[发明专利]基于LED点阵的地面引导式无人机飞行降落系统及方法

说明书

本发明公开了基于LED点阵的地面引导式无人机飞行降落系统及方法；它包括：无人机和无人机起落站；所述无人机起落站包括载物台，所述载物台上面安装三轴云台，所述三轴云台上安装摄像头，所述摄像头在三轴云台控制下始终保持镜头朝上、方向不变，所述摄像头与地面计算机连接；所述地面计算机控制摄像头进行拍照；本发明的有益效果：依靠计算机视觉技术“颜色+形状”的识别算法，采用多段式PID控制技术，实现了多旋翼无人机全天候厘米级精准降落功能。

技术领域

本发明属于无人机控制技术领域，涉及基于LED点阵的地面引导式无人机飞行降落系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，多旋翼无人机得到广泛的应用，在航空拍摄、电力巡检、地理测绘、农业植保、安防监控、应急救援等诸多领域都有多旋翼无人机的应用参与。同时，与无人机相关的技术也得到快速发展，大力推动了生产力与生活水平的提升。

目前，科技工作者对多旋翼无人机本身的飞行控制技术研究已相当深入，并且取得丰硕的成果。但对多旋翼无人机降落阶段的精准控制还处于研究的起步阶段，多旋翼无人机的精准降落功能还不够成熟可靠，或者应用限制条件较多，不能够全天候使用，且灵活性较差，还没有适用于不同无人机的实现精准降落功能的通用技术。

在计算机视觉领域，单目视觉系统发展迅速，特别在特征颜色识别、特定规则形状识别方面技术成熟可靠。以基于BSD许可(开源)发行的跨平台计算机视觉库OpenCV为例，在1999年由美国英特尔公司建立后，现已推出多代成熟计算机视觉库，可以在Linux、Windows、Android和Mac OS等操作系统上运行，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。将计算机视觉技术应用到无人机精准降落，目前常用做法是将摄像头、超声波传感器与高速处理器嵌入到无人机内部，通过机载摄像头捕获形状规则并具有鲜明对比的黑白色标记物来识别降落点。这种方式将设备集成在无人机机体中，不能独立于无人机存在，且容易受到机体抖动、光线强度、地面环境等因素干扰，不能在夜间或低照明环境使用，且识别准确率较低，精准降落功能的实现效果较差。

现有技术存在的问题与缺陷是：

第一，现有技术都是将摄像头安装在无人机上，通过无人机搭载的摄像头来捕获降落点的地理位置特征，这样对无人机机载处理器的运算速度提出更高的要求，需使用高速大功率的专用处理器进行图像处理以及算法计算，进而使得无人机整体功耗增大，这大大降低了无人机执行任务时的飞行半径；

第二，现有技术是将摄像头安装在无人机上，无人机在飞行的过程中，机身的抖动会影响摄像头的拍照角度和清晰度，使得图像处理算法复杂，难度较大，从而对无人机的精准降落带来不利影响；

第三，现有技术将摄像头安装在无人机上，在外界光照较弱以及夜间近似零光照强度环境下不能正常工作，现有技术不能实现全天候的精准降落功能。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供基于LED点阵的地面引导式无人机飞行降落系统及方法，依靠成熟的计算机视觉技术“颜色+形状”的识别算法，采用多段式PID控制技术，实现了多旋翼无人机全天候厘米级精准降落功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于LED点阵的地面引导式无人机飞行降落系统，包括：

无人机和无人机起落站；

所述无人机起落站包括载物台，所述载物台上面安装辅助无人机降落的精确定位及固定装置，所述辅助无人机降落的精确定位及固定装置上安装三轴云台，所述三轴云台上安装摄像头，所述摄像头在三轴云台控制下始终保持镜头朝上、方向不变，所述摄像头与地面计算机连接；所述地面计算机控制摄像头进行拍照；所述地面计算机通过第一无线数据传输模块与无人机进行通信；所述地面计算机还与显示终端连接；