基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有基于紅外LED燈導(dǎo)引著陸系統(tǒng)導(dǎo)引距離近的技術(shù)問題。技術(shù)方案是包括第1～12號(hào)紅外激光燈和紅外相機(jī)C1～C4。紅外相機(jī)C1～C4中長焦相機(jī)與短焦相機(jī)兩兩搭配分別置于跑道終點(diǎn)兩側(cè)，第1～12號(hào)紅外激光燈位于跑道的兩側(cè)并間隔對(duì)稱放置。由于紅外激光燈放置于無人機(jī)正前方位置，通過多相機(jī)配合檢測(cè)紅外激光燈的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的檢測(cè)及定位。通過紅外相機(jī)C1～C4拍攝第1～12號(hào)紅外激光燈的畫面，求解各個(gè)相機(jī)的P矩陣，從而確定三維空間和相機(jī)拍攝畫面像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)引無人機(jī)著陸，導(dǎo)引距離由【背景技術(shù)】的300m提高1000m。
【專利說明】
基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于紅外LED燈導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，特別是涉及一種基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無人機(jī)技術(shù)的日益成熟，無人機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。在軍事領(lǐng)域，無人機(jī)可以發(fā)揮地形偵查，監(jiān)視等作用;在民用領(lǐng)域，無人機(jī)可以用于攝影測(cè)繪，災(zāi)情救援，物資傳送，安全防護(hù)，環(huán)境監(jiān)控等。目前，大量的無人機(jī)著陸系統(tǒng)使用的是GPS導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航，GPS導(dǎo)航存在信號(hào)易受電磁干擾和技術(shù)壟斷等問題，而慣性導(dǎo)航存在累計(jì)誤差的問題。
[0003]基于視覺的導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，具有成本低，精度高，抗干擾的特點(diǎn)，是一種新興的無人機(jī)導(dǎo)引著陸方式。現(xiàn)有的基于視覺的導(dǎo)引著陸系統(tǒng)裝置中，有通過使用可見光和紅外LED燈實(shí)現(xiàn)的視覺導(dǎo)引著陸方案。文獻(xiàn)“無人機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤及其視覺輔助著陸系統(tǒng)研究.國防科技大學(xué)，2008”中，提出了一種使用紅外LED燈的方案，這種方案的缺陷在于，紅外LED燈的可見度不超過300米的缺陷，因此無法在遠(yuǎn)距離進(jìn)行無人機(jī)的檢測(cè)定位。使用可見光裝置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方案，存在容易受到其他強(qiáng)光干擾，可見度不超過300米，且極易受霧天影響等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有基于紅外LED燈導(dǎo)引著陸系統(tǒng)導(dǎo)引距離近的不足，本發(fā)明提供一種基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)。該導(dǎo)引著陸系統(tǒng)包括第I?12號(hào)紅外激光燈和紅外相機(jī)Cl?C4。紅外相機(jī)Cl?C4中長焦相機(jī)與短焦相機(jī)兩兩搭配分別置于跑道終點(diǎn)兩側(cè)，第I?12號(hào)紅外激光燈位于跑道的兩側(cè)并間隔對(duì)稱放置。由于第I?12號(hào)紅外激光燈放置于無人機(jī)正前方位置，通過多相機(jī)配合檢測(cè)紅外激光燈的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的檢測(cè)及定位。通過紅外相機(jī)Cl?C4拍攝第I?12號(hào)紅外激光燈的畫面，求解各個(gè)相機(jī)的P矩陣，從而確定三維空間和相機(jī)拍攝畫面像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)引無人機(jī)著陸，提高了導(dǎo)引距離。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，其特點(diǎn)是包括第I?12號(hào)紅外激光燈和紅外相機(jī)Cl?C4。
[0006]第一組是紅外相機(jī)Cl與紅外相機(jī)C2搭配放置在機(jī)場(chǎng)跑道終點(diǎn)的一側(cè)，第二組是紅外相機(jī)C3與紅外相機(jī)C4搭配放置在機(jī)場(chǎng)跑道終點(diǎn)的另一側(cè)。
[0007]第I?12號(hào)紅外激光燈位于跑道的兩側(cè)。第I號(hào)紅外激光燈與第2號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第3號(hào)紅外激光燈與第4號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第5號(hào)紅外激光燈與第6號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第7號(hào)紅外激光燈與第8號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第9號(hào)紅外激光燈與第10號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第11號(hào)紅外激光燈與第12號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置。其中，第I號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置相機(jī)相距12m，第I號(hào)紅外激光燈與第3號(hào)紅外激光燈的間距為25m，第3號(hào)紅外激光燈與第5號(hào)紅外激光燈的間距為12m，第5號(hào)紅外激光燈與第7號(hào)紅外激光燈的間距為23m，第7號(hào)紅外激光燈與第9號(hào)紅外激光燈的間距為50m，第9號(hào)紅外激光燈與第11號(hào)紅外激光燈的間距為10m。第5、6、11、12號(hào)紅外激光燈放置于三腳架上，高出地面1.64m。
