[发明专利]一种无人机追踪降落方法及系统

权利要求书

1.一种无人机追踪降落方法，其特征在于：包括远距离追踪方法和近距离追踪方法；所述远距离追踪方法包括以下步骤：

S1、对目标降落平台拍摄，对拍摄的视频帧进行yolov4-tiny目标识别，识别出精确的目标框后通过ECO相关滤波器进行跟踪；

S2、判断是否检测到目标降落平台，若是则控制无人机从远处快速接近目标，若否则控制无人机上升运动以获取更广的视角；

S3、无人机靠近目标时，判断无人机的位置是否足够靠近目标，是则控制无人机缓慢下降，若否则返回执行步骤S1；

S4、判断是否检测到降落平台的Apriltag码，若是则执行近距离追踪方法，若否则返回执行步骤S1；

所述近距离追踪方法中Apriltag码为中心嵌套码，近距离追踪方法包括以下步骤：

SS1、在初始检测状态时，无人机处于相对较高的高度，对采集的图像进行Apriltag中心嵌套码全局检测；

SS2、采用取平均值的方法计算Apriltag中心嵌套码的中心，估算无人机与目标降落平台的位置差dx、dy和dz；

SS3、激光测距测量出与目标降落平台的高度H，将高度H与估算的dz进行对比，当H与dz相差较多，H/dz1.1或dz/H1.1时，舍弃该次估算的位置差数据，反之以H为依据对dx和dy进行比例纠正，得dx′、dy′，此时dx′＝dx*(H/dz)，dy′＝dy*(H/dz)；根据激光测距高度H进行无人机的高度运动控制，根据纠正后的水平位置差dx′和dy′进行无人机水平运动的控制；

所述近距离追踪方法的步骤SS1中，对采集的图像进行Apriltag中心嵌套码全局检测的同时还进行迭代卡尔曼滤波的局部检测：

Apriltag中心嵌套码内部留有一块空白区域不含编码信息，由外往里地进行层层嵌套Apriltag码，当原来识别到的Apriltag码失效，利用迭代卡尔曼滤波算法在预测的局部区域中搜索到更小的Apriltag码，同时在进行局部搜索时，降低局部区域的分辨率。

2.根据权利要求1所述的一种无人机追踪降落方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：

A1、接收拍摄的视频帧，yolov4-tiny识别到目标后，将精确的目标框发送至ECO相关滤波器；

A2、利用ECO相关滤波器对视频帧中的目标模型进行跟踪；

A3、ECO相关滤波器跟踪过程中检测视频帧中目标是否丢失，若目标丢失则返回执行步骤A1进行目标识别；若目标没有丢失，则更新目标模型发送至ECO相关滤波器，ECO相关滤波器继续对目标进行跟踪。

3.根据权利要求2所述的一种无人机追踪降落方法，其特征在于：yolov4-tiny目标识别的参数量采用基于深度可分离卷积的反残差结构，减少参数量，并对基于深度学习的特征提取网络进行裁剪压缩，将网络中一些值将近于0的权重参数直接置零；yolov4-tiny目标识别的规则卷积采用可变形卷积。

4.根据权利要求2所述的一种无人机追踪降落方法，其特征在于：所述步骤S1中ECO跟踪中的目标模型采用稀疏更新模型，且模型采用FHOG梯度特征、CN颜色特征和LBP纹理特征三种特征进行融合，根据其特征贡献度大小设置权重比例。

5.根据权利要求2所述的一种无人机追踪降落方法，其特征在于：所述步骤S1中ECO相关滤波器对目标模型的更新方法还包括以下步骤：

B1、接收拍摄的视频帧，并通过yolov4-tiny目标识别输出对应的目标特征图，并得到相关响应图；

B2、设定阈值，将相关响应图的峰值与阈值比较，若峰值低于阈值，舍弃当前帧不对模型进行更新，若峰值高于阈值，则将当前视频帧纳入对模型进行更新。

6.根据权利要求1所述的一种无人机追踪降落方法，其特征在于：所述步骤SS3中，控制过程中采用分段切换PID参数的方式，(i)当无人机与目标水平位置差较大时，P参数占比较I参数和D参数大；(ii)当无人机追踪目标到合适范围后，降低P参数，提高I参数；(iii)当无人机在足够靠近目标时，高度降低，镜头视野变小，提高D参数。

7.一种无人机追踪降落系统，应用有如权利要求1-6任一项 所述的无人机追踪降落方法，其特征在于：包括无人机拍摄模块、yolov4-tiny识别模块、ECO跟踪模块、Apriltag码检测模块、控制模块、激光测距模块和降落平台；

所述降落平台上设置有Apriltag中心嵌套码，所述Apriltag中心嵌套码由外往里地进行层层嵌套Apriltag码，相邻两侧Apriltag码之间留有一块不含编码信息的空白区域；

所述无人机拍摄模块用于对降落平台进行视频拍摄，并将视频帧发送至yolov4-tiny识别模块；

所述yolov4-tiny识别模块用于对视频帧的降落平台进行目标识别，并将目标发送至ECO跟踪模块；

所述ECO跟踪模块通过所述控制模块控制无人机追踪目标，靠近所述降落平台；

所述Apriltag码检测模块用于对所述降落平台上的Apriltag码进行检测；

所述控制模块用于计算与降落平台的距离，并控制无人机的飞行动作；

所述激光测距模块用于测量无人机与降落平台之间的高度差。