷达测得。但GNSS信号易受建筑物遮挡和天气条件影响，数据漂移严重，且高度方向的精度非常有限；基于超声波、微波、激光等的测距传感器难以区分降落平台与地面，无法直接用于无人机在移动平台上降落。

目前，针对移动的降落平台，现有技术中的无人机的自主降落通常采用人工引导控制，对GNSS精度和操作人员的熟练度都有较高的要求，无法做到自主降落。在一些复杂条件下，例如海面移动平台、颠簸移动的地面平台上起飞降落，对该类无人机的飞行控制系统和控制人员仍然是严峻的挑战，制约着无人机在更广泛的领域运用。

发明内容

本发明的实施例提供了一种无人机精确位置的自主降落导引方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种无人机精确位置的自主降落导引方法，包括：

通过卫星导航系统引导无人机飞行到地面上的降落标靶的设定距离范围内；

通过机载相机获取地面的视频图像，通过图形检测规则识别出所述视频图像中包含的降落标靶上的语义图标，根据所述降落标靶上的语义图标计算出降落标靶的中心位置信息；

根据所述降落标靶的中心位置信息通过机载相机与无人机的姿态和相对位置关系，计算大地坐标系下所述降落标靶的位置和动态特性；

基于所述降落标靶的位置和动态特性持续计算出大地坐标系下无人机与降落标靶的相对位置和相对速度，通过三重PID控制算法控制无人机降落在所述降落标靶的中心位置。

优选地，所述降落标靶的内部包含多个互不重叠的语义图标，每个语义图标的大小、位置以及对应的语义都是已知的，多个语义图标按照一定规律排布，使得无人机降落过程中机载相机始终至少能看到1个语义图标。

优选地，所述语义图标的主体为黑色矩形，所述语义图标的内部按照语义规则画有不同位置和数量的白色矩形，将各个语义图标包含的语义信息保存在语义图标数据库中。

优选地，所述的通过机载相机获取地面的视频图像，通过图形检测规则识别出所述视频图像中包含的降落标靶上的语义图标，根据所述降落标靶上的语义图标计算出降落标靶的中心位置信息，包括：

通过无人机的机载相机拍摄地面的视频图像，将所述视频图像转换为灰度图像，根据所述灰度图像中每个像素点的邻域计算出每个像素点对应的自适应阈值，将每个像素点的灰度值与对应的自适应阈值进行比较，当某个像素点的灰度值大于自适应阈值时，则将所述某个像素点设为白色，当某个像素点的灰度值不大于自适应阈值时，则将所述某个像素点设为反之设置为黑色；