[发明专利]一种基于视觉导航的拦截无人机的方法

摘要

本发明公开了一种基于视觉导航的拦截无人机的方法。需要拦截黑飞无人机时，地面拦截无人机快速升空，当由于通讯中断等因素造成地面人员无法直接控制拦截无人机时，本发明的方法可以利用拦截无人机配备的图像传感器采集图像信息并进行相应的处理，使拦截无人机依靠视觉导航算法自动识别追踪目标无人机，然后缓慢向其靠近，在接近目标无人机时，投放捕捉网，将目标无人机捕获。本发明的方法不需要地面人员操控，依靠机载系统自主完成相应的拦截动作，自动化程度高。相对于其它拦截方法来说，本发明的方法简单直接，部署方便，能重复利用，实时性好，拦截成功率高，能有效避免干扰，可以拦截各类低速小型的无人机目标。

主权项

1.一种基于视觉导航的拦截无人机的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：训练无人机检测识别模型；步骤二：求解目标无人机的位置P_t；在拦截无人机的图像设备采集到目标无人机的图像时，拦截无人机向目标无人机缓慢靠近，同时控制伺服云台的转动，保持目标无人机在图像正中间，具体包括：由图像中目标无人机的坐标位置和伺服云台的转动情况解算目标无人机位置姿态的过程中涉及的坐标系包括：惯性坐标系，机体坐标系和摄像机坐标系，根据目标无人机、拦截无人机和摄像机的相对位置关系，目标无人机在惯性坐标系下的位置P_t表示为：P_t＝P₁+P₂+P₃    (1)其中，P₁表示拦截无人机在惯性坐标系下的位置；P₂表示拦截无人机质心到摄像机光心在惯性坐标系下的距离向量，它由以下公式计算得到：其中P_γ表示摄像机在机体坐标系下的位置，矩阵表示机体坐标系到惯性坐标系的旋转矩阵，由拦截无人机的姿态角确定：其中表示拦截无人机的滚转角，θ表示拦截无人机的俯仰角，ψ表示拦截无人机的偏航角；P₃表示摄像机到目标无人机在惯性坐标系下的距离向量，满足如下关系：其中为目标无人机在摄像机坐标系下的位置，其坐标表示为表示摄像机坐标系到机体坐标系的旋转矩阵，它由云台摄像机的水平旋转角α和俯仰角β确定，具体表达式如下：整理得目标无人机的位置：设目标无人机的中心点在图像平面中的成像位置为(uⁱ，vⁱ)，利用针孔模型表示为：其中M是摄像机的内参数矩阵，表示为：其中[μ₀，v₀]^T为相平面的中心，dx，dy表示每一个像素在x轴y轴方向上的物理尺寸，由相机的标定求得，成像位置(uⁱ，vⁱ)为图像中目标无人机的位置坐标，由单目成像原理可得：其中，OP1是目标无人机中心和图像中心的距离，f为摄像机的焦距，O₀P是镜头中心到目标无人机的距离，γ表示目标无人机与镜头中心的连线与光轴间的夹角，根据式(9)、(10)可求出再由公式(7)即可求得从而求解出目标无人机在惯性坐标系下的位置P_t；步骤三：拦截无人机利用机器视觉导航至最佳拦截位置；在拦截无人机检测识别出目标无人机后，拦截无人机根据图像中目标无人机的坐标位置和伺服云台的转动情况解算出目标无人机位置坐标形成回环控制指令实时调整拦截无人机飞行姿态，缓慢向目标无人机靠近，在拦截无人机靠近目标无人机时，拦截无人机所携带的激光测距雷达扫描到目标无人机并测量出与其的距离，当拦截无人机在目标无人机的下方位置时，在保持安全距离的情况下，拦截无人机根据图像中目标的移动情况，缓慢爬升到目标无人机的上方2‑3m位置，然后和目标无人机保持同一运动状态；步骤四：释放拦截捕捉网；拦截无人机调整好位置之后，抛出捕捉网，捕捉网的一端缠绕在目标无人机上，促使目标无人机停止飞行，当捕捉网受到的拉力大于一定值时，捕捉网和拦截无人机分离，捕捉网和目标无人机一同下落，同时，拦截无人机弹出捕捉网减速降落装置，和目标无人机一起缓慢着地。