[0008]所述紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4是長焦相機(jī)，紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3是短焦相機(jī)。
[0009]所述紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4間距為30cm。
[0010]所述紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3間距為30cm。
[0011]還包括三腳架13、鏡頭14和濾光片15，所述的紅外相機(jī)Cl?C4放置在三腳架13上，相機(jī)的鏡頭14上安裝與之配套的濾光片15。紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4采用35mn長焦鏡頭及波段為803-813nm的濾光片，紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3采用25mm短焦鏡頭及波段為803-813nm的濾光片。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:該導(dǎo)引著陸系統(tǒng)包括第I?12號(hào)紅外激光燈和紅外相機(jī)Cl?C4。紅外相機(jī)Cl?C4中長焦相機(jī)與短焦相機(jī)兩兩搭配分別置于跑道終點(diǎn)兩側(cè)，第I?12號(hào)紅外激光燈位于跑道的兩側(cè)并間隔對(duì)稱放置。由于第I?12號(hào)紅外激光燈放置于無人機(jī)正前方位置，通過多相機(jī)配合檢測(cè)紅外激光燈的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的檢測(cè)及定位。通過紅外相機(jī)Cl?C4拍攝第I?12號(hào)紅外激光燈的畫面，求解各個(gè)相機(jī)的P矩陣，從而確定三維空間和相機(jī)拍攝畫面像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)引無人機(jī)著陸，導(dǎo)引距離由【背景技術(shù)】的300m提高100m0
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)紅外相機(jī)布局不意圖。
[0015]圖2是圖1中紅外相機(jī)安裝示意圖。
[0016]圖3是圖1中紅外相機(jī)陣列協(xié)同標(biāo)定布局設(shè)計(jì)示意圖。
[0017]圖4是圖1中紅外相機(jī)陣列導(dǎo)引無人機(jī)降落示意圖。
[0018]圖中，I?12-第I?12號(hào)紅外激光燈，13-三腳架，14-鏡頭，15-濾光片，Cl?C4-紅外相機(jī)，a-相機(jī)與跑道中心線距離，M-無人機(jī)理想著陸點(diǎn)，d-理想著陸點(diǎn)與相機(jī)間距離。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下實(shí)施例參照?qǐng)D1?4。
[0020]本發(fā)明基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)包括第I?12號(hào)紅外激光燈、三腳架13、鏡頭14、濾光片15和紅外相機(jī)Cl?C4。
[0021]紅外相機(jī)分為兩組進(jìn)行放置，第一組是紅外相機(jī)Cl與紅外相機(jī)C2搭配放置在機(jī)場(chǎng)跑道終點(diǎn)的一側(cè)，第二組是紅外相機(jī)C3與紅外相機(jī)C4搭配放置在機(jī)場(chǎng)跑道終點(diǎn)的另一側(cè)，其中，紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4是長焦相機(jī)，紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3是短焦相機(jī)，兩組長、短焦相機(jī)間距30cm，兩組相機(jī)對(duì)稱放置在跑道兩側(cè)，距離跑道中軸線距離為a，距離無人機(jī)著陸點(diǎn)Ml OOm的位置，其中a為7.5m。
[0022]紅外相機(jī)按此方式安裝。紅外相機(jī)Cl?C4放置在三腳架13上，相機(jī)的鏡頭14上安裝與之配套的濾光片15。由于相機(jī)分為長焦相機(jī)和短焦短焦相機(jī)，長焦相機(jī)(紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4)搭配的是35mn的長焦鏡頭及波段為803-813nm的濾光片，以便濾去其他強(qiáng)光的干擾，短焦相機(jī)(紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3)搭配的是25mm的短焦鏡頭及波段為803-813nm的濾光片，對(duì)無人機(jī)進(jìn)行較近距離處的較精準(zhǔn)的定位。
[0023]第I?12號(hào)紅外激光燈作為合作標(biāo)志燈，對(duì)紅外相機(jī)Cl?C4進(jìn)行標(biāo)定。通過對(duì)紅外相機(jī)Cl?C4的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)三維真實(shí)坐標(biāo)的確定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的精準(zhǔn)定位。本發(fā)明共設(shè)置第I?12號(hào)紅外激光燈作為合作標(biāo)志燈，第I?12號(hào)紅外激光燈位于跑道的兩偵U。第I號(hào)紅外激光燈與第2號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第3號(hào)紅外激光燈與第4號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第5號(hào)紅外激光燈與第6號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第7號(hào)紅外激光燈與第8號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第9號(hào)紅外激光燈與第10號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第11號(hào)紅外激光燈與第12號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置。