[发明专利]基于视觉信息的无人飞行器自主着陆的姿态参数估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，尤其是一种无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)导航技术，侧重视觉信息的UAV姿态参数估计。

背景技术

无人飞行器用于航空摄影，灾情监测以及地球物理探矿等，有着广泛的应用前景。UAV自主着陆是指UAV依赖机载的导航设备和飞行控制系统来进行定位导航并最终控制UAV降落在着陆场的过程。要想实现自主着陆，UAV必须具备自主导航能力，即需要实时估计其姿态参数以用于自主着陆导航。

目前国内外研究的用于UAV自主着陆的导航技术包括：惯性导航系统(INS)、GPS导航系统和INS/GPS组合导航系统。其中，惯性导航是最早最成熟的导航技术，它是利用陀螺，加速度机等惯性元器件感受UAV在运动过程中的加速度，然后通过积分计算，得到机体大概位置与速度等导航参数，它最大的缺点是误差会随时间的推移而不断累加；GPS应用最为广泛，技术也相对成熟，它利用卫星进行导航定位，具有精度高，使用简单等优点，但在山区等特殊地方易阻塞。对于小型UAV，由于负荷有限，视觉导航系统是理想选择，一方面其体积小，另一方面功耗低，同时对着陆地形有直观的感知。

对于UAV，视觉导航系统侧重飞行路径的规划、障碍物的检测等方面，并且多数算法基于单目视觉信息的感知与理解。随着机器视觉的发展，立体视觉的研究成果逐渐用于工业智能化领域。双目立体视觉用于UAV处于起步阶段。

发明内容

为了克服已有无人飞行器的导航系统的可靠性差的不足，本发明提供一种有效提高可靠性的基于视觉信息的无人飞行器自主着陆的姿态参数估算方法。

为解决上述技术问题的技术方案是：

一种基于视觉信息的无人飞行器自主着陆姿态参数估算方法，所述估算方法包括以下步骤：

1)、俯仰角估计：

设置双目摄像机与无人飞行器的机体平行，摄像机坐标系与无人飞行器的坐标系重合，假设无人飞行器沿着直线下滑，无人飞行器位于在离地面高H′的位置，其飞行方向与地面成α角，俯仰角α通过公式(1)求得：

α=tan-1Hfp-tan-1Lfp=tan-1fp(H-L)fp2+HL---(1)]]>

上式中，f_p为摄像机的焦距，H为FOVC点和C点之间的距离，L为FOE点和FOVC点之间的距离，FOVC是摄像机视野区EF的中心，FOE为膨胀中心，C点是像平面内FOE点和FOVC点连线与平面B的灭线的交点；

2)深度估计：

采用双目立体视觉方法测量摄像机到地面特征点的深度，从双目图像中找到匹配点，形成视差图，根据公式(2)求出深度参数

Y_c＝bf_c/D    (2)

其中，Y_c是深度，b是两个摄像机之间的基线长度，f_c是摄像机的焦距，D是双目视差。

作为优选的一种方案：所述估算方法还包括以下步骤：

3)高度估计：