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原文传递基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法与系统

专利名称：	基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法与系统
摘要：	本发明公开了一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法与系统，该方法包括：1)根据接收的降落指令控制无人船停止运动，并将无人船上的降落坪的GPS导航坐标实时传给无人机；2)控制无人机飞至辅助降落平台的上空，并等待降落；3)根据无人机对着陆标识的拍摄图像进行处理，识别着陆标识图片的中心坐标；4)根据拍摄图片的中心坐标、无人机的高度数据与其坐标位置得出摄像中心相对于着陆标识的位置、姿态角和坐标差值；5)根据无人机摄像中心相对于着陆标识的位置、姿态角和机载云台相机相对于无人机的姿态角，控制无人机降落。本发明提供一种精度高、可靠性好、成本低的旋翼无人机自主着陆方法，特别适用于无人机在无人船上降落。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	钟毅;陆菲;王文靖;程书晓;汪俊澎;巴梦圆;黄宇希;刘益群
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910212992.7
公开号：	CN109911231A
代理机构：	湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人：	李丹
分类号：	B64F1/00(2006.01);B;B64;B64F;B64F1
申请人地址：	430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)当无人机需要着舰时，根据接收的降落指令控制无人船停止运动，并将无人船上的降落坪的GPS导航坐标实时传给无人机；所述降落坪为舰载铁质降落坪，固定在无人船辅助降落平台的上面；所述降落坪上设有着陆标识；所述无人机下方安装有机载云台相机和机载磁性起落架； 2)控制无人机根据实时接收的GPS导航坐标飞至辅助降落平台的上空并稳定在设定的阈值高度，无人机的机载云台相机拍摄着陆标识，并等待降落； 3)根据无人机对着陆标识的拍摄图像进行处理，识别着陆标识图片的中心坐标； 4)根据拍摄图片的中心坐标、无人机的高度数据与其坐标位置得出摄像中心相对于着陆标识的位置、姿态角和坐标差值； 5)根据无人机摄像中心相对于着陆标识的位置、姿态角和机载云台相机相对于无人机的姿态角，向无人机发送相应的飞行指令，控制无人机缩小相对着陆标识中心位置的偏差，并逐渐下降直至降落。 2.根据权利要求1所述的一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法，其特征在于，所述步骤1)中无人船辅助降落平台是漏斗形状的舰载辅助降落平台。 3.根据权利要求1所述的一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法，其特征在于，所述步骤1)中降落坪上的着陆标识为表面材质粗糙的H形标识图案标识。 4.根据权利要求1所述的一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法，其特征在于，所述步骤2)中的阈值高度为2米。 5.根据权利要求1所述的一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法，其特征在于，所述步骤3)中，具体识别步骤如下：步骤31)采用棋盘格对机载云台相机进行标定，获得相机坐标系和世界坐标系的转换关系；步骤32)将标定物照片输入相机标定程序后，获得相机的内部参数和外部参数，然后使用最小二乘法估算畸变系数；步骤33)将畸变系数和原图像输入相机标定程序，得到校正后图像；步骤34)对校正后的图像进行降噪处理；步骤35)对图像进行二值化操作，通过调用threshold函数，设定像素RGB通道阈值，可以将彩色图像转化为二值图像；步骤36)通过轮廓匹配算法将机载云台相机拍摄图片与模板图片进行匹配，结合相机内参畸变向量得出拍摄图片的中心坐标。 6.根据权利要求1或5所述的一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法，其特征在于，所述步骤5)中，降落过程中不断进行图像识别，重复步骤3)和4)，更新摄像中心相对于着陆标识的位置、姿态角和坐标差值，使无人机在水平方向对齐着陆标识。 7.根据权利要求1或5所述的一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰方法，其特征在于，所述步骤5)中，降落控制的具体过程如下：当无人机起落架下端距离舰载铁质降落坪平面超过0.3米时，无人机沿水平方向对齐着陆标识，向着陆标识中心靠近；当无人机与着陆标识的中心在水平方向上的偏差小于0.2米时，无人机开始沿竖直方向缓慢下降；当无人机起落架下端距离舰载铁质降落坪小于0.3米时，无人机沿竖直方向快速下降；当无人机接近舰载铁质降落坪时，无人机给机载磁性起落架上的磁性器件通电使磁性起落架与舰载铁质降落坪互相吸引，使无人机稳定落在舰载铁质降落坪上，完成降落。 8.一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰系统，其特征在于，包括：降落指令接收模块，用于根据接收的降落指令控制无人船停止运动，并将无人船上的降落坪的GPS导航坐标传给无人机；所述降落坪为舰载铁质降落坪，固定在无人船辅助降落平台的上面；所述无人机下方安装有机载云台相机和机载磁性起落架；无人机控制模块，用于根据实时接收的控制指令进行无人机飞行控制和图像拍摄控制；所述控制指令包括根据GPS导航坐标飞至辅助降落平台的上空、拍摄着陆标识的图像以及图像识别处理模块，用于根据无人机对着陆标识的拍摄图像进行处理，识别着陆标识图片的中心坐标；舰载处理模块，根据拍摄图片的中心坐标、无人机的高度数据与其坐标位置得出摄像中心相对于着陆标识的位置、姿态角和坐标差值，并结合机载云台相机相对于无人机的姿态角，向无人机控制模块发送相应的飞行指令，控制无人机缩小相对着陆标识中心位置的偏差，并逐渐下降直至降落。 9.根据权利要求8所述的一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰系统，其特征在于，所述图像识别处理模块中具体识别步骤如下： 1)采用棋盘格对机载云台相机进行标定，获得相机坐标系和世界坐标系的转换关系； 2)将标定物照片输入相机标定程序后，获得相机的内部参数和外部参数，然后使用最小二乘法估算畸变系数； 3)将畸变系数和原图像输入相机标定程序，得到校正后图像； 4)对校正后的图像进行降噪处理； 5)对图像进行二值化操作，通过调用threshold函数，设定像素RGB通道阈值，可以将彩色图像转化为二值图像； 6)通过轮廓匹配算法将机载云台相机拍摄图片与模板图片进行匹配，结合相机内参畸变向量得出拍摄图片的中心坐标。 10.根据权利要求8所述的一种基于GPS和图像识别混合导航的无人机自主着舰系统，其特征在于，所述舰载处理模块中，降落控制过程如下：当无人机起落架下端距离舰载铁质降落坪平面超过0.3米时，无人机沿水平方向对齐着陆标识，向着陆标识中心靠近；当无人机与着陆标识的中心在水平方向上的偏差小于0.2米时，无人机开始沿竖直方向缓慢下降；当无人机起落架下端距离舰载铁质降落坪小于0.3米时，无人机沿竖直方向快速下降；当无人机接近舰载铁质降落坪时，无人机给机载磁性起落架上的磁性器件通电使磁性起落架与舰载铁质降落坪互相吸引，使无人机稳定落在舰载铁质降落坪上，完成降落。
所属类别：	发明专利