[发明专利]一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法

权利要求书

1.一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，包括无人艇（51）、无人机第二次定位（52）、无人机第一次定位（53）、停机坪（62）和机载UWB标签（71），其特征在于：所述无人艇（51）中安装有停机坪（62），且停机坪（62）四周安装有UWB定位天线（61），并且停机坪（62）中部设置有Apriltag码（63）和恒温热源（64），所述机载UWB标签（71）和机载摄像头（72）安装在无人机中。

2.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，其特征在于：所述降落控制流程由PID算法完成，飞控通过串口通信获取UWB-可见光-红外融合定位数据，并利用PID算法、气压计和超声波调整无人机姿态实现位置控制和自主降落。

3.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，其特征在于：所述可见光相机用于识别与追踪Apriltag码（63），通过图像阈值分割对可见光相机图像进行预处理。

4.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，其特征在于：所述可见光相机在识别到AprilTag码后，通过Canny提取其轮廓，计算位置信息并上传。

5.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，其特征在于：所述红外摄像头依托迭代选择算法进行阈值分割，且红外摄像头通过识别跟踪恒温热源（64）实现定位。

6.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，其特征在于：所述UWB定位系统由UWB基站、机载UWB标签（71）组成，且UWB基站由4根棒状天线组成并安装于停机坪（62）处。

7.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，其特征在于：所述UWB基站通过监听机载UWB标签（71）ID获取UWB标签信息，并向UWB标签发送回应信号。

8.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，其特征在于：所述UWB定位系统通过计算TOF测出无人机与UWB基站的相对位置以实现定位功能，定位数据实时传输至飞控。

9.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，该方法步骤分为：

S1、通过GPS确定无人艇（51）所在区域并引导无人机飞临无人艇（51）上空，完成第一次定位；

S2、无人机下降至UWB有效高度后，通过机载UWB标签（71）确定自身与无人艇（51）的停机坪（62）的相对位置并完成第二次定位；

S3、通过机载可见光相机识别停机坪（62）的AprilTag码，与此同时机载红外相机识别停机坪（62）上的恒温热源（64），融合UWB、红外、可见光定位数据，完成第三次定位；

S4、当无人机完成所有定位流程时，启动自主降落程序完成着艇作业。

10.根据权利要求1所述的一种面向无人艇的无人机自主降落控制方法，无人机自主着艇步骤如下：

S1、通过GPS确定无人艇（51）所在区域并引导无人机飞临无人艇（51）上空，完成第一次定位；

S2、无人机下降至UWB有效高度后，通过机载UWB标签（71）确定自身与无人艇（51）的停机坪（62）的相对位置并完成第二次定位；

S3、通过机载可见光相机识别停机坪（62）的AprilTag码63，与此同时机载红外相机识别停机坪（62）上的恒温热源（64），融合UWB、红外、可见光定位数据，完成第三次定位；

S4、当无人机完成所有定位流程时，启动自主降落程序完成着艇作业。

可见光相机工作流程如下：

21、可见光相机启动后，扫描停机坪（62）实时图像；

22、对图像进行基于LAB的阈值分割并二值化；

23、识别停机坪（62）上的Apriltag码（63），并利用Canny算子边缘检测算法提取Apriltag码（63）轮廓；

实时追踪Apriltag码（63），实时上传Apriltag码（63）坐标信息至无人机飞控；

红外摄像头工作流程步骤如下：

31、红外摄像头启动，扫描停机坪（62）；

32、利用迭代选择阈值法，对图像进行分割；

33、识别停机坪（62）上的恒温热源（64），并进行跟踪；

34、框选恒温热源（64）并估计无人机与恒温热源（64）的相对位置，将计算结果传输至飞控。

UWB定位系统工作流程步骤如下：

41、UWB基站通电，实时监听机载UWB标签71 ID信号；

42、UWB基站接收到正确UWB标签71 ID信号，UWB定位天线（61）向UWB标签71发送回应信号，记录下当前时刻；

43、UWB标签71接收到来自UWB基站的回应信号，将所有时刻发送给UWB基站；

44、UWB基站接收UWB标签71信号，计算TOF，得到无人机与停机坪（62）62的相对距离，并将坐标信息传输至飞控。

无人艇（51）作为无人机载体平台，起着载运无人机和协助无人机起降的作用；

UWB定位天线（61）是UWB基站的重要组成部分，分布于停机坪（62）四周，通过四根UWB天线，可实现UWB基站对机载UWB标签71的三维定位；

停机坪（62）安装于无人艇（51）甲板上方，且停机坪（62）布置有Apriltag码（63）和恒温热源（64）；

无人机机载UWB标签（71）作为无人机载荷，用于实现UWB标签与UWB基站之间的信息交互；机载摄像头（72）由可见光相机和红外摄像头组成。