本發(fā)明涉及一種基于紅外線視覺識(shí)別的無(wú)人機(jī)降落定位系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

無(wú)人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱“無(wú)人機(jī)”，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，機(jī)上無(wú)駕駛艙，但安裝有自動(dòng)駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備；廣泛用于空中偵察、監(jiān)視、通信、反潛、電子干擾等。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，例如植保無(wú)人機(jī)，顧名思義是用于農(nóng)林植物保護(hù)作業(yè)的無(wú)人駕駛飛機(jī)，該型無(wú)人飛機(jī)有飛行平臺(tái)(固定翼、單旋翼、多旋翼)、GPS飛控、噴灑機(jī)構(gòu)三部分組成，通過(guò)地面遙控或GPS飛控，來(lái)實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)，可以噴灑藥劑、種子、粉劑等，為生活和工作帶來(lái)了極大方便。

但在無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程中，由于工作動(dòng)力，設(shè)備維護(hù)等各個(gè)方面的需要，無(wú)人機(jī)每工作一段時(shí)間就需要返回地面基站，這就涉及到無(wú)人機(jī)降落的定位技術(shù)，傳統(tǒng)定位技術(shù)主要利用GPS技術(shù)進(jìn)行定位，但GPS類的衛(wèi)星定位技術(shù)，主要專注于全球性的不依賴于地形的位置定位。民用的GPS有很大的漂移效應(yīng)，可以使用RTK(Real-Time Kinematic)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法，提升定位精度至厘米級(jí)，但成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于紅外線視覺識(shí)別的無(wú)人機(jī)降落定位系統(tǒng)與方法，根據(jù)紅外發(fā)射點(diǎn)的成像數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)距離地面的高度，計(jì)算出無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移，控制無(wú)人機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)，糾正無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移后，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)降落，無(wú)人機(jī)降落過(guò)程中定位準(zhǔn)確，且成本低。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種基于紅外線視覺識(shí)別的無(wú)人機(jī)降落定位系統(tǒng)，包括機(jī)載子系統(tǒng)和位于地面基站的紅外發(fā)射點(diǎn)；所述的機(jī)載子系統(tǒng)包括紅外成像模塊、高度探測(cè)模塊、水平偏移計(jì)算模塊和飛行控制模塊，紅外成像模塊和高度探測(cè)模塊分別與水平偏移計(jì)算模塊連接，水平偏移計(jì)算模塊與飛行控制模塊連接；

所述的紅外發(fā)射點(diǎn)用于向覆蓋范圍內(nèi)發(fā)射紅外信號(hào)；

所述的紅外成像模塊用于對(duì)紅外發(fā)射點(diǎn)成像；

所述的高度探測(cè)模塊用于探測(cè)無(wú)人機(jī)距離地面的高度；

所述的水平偏移計(jì)算模塊用于根據(jù)紅外發(fā)射點(diǎn)的成像數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)距離地面的高度，計(jì)算出無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移；

所述的飛行控制模塊用于控制無(wú)人機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)，糾正無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移后，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的精確降落。

所述的紅外發(fā)射點(diǎn)位于地面基站上無(wú)人機(jī)規(guī)定?？课恢谩?/p>

所述的紅外成像模塊包括鏡頭組和感光元件，所述鏡頭組與感光元件配合實(shí)現(xiàn)紅外成像點(diǎn)的成像。

所述的高度探測(cè)模塊包括高度傳感器。

所述的水平偏移計(jì)算模塊包括：

識(shí)別提取單元，用于根據(jù)紅外成像數(shù)據(jù)，提取鏡頭組中心與感光元件的垂直距離，以及鏡頭組中心與感光元件上紅外成像點(diǎn)的水平距離；

角度計(jì)算單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)提取模塊獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算鏡頭組中心與紅外成像點(diǎn)的偏移角度，該偏移角度即無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的偏移角度；

水平偏移計(jì)算單元，用于高度傳感器采集到的數(shù)據(jù)與計(jì)算得到的偏移角度，計(jì)算出無(wú)人機(jī)到紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移。

所述的飛行控制模塊包括：

水平調(diào)整控制單元，用于控制無(wú)人機(jī)糾正與地面紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移；

降落控制單元，用于控制無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確降落。

所述的一種基于紅外線視覺識(shí)別的無(wú)人機(jī)降落定位系統(tǒng)的降落定位方法，包括以下步驟：

S1.無(wú)人機(jī)飛行至地面基站紅外發(fā)射點(diǎn)的覆蓋范圍；

S2.紅外成像模塊對(duì)地面基站的紅外發(fā)射點(diǎn)進(jìn)行紅外成像；

S3.高度探測(cè)模塊探測(cè)無(wú)人機(jī)距離地面的高度H；

S4.水平偏移計(jì)算模塊根據(jù)紅外發(fā)射點(diǎn)的成像數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)距離地面的高度，計(jì)算出無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移；

S5.飛行控制模塊控制無(wú)人機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)，糾正無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移后，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的精確降落。

所述的步驟S4包括以下子步驟：

S41.水平偏移計(jì)算模塊提取紅外成像模塊中鏡頭組中心與感光元件的垂直距離h；

S42.水平偏移計(jì)算模塊提取紅外成像模塊中鏡頭組中心與感光元件上紅外成像點(diǎn)的水平距離l；

S43.水平偏移計(jì)算模塊計(jì)算鏡頭組中心與紅外成像點(diǎn)的偏移角度a = arctan(l/h)；偏移角度a即無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的偏移角度；

