[发明专利]一种无人机自主着陆视觉定位方法及系统

说明书

本方案所设计系统需要在无人机接近着陆点并进入有效范围后，通过视觉计算精确估计出无人机与着陆点之间的相对位置和姿态，并发送给无人机的控制机构，从而引导无人机精确降落到指定地点。并提供了一种无人机自主视觉定位系统，包括无人机本体，设置在无人机本体上的GPS接收机和惯性测量装置，所述无人机本体底部设置有光电侦察平台，所述光电侦察平台上设置有第一摄像机和第二摄像机；嵌入式图像计算机，与第一摄像机和第二摄像机分别连接，其中，嵌入式计算机还连接有飞行控制计算机，所述飞行控制计算机与GPS接收机和惯性测量装置分别连接。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机自主着陆视觉定位方法及系统。

背景技术

目前的那个悬停飞行器都具有垂直起飞着陆的功能，其主要的导航定位方法多为依靠GPS或北斗等卫星导航系统。然而由于GPS和北斗等系统本身的发展水平，其水平定位精度误差(X,Y方向)约为±3m，垂直定位精度误差(Z方向)则更大。导致飞行器着陆精度较差。难以实现cm级的着陆精度，是许多有高精度自主着陆需求的应用场景无法实现，如；自动返航充电、在船舶上着陆等。

发明内容

为了解决现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种无人机自主着陆视觉定位方法及系统，

其技术方案为：一种无人机自主着陆视觉定位方法，包括如下步骤：1)采用GPS定位系统确定目标方位范围；

2)标定摄像头参数和位姿后，用第一摄像机拍摄步骤1)确定目标方位范围外标记图案，将拍摄到的外标记图案经USB接口传递至嵌入式图像计算机，由嵌入式图像计算机换算无人机距着陆点的三维坐标，并通过串口将计算的无人机距着陆点的三维坐标发送至飞行控制计算机；

3)由飞行控制计算机根据其得到的无人机距着陆点的三维坐标使无人机下降高度至0.8m以下，并平移至步骤1)确定的目标方位范围的内标记图案，GPS定位系统转为图像导航，第二摄像机拍摄内标记图案，将拍摄到的内标记图案经USB接口传递至嵌入式图像计算机，由嵌入式图像计算机换算无人机距着陆点的三维坐标，并通过串口将计算的无人机距着陆点的三维坐标发送至飞行控制计算机，匀速下降，并平移至内标记点直至触地。

进一步地，步骤2)中摄像头参数包括内部参数和外部参数；

所述内部参数标记的方法为：取大小为50cm×50cm方格为5cm×5cm的黑白棋盘，以黑白棋盘的任意一个角为坐标原点建立坐标系，通过第一摄像机和第二摄像机分别拍摄N组不同姿态的棋盘格图像，将拍摄到的棋盘格图像输入计算机获取相关坐标，解方程可以获得内部参数，其方程如下：

式中的R_i和t_i分别是每幅标定板图像坐标系与相机坐标系之间的旋转平移关系，P_ij为坐标，A为所求内部参数；

所述外部参数标记的方法为:由已确定的内部参数，采用第一摄像机和第二摄像机拍摄标记目标一张图像，输入至计算机获取坐标关系，解方程可获取外部参数，其方程如下：

A为内部参数，为第一摄像机和第二摄像机由计算机获取的坐标关系，为标记目标的坐标，R与T为求解结果。

一种无人机自主视觉定位系统，包括无人机本体，设置在无人机本体上的GPS接收机和惯性测量装置，所述无人机本体底部设置有光电侦察平台，所述光电侦察平台上设置有第一摄像机和第二摄像机；

嵌入式图像计算机，与第一摄像机和第二摄像机分别连接，其中，嵌入式计算机还连接有飞行控制计算机，所述飞行控制计算机与GPS接收机和惯性测量装置分别连接。

进一步地，所述光电侦察平台与所述无人机本体通过吊舱式结构连接固定。