其中，第I號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置相機(jī)相距12m，第I號(hào)紅外激光燈與第3號(hào)紅外激光燈的間距為25m，第3號(hào)紅外激光燈與第5號(hào)紅外激光燈的間距為12m，第5號(hào)紅外激光燈與第7號(hào)紅外激光燈的間距為23m，第7號(hào)紅外激光燈與第9號(hào)紅外激光燈的間距為50m，第9號(hào)紅外激光燈與第11號(hào)紅外激光燈的間距為100m。其中，第5、6、11、12號(hào)紅外激光燈放置于三腳架上，高出地面1.64m，從而提高對(duì)四個(gè)紅外相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定的精度。
[0024]第I?12號(hào)紅外激光燈的世界坐標(biāo)位置，在相機(jī)標(biāo)定前，通過全站儀測(cè)量確定。
[0025]通過紅外相機(jī)拍攝包含第I?12號(hào)紅外激光燈的畫面，求解各個(gè)相機(jī)的P矩陣，從而確定三維真實(shí)位置和相機(jī)拍攝畫面像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0026]兩長焦相機(jī)(紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4)的公共視場(chǎng)范圍為覆蓋無人機(jī)空中降落區(qū)域，兩短焦相機(jī)(紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3)的公共視場(chǎng)范圍為覆蓋無人機(jī)著陸跑道及近距離處的無人機(jī)空中降落區(qū)域。其中M為理想著陸點(diǎn)，與相機(jī)陣列的距離為d=100米，無人機(jī)機(jī)頭上安裝有紅外激光燈。
[0027]在無人機(jī)機(jī)頭安裝可見度超過1000米，波長為808±5nm的紅外激光燈。激光燈裝置在無人機(jī)正前方位置。紅外激光燈穿透性較強(qiáng)，能夠應(yīng)對(duì)霧靄等不良天氣的干擾。無人機(jī)進(jìn)入著陸導(dǎo)引控制范圍(即距離相機(jī)1000米內(nèi))后，當(dāng)無人機(jī)距離著陸點(diǎn)大于200米時(shí)，使用兩長焦相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的檢測(cè)，當(dāng)飛機(jī)距離著陸點(diǎn)小于200米，可切換到短焦相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的精準(zhǔn)定位。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，其特征在于:包括第I?12號(hào)紅外激光燈和紅外相機(jī)Cl?C4; 第一組是紅外相機(jī)Cl與紅外相機(jī)C2搭配放置在機(jī)場(chǎng)跑道終點(diǎn)的一側(cè)，第二組是紅外相機(jī)C3與紅外相機(jī)C4搭配放置在機(jī)場(chǎng)跑道終點(diǎn)的另一側(cè)； 第I?12號(hào)紅外激光燈位于跑道的兩側(cè)；第I號(hào)紅外激光燈與第2號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第3號(hào)紅外激光燈與第4號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第5號(hào)紅外激光燈與第6號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第7號(hào)紅外激光燈與第8號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第9號(hào)紅外激光燈與第10號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置，第11號(hào)紅外激光燈與第12號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置;其中，第I號(hào)紅外激光燈對(duì)稱放置相機(jī)相距12m，第I號(hào)紅外激光燈與第3號(hào)紅外激光燈的間距為25m，第3號(hào)紅外激光燈與第5號(hào)紅外激光燈的間距為12m，第5號(hào)紅外激光燈與第7號(hào)紅外激光燈的間距為23m，第7號(hào)紅外激光燈與第9號(hào)紅外激光燈的間距為50m，第9號(hào)紅外激光燈與第11號(hào)紅外激光燈的間距為10m;第5、6、11、12號(hào)紅外激光燈放置于三腳架上，高出地面1.64m。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4是長焦相機(jī)，紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3是短焦相機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4間距為30cm。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3間距為30cm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外激光燈與多相機(jī)陣列無人機(jī)遠(yuǎn)距離光學(xué)導(dǎo)引著陸系統(tǒng)，其特征在于:還包括三腳架(13)、鏡頭(14)和濾光片(15)，所述的紅外相機(jī)Cl?C4放置在三腳架(13)上，相機(jī)的鏡頭(14)上安裝與之配套的濾光片(15);紅外相機(jī)Cl和紅外相機(jī)C4采用35mn長焦鏡頭及波段為803-813nm的濾光片，紅外相機(jī)C2和紅外相機(jī)C3采用25mm短焦鏡頭及波段為803-813nm的濾光片。
【文檔編號(hào)】G01C21/00GK105890590SQ201610224472
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】楊濤, 張艷寧, 王熙文, 李廣坡, 張卓越, 肖彬
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)