S44.水平偏移計(jì)算模塊根據(jù)偏移角度a和高度H，計(jì)算出無(wú)人機(jī)到紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移：L = Htana。

所述的步驟S5包括以下子步驟：

S51.飛行控制模塊控制無(wú)人機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)，糾正無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移L，使無(wú)人機(jī)位于地面基站紅外發(fā)射點(diǎn)的正上方；

S52.飛行控制模塊控制無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)精確降落。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種基于紅外線視覺識(shí)別的無(wú)人機(jī)降落定位系統(tǒng)與方法，根據(jù)紅外發(fā)射點(diǎn)的成像數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)距離地面的高度，計(jì)算出無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移，控制無(wú)人機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)，糾正無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移后，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)降落，無(wú)人機(jī)降落過(guò)程中定位準(zhǔn)確，成本低，且通過(guò)紅外線技術(shù)進(jìn)行定位，不受天氣，光照等條件的影響，可實(shí)現(xiàn)全天候的作業(yè)和定位。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本發(fā)明的方法流程圖；

圖3為計(jì)算水平偏移的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種基于紅外線視覺識(shí)別的無(wú)人機(jī)降落定位系統(tǒng)，包括機(jī)載子系統(tǒng)和位于地面基站的紅外發(fā)射點(diǎn)；所述的機(jī)載子系統(tǒng)包括紅外成像模塊、高度探測(cè)模塊、水平偏移計(jì)算模塊和飛行控制模塊，紅外成像模塊和高度探測(cè)模塊分別與水平偏移計(jì)算模塊連接，水平偏移計(jì)算模塊與飛行控制模塊連接；

所述的紅外發(fā)射點(diǎn)用于向覆蓋范圍內(nèi)發(fā)射紅外信號(hào)；

所述的紅外成像模塊用于對(duì)紅外發(fā)射點(diǎn)成像；

所述的高度探測(cè)模塊用于探測(cè)無(wú)人機(jī)距離地面的高度；

所述的水平偏移計(jì)算模塊用于根據(jù)紅外發(fā)射點(diǎn)的成像數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)距離地面的高度，計(jì)算出無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移；

所述的飛行控制模塊用于控制無(wú)人機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)，糾正無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移后，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的精確降落。

所述的紅外發(fā)射點(diǎn)位于地面基站上無(wú)人機(jī)規(guī)定停靠位置。

所述的紅外成像模塊包括鏡頭組和感光元件，所述鏡頭組與感光元件配合實(shí)現(xiàn)紅外成像點(diǎn)的成像。

所述的高度探測(cè)模塊包括高度傳感器。

所述的水平偏移計(jì)算模塊包括：

識(shí)別提取單元，用于根據(jù)紅外成像數(shù)據(jù)，提取鏡頭組中心與感光元件的垂直距離，以及鏡頭組中心與感光元件上紅外成像點(diǎn)的水平距離；

角度計(jì)算單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)提取模塊獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算鏡頭組中心與紅外成像點(diǎn)的偏移角度，該偏移角度即無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的偏移角度；

水平偏移計(jì)算單元，用于高度傳感器采集到的數(shù)據(jù)與計(jì)算得到的偏移角度，計(jì)算出無(wú)人機(jī)到紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移。

所述的飛行控制模塊包括：

水平調(diào)整控制單元，用于控制無(wú)人機(jī)糾正與地面紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移；

降落控制單元，用于控制無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確降落。

如圖2所示，所述的一種基于紅外線視覺識(shí)別的無(wú)人機(jī)降落定位系統(tǒng)的降落定位方法，包括以下步驟：

S1.無(wú)人機(jī)飛行至地面基站紅外發(fā)射點(diǎn)的覆蓋范圍；

S2.紅外成像模塊對(duì)地面基站的紅外發(fā)射點(diǎn)進(jìn)行紅外成像；

S3.高度探測(cè)模塊探測(cè)無(wú)人機(jī)距離地面的高度H；

S4.水平偏移計(jì)算模塊根據(jù)紅外發(fā)射點(diǎn)的成像數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)距離地面的高度，計(jì)算出無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移；

S5.飛行控制模塊控制無(wú)人機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)，糾正無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的水平偏移后，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的精確降落。

所述的步驟S4包括以下子步驟：如圖3所示，

S41.水平偏移計(jì)算模塊提取紅外成像模塊中鏡頭組中心C與感光元件的垂直距離h；

S42.水平偏移計(jì)算模塊提取紅外成像模塊中鏡頭組中心C與感光元件上紅外成像點(diǎn)A1的水平距離l；

S43.水平偏移計(jì)算模塊計(jì)算鏡頭組中心C與紅外成像點(diǎn)A1的偏移角度a = arctan(l/h)；

該角度等于鏡頭組中心C與紅外發(fā)射點(diǎn)的偏移角度，也就是說(shuō)偏移角度a即無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)的偏移角度；

S44.水平偏移計(jì)算模塊根據(jù)偏移角度a和高度H，計(jì)算出無(wú)人機(jī)到紅外發(fā)射點(diǎn)A的水平偏移：L = Htana。

所述的步驟S5包括以下子步驟：

S51.飛行控制模塊控制無(wú)人機(jī)在水平方向運(yùn)動(dòng)，糾正無(wú)人機(jī)與紅外發(fā)射點(diǎn)A的水平偏移L，使無(wú)人機(jī)位于地面基站紅外發(fā)射點(diǎn)的正上方；

S52.飛行控制模塊控制無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)精確